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数字通信原理--第四章

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数据通信原理第四章 差错控制(一)

数据通信原理第四章 差错控制(一)

• 突发差错
– 一串串，甚至是成片出现的差错，差错之间有相关性， 差错出现是密集的 – 错误的信道称为有记忆信道或突发信道 – 如短波信道、散射信道 – 存储介质损坏或输出故障也可引发突发错误
一、差错分类和错误图样
• 发送数据序列： 000000001111111111 • 接收数据序列： 000010011111001011 • • • • 差错序列： 错误图样： 突发长度：12 练习： 发送数据序列：001000101111001111 接收数据序列：001000111111111111 • 错误图样：？ 突发长度：？ 1111111 7
一、检错和纠错的原理
• 码的差错和纠错能力是同信息量的冗余度 换取的 • 任何信息源发出的消息可以用“1”和“0”来 表示 • 对于最简单的只发送A和B两种消息，用“0” 代表A，“1”代表B
– 如果只传输一位二进制数，则无法判断是否为 错码
一、检错和纠错的原理
• 在信息码后添加一位监督码，形成11或00 两种码组，当接受端为10或01时则可判断 为错码； • 在信息码后添加两位监督码，形成111或 000，不仅可以判断错码，而且可以根据 “大数”法则纠正一个错误； • 以上例子中11、00或者111、000称为“许 用码组”，其余码组为“禁用码组”。
• 3种形式：
– 停发等候重发 – 返回重发 – 选择重发
• 停发等候 重发
• 返回重发
• 选择重发
（二）前向纠错
• 前向纠错系统（FEC）中，发送端的信道编码器 将输入数据序列变换成能够纠正错误的码，接收 端的译码器根据编码规律检验出错误的位置并自 动纠正。
– 优点：前向纠错方式不需要反馈信道，特别适合于只 能提供单向信道的场合。由于能自动纠错，不要求检 错重发，因而延时小，实时性好。 – 缺点:所选择的纠错码必须与信道的错误 特性密切配合， 否则很难达到降低错码率的要求；为了纠正较多的错 码，译码设备复杂，而要求附加的监督码元也较多， 传输效果就低。

通信原理(第四章)

通信原理(第四章)

27
第4章 信 道 章
四进制编码信道模型
0 0
1 送
端
发
1
收 端
接
2
2
3
3
28ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
第4章 信 道 章
4.4 信道特性对信号传输的影响 恒参信道的影响 恒参信道对信号传输的影响是确定的或者 是变化极其缓慢的。因此，其传输特性可以 等效为一个线性时不变网络。 只要知道网络 的传输特性，就可以采用信号分析方法，分 析信号及其网络特性。 线性网络的传输特性可以用幅度频率特 性和相位频率特性来表征。 现在我们首先讨论 理想情况下的恒参信道特性。
平流层 60 km 对流层 10 km 0 km 地 面
6
第4章 信 道 章
电离层对于传播的影响 反射 散射
7
第4章 信 道 章
电磁波的分类： 电磁波的分类： 地波 频率 < 2 MHz 有绕射能力 距离： 距离：数百或数千千米 天波 频率： 频率：2 ~ 30 MHz 特点： 特点：被电离层反射 一次反射距离： 一次反射距离：< 4000 km 寂静区： 寂静区：
13
第4章 信 道 章
4.2 有线信道
明线
14
第4章 信 道 章
对称电缆：由许多对双绞线组成， 对称电缆：由许多对双绞线组成，分非屏蔽 （UTP）和屏蔽（STP）两种。 ）和屏蔽（ ）两种。
塑料外皮
双绞线（ 5对）
图4-9 双绞线
15
第4章 信 道 章
同轴电缆
16
第4章 信 道 章
n2 n1 折射率
25
第4章 信 道 章
4.3.2 编码信道模型
调制信道对信号的影响是通过k(t)和 使已调信号发生波形 调制信道对信号的影响是通过 和n(t)使已调信号发生波形 失真。 失真。 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换， ฀ 编码信道对信号的影响则是一种数字序列的变换，即将 一种数字序列变成另一种数字序列。 一种数字序列变成另一种数字序列。误码 输入、输出都是数字信号， ฀ 输入、输出都是数字信号，关心的是误码率而不是信号 失真情况，但误码与调制信道有关， 失真情况，但误码与调制信道有关，无调制解调器时误码由 发滤波器设计不当及n(t)引起 引起。 收、发滤波器设计不当及 引起。 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。 ฀ 编码信道模型是用数字的转移概率来描述。

第四章 扰码与解码

第四章 扰码与解码

f(x)为特征多项式。
f ( x) 1 x x
4
数字通信原理与技术
例：设计一个3阶的m序列发生器，并写出m序列一个 周期。已知x7+1=(x+1)(x3+x2+1)(x3+x+1) 解：第一步，求本原多项式 第二步，画出m序列发生器结构框图 第三步，写出m序列一个周期
数字通信原理与技术
R( j )
[ai ai j 0]的数目 [ai ai j 1的数目] p
j 0 m序列的自相关函数只有两种取值 1 (1和-1/p) ，可称为双值自相关序列。 R ( j ) 1 j0 p
m序列具有很好的自相关性。
数字通信原理与技术
5、功率谱密度
数字通信原理与技术
4.3 扰码与解扰
在数字信号的传输中，发送机往往要加扰码器， 相对应的接收端要加解扰器。 扰乱器起的作用是：如果输入数字序列是短周期 的，将把它按照某种规律变换（扰乱）为长周期，并 且使输出序列（以后将称为信道序列）中的过判决点 （在二进制中即过零点）接近码总数的一半。解扰器 在接收端将被扰乱后的序列还原为输入发送机的数字 序列（消息）。 最简单的扰码方法是在输入数字序列上加一个最 长线性移位寄存器序列，使前者变换为信道序列；相 应地在接收端从信道序列中减去同步的同一最长移位 寄存器序列，可还原为原数字序列。
数字通信原理与技术
4.3.2. 扰码和解扰的原理
加扰技术：不用增加多余度而搅乱信号，改变数字信 号统计特性，使其近似于白噪声统计特性的一种技术。 这种技术的基础是建立在反馈移存器序列（或伪随机 序列）理论之上的。 采用加扰技术的通信系统组成原理如图所示。
数字通信原理与技术

通信原理第4章信道

通信原理第4章信道
1
第4章 信道
4.0 信道的定义及分类 4.1 无线信道 4.2 有线信道 4.3 信道数学模型 4.4 信道特性及其对信号传输的影响 4.5 信道中的噪声 4.6 信道容量
2
本章教学目的：了解各种实际信道、信
道的数学模型和信道容量的概念。

本章的讨论思路：通过介绍实际信道的例
子，在此基础上归纳信道的特性,阐述信道的 数学模型，最后简介了信道容量的概念。
信道模型的分类： 调制信道 编码信道
信 息 源 信 源 编 码 加 密 信 道 编 码 数 字 调 制 数 字 解 调 信 道 译 码 解 密 信 源 译 码 受 信 者
信道 噪声源
调制信道 编码信道
31
4.3.1 调制信道模型
有一对（或多对）输入端和一对（或多对）输出端； 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理；
41
相位－频率畸变
指相位－频率特性偏离线性关系所引起的畸变。
1、理想相频特性是一直线
群延迟－频率特性
|H( )|
d ( ) ( ) d

( ) td
O (b) td
K0
O (a)

O (c)

42
2、实际电话信道的群延迟特性 一种典型的音频电话信道的群延迟特性。
25
光纤呈圆柱形，由芯、封套和外套三部分组成(如 图所示)。芯是光纤最中心的部分，它由一条或多 条非常细的玻璃或塑料纤维线构成，每根纤维线都 有它自己的封套。由于这一玻璃或塑料封套涂层的 折射率比芯线低，因此可使光波保持在芯线内。环 绕一束或多束有封套纤维的外套由若干塑料或其它 材料层构成，以防止外部的潮湿气体侵入，并可防 止磨损或挤压等伤害。

通信原理第四章ppt课件

通信原理第四章ppt课件
通信原理第四章
西安电子科技大学 通信工程学院
课件制作：曹丽娜
信道的定义
通信系统中的信道是指发送设备到接收设备之间信号传 输的通道，是通信系统的重要组成部分
本章内容:
第4章 信道
信道分类 信道模型 恒参/随参信道特性对信号传输的影响 信道噪声 信道容量
按照传输媒介的不同
概述
信道的定义与分类
无线信道 ——自由空间或大气层 有线信道 ——明线、电缆、光纤
有线信道
信道频带在几百MHz至1GHz左右 主要应用： 长途通信干线，有线电视等
基带同轴电缆：
50Ω，多用于数字基带传输 速率可达10Mb/s 传输距离<几千米
宽带（射频）同轴电缆：
75Ω，用于传输模拟信号 多用于有线电视（CATV）系统 传输距离可达几十千米
有线信道
光纤
有线信道
按照系统模型中研究对象的不同：
编
调制信道
码 器
——研究调制/解调问题
调 制 器
发 转 换 器
媒 质
收 转 换 器
解 调 器
译 码 器
编码信道
——研究编码/译码问题 恒参信道
按照信道中冲击响 应是否随时间变化
——特性参数变化缓慢，视为恒定值 随参信道
——特性参数随时间变化
§4.1
无线信道
光作为一种特殊的电磁波， 在人造介质（光纤）中传播， 实现大容量，高可靠性的通信 主要应用：
电信网和移动网的骨干网
单模阶跃折射率光纤
光纤结构示意图
优点
缺点 应用
有线信道
§4.3
信道数学模型
按照系统模型中研究对象的不同：
调制信道 ——研究调制/解调问题 编码信道 ——研究编码/译码问题

数字通信原理第二版课后习题答案 第4章

数字通信原理第二版课后习题答案 第4章
B =3400-300= 3100 Hz 3 f H =3400 Hz = 1× 3100 + × 3100 = nB + kB 31
即 n =1, k = 3 31 。 根据带通信号的抽样定理，理论上信号不失真的最小抽样频率为
3 k f s = 2 B(1 + ) =2 × 3100 × （ 1 + ）= 6800 Hz n 31
13
12
《通信原理》习题第四章
n×
1 1 + =0.3，可求得 n ≈ 3.2，所以量化值取 3。故 c5 c6 c7 c8 =0011。 64 3.93 所以输出的二进制码组为 11100011。 习题 4.8 试述 PCM、DPCM 和增量调制三者之间的关系和区别。 答：PCM、DPCM 和增量调制都是将模拟信号转换成数字信号的三种较简单和
图 4-2 习题 4.4 图
习题 4.5 设有一个均匀量化器，它具有 256 个量化电平，试问其输出信号量噪 比等于多少分贝？ 解：由题意 M=256，根据均匀量化量噪比公式得
(S
q
N q )dB = 20 lg M = 20 lg 256 = 48.16dB
习题 4.6 试比较非均匀量化的 A 律和 µ 律的优缺点。 答：对非均匀量化：A 律中，A=87.6； µ 律中，A=94.18。一般地，当 A 越大时， 在大电压段曲线的斜率越小，信号量噪比越差。即对大信号而言，非均匀量化的 µ 律 的信号量噪比比 A 律稍差；而对小信号而言，非均匀量化的 µ 律的信号量噪比比 A 律稍好。 习题 4.7 在 A 律 PCM 语音通信系统中，试写出当归一化输入信号抽样值等于 0.3 时，输出的二进制码组。 解：信号抽样值等于 0.3，所以极性码 c1 =1。 查表可得 0.3 ∈ （ 1 3.93 ， 1 1.98 ） ， 所以 0.3 的段号为 7， 段落码为 110， 故 c2 c3c4 =110。 第 7 段内的动态范围为： (1 1.98 − 1 3.93) 1 ≈ ，该段内量化码为 n ,则 16 64

精品课件-通信原理(第二版)(黄葆华)-第4章

精品课件-通信原理(第二版)(黄葆华)-第4章

y(t) kx(t td )
(4-3-1)
式中，k和td均为常数，k是衰减（或放大）系数，td为固定的 时延。
第4章 信道
对上式进行傅氏变换，得到
Y ( f ) F y(t) F kx(t td ) k X ( f )e j2 ftd
因此，传输特性为
H ( f ) Y ( f ) k e j2 ftd H ( f ) e j( f ) X( f )
第4章 信道
调制信道的共性如下： (1) 有一对(或多对)输入端和一对(或多对)输出端。 (2) 绝大多数的信道都是线性的，即满足线性叠加原理。 (3) 信号通过信道具有一定的延迟时间，而且它还会受到固 定的或时变的损耗。 (4) 即使没有信号输入，在信道的输出端仍可能有一定的噪 声输出。 根据上述共性，我们可以用一个二对端(或多对端)的时变线 性网络来表示调制信道，该网络称为调制信道模型，如图4.2.2所 示。
P(0 / 0) 1 P(1/ 0)
P(1/1) 1 P(0 /1)
Pe P(0)P(1/ 0) P(1)P(0 /1)
第4章 信道
图4.2.3 二进制编码信道模型
第4章 信道
4.3 恒参信道特点及其对信号传输的影响
1.无失真传输 无失真传输是指信号通过信道后波形形状并未发生改变， 即输出信号的波形与输入信号波形相比只是成比例地缩小（或 放大）和时间上的延迟。因此，无失真传输时，输入输出信号
(4－3－2)
式(4－3－2)表明，要保证信号通过信道不产生失真，信道传 输特性必须具备下列两个条件：
（1）幅频特性为一条水平直线，即|H(f)|=k（常数）。
第4章 信道
（2）相频特性是一条通过原点且斜率为2πtd的直线， 或者其群时延特性是一条水平直线(常数)。即

《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件

《通信原理》第04章模拟信号的数字化精品PPT课件
ห้องสมุดไป่ตู้
t
…
t
…
t
S(f)
( f ) Sk ( f ) Sˆ( f )
f
…
f
…
f
t
f
7
4.2.1 低通模拟信号的抽样
频谱混叠
S(f)
spectrum aliasing
f ( f )
f
Sk ( f )
…
…
f
8
4.2.1 低通模拟信号的抽样
ideal lowpass filter
抽样信号恢复低通滤波器
s(t)
s(t)
t
t
δT (t)
c (t)
t
t
sk(t)
sk(t)
t
t
3
4.2.1 低通模拟信号的抽样
band-limited signal
低通抽样定理 一个带宽有限信号 s (t) 的最高频率为 fH ，若
抽样频率 fs ≥ 2 fH ，则可以由抽样信号序列 sk (t) 无 失真地恢复原始信号 s (t) 。 说明
抽样频率与信号频率的关系曲线
fs 4B
3B
2B
B
O
B 2B 3B 4B 5B 6B
fL
15
4.2.2 带通模拟信号的抽样
带通抽样的频谱
fH = 4 kHz fL = 3 kHz B = 1 kHz
fs = 2 kHz
S(f)
−4B
0
4B
Sk( f )
bandpass sampling
f
−4fs −3fs −2fs −fs O fs 2fs 3fs 4fs
领域也有广泛应用
pulse amplitude modulation (PAM)

通信原理第4章 数字基带传输

通信原理第4章 数字基带传输
其功率谱示意图如图（b）中实线所示。
2020/1/25
第4章 数字基带传输
16
4.3 数字基带传输系统及码间干扰
数字基带传输系统模化为
其中

d(t) bk (t kTs )
k
H( f ) HT ( f )HC ( f )HR ( f )
h(t) F 1[H ( f )] H ( f )e j2 ft df
14
4.2 数字基带信号的功率谱分析
【例4-2】试分析下图a）所示双极性全占空矩形脉冲序列 的功率谱。设“１”、“0”等概。
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第4章 数字基带传输
15
4.2 数字基带信号的功率谱分析
AMI码数字基带信号如下图（a）所示，“1”、“0”等 概，则其功率谱表达式为 P( f ) A2Ts Sa2 ( fTs ) sin2 ( fTs )

y(t) bk h(t kTs ) nR (t) k
研究表明，影响系统正确接收的 因素有两个： ① 码间干扰（Inter-Symbol
Interference—ISI）
② 信道中的噪声
2020/1/25
第4章 数字基带传输
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4.3 数字基带传输系统及码间干扰
2020/1/25
第4章 数字基带传输
1
第4章 数字基带传输
将输入数字信号 变换成适合信道 传输的信号
低通型 信道
滤除噪声和 校正信道引 起的失真
输入
a
码型
发送
变换 b 滤波器
信道
c
定时脉冲
噪声 n(t)
接收 d
滤波器
取样 判决

通信原理讲义-第四章PCM体制

通信原理讲义-第四章PCM体制

在第 2 折线段，间隔取 16 个，均匀划分间隔，间 隔值取 4。量化电平取每间隔的中点，即有如下表格： 对应 x 的输入区 量化电 量化电平 编码器输出 间 平值 编号 编码 64-68 66 33 10100000 68-72 70 34 10100001 72-76 74 35 10100010 124-128 126 48 10111111
2）均匀量化和非均匀量化


对输入信号幅度x，如果量化选择的区间 长度均相等，则为均匀量化，否则为非 均匀量化。例如： 在-1及+1之间，取四个量化区间，分别 为[-1，-0.5）、 [-0.5，-0）、 [0， 0.5）、 [0.5，1]，则为均匀量化。
区间1 区间2 区间3 区间4
-1
-0.5
量化编码带来的误差



例如：发送端用两位编码（00，01，10，11）表示0 到1之间的模拟值 即：00对应[0，0.25）； 01对应[0.25，0.5） 10对应[0.5，0.75）；11对应[0.75，1] 在接收端，一旦接收到00则认为其电平为0.125， 这就意味着尽管发送端输入的是不同的模拟信号，例 如0.1，0.2，但因二者经量化编码后的结果均为00， 接收端得到的编码均是00，故恢复出的电平值相同， 都是0.125。 可见模拟信号的信息会因量化而损失，这种误差被称 为量化误差，量化误差是不可恢复的。


在实际应用中，A律输入的动态范围并未 归一化为 [-1，1]，而是[-4096，+4096] 至于-4096到+4096对应的实际输入电压 是多大，可以在具体应用中自行确定， 例如可以是5V，也可以是12V甚至是 220V。
量化电平（离散幅度）的取法 及编码方法（A律）

数字通信原理课后习题答案

数字通信原理课后习题答案

《数字通信原理》习题解答第1章 概述1-1 模拟信号和数字信号的特点分别是什么?答：模拟信号的特点是幅度连续；数字信号的特点幅度离散。

1-2 数字通信系统的构成模型中信源编码和信源解码的作用是什么?画出话音信号的基带传输系统模型。

答：信源编码的作用把模拟信号变换成数字信号，即完成模/数变换的任务。

信源解码的作用把数字信号还原为模拟信号，即完成数/模变换的任务。

话音信号的基带传输系统模型为1-3 数字通信的特点有哪些?答：数字通信的特点是：（1）抗干扰性强，无噪声积累；（2）便于加密处理；（3）采用时分复用实现多路通信；（4）设备便于集成化、微型化；（5）占用信道频带较宽。

1-4 为什么说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累?答：对于数字通信，由于数字信号的幅值为有限的离散值(通常取二个幅值)，在传输过程中受到噪声干扰，当信噪比还没有恶化到一定程度时，即在适当的距离，采用再生的方法，再生成已消除噪声干扰的原发送信号，所以说数字通信的抗干扰性强，无噪声积累。

1-5 设数字信号码元时间长度为1s μ，如采用四电平传输，求信息传输速率及符号速率。

答：符号速率为 Bd N 66101011===-码元时间 信息传输速率为s Mbit s bit M N R /2/1024log 10log 6262=⨯=⋅==1-6 接上例，若传输过程中2秒误1个比特，求误码率。

答：76105.210221)()(-⨯=⨯⨯==N n P e 传输总码元发生误码个数1-7 假设数字通信系统的频带宽度为kHz 1024，可传输s kbit /2048的比特率，试问其频带利用率为多少Hz s bit //?答：频带利用率为 Hz s bit Hz s bit //2101024102048)//33=⨯⨯==（频带宽度信息传输速率η1-8数字通信技术的发展趋势是什么？答：数字通信技术目前正向着以下几个方向发展：小型化、智能化，数字处理技术的开发应用，用户数字化和高速大容量等。

通信原理 第四章 模拟信号的数字化

通信原理 第四章 模拟信号的数字化
段落序号
8 7 6
12
11 10
1100
1011 1010 1001
段落码 c2 c3 c4
111 110 101
9
8
7 6 5
1000
0111 0110 0101
5
4 3 2
100
011 010 001
4
3 2 1
0100
0011 0010 0001
1
000
0
0000
18
4.4.3 PCM系统的量化噪声
2 b 2 mi a i 1 mi 1 M
式中，sk为信号的抽样值，即s(kT) sq为量化信号值，即sq(kT) f(sk)为信号抽样值sk的概率密度 E表示求统计平均值 M为量化电平数 mi a iv

q i a i v
v 2
求信号sk的平均功率 ：
S E ( s k ) s k f ( s k )dsk
S / Nq 22(B/fH )
上式表明，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽 B按指数规律增长。
19
4.5 差分脉冲编码调制
4.5.1差分脉冲编码调制(DPCM)的原理

线性预测基本原理

线性预测 利用前面的几个抽样值的线性组合来预测当前的抽样值 预测误差 当前抽样值和预测值之差 由于相邻抽样值之间的相关性，预测值和抽样值很接近，即误 差的取值范围较小。 对较小的误差值编码，可以降低比特率。
正极性
负极性

折叠二进制码的特点： 有映像关系，最高位可以表示极性，使编码电路简化； 误码对小电压影响小，可减小语音信号平均量化噪声。
17

13折线法中采用的折叠码

精品课件-数字通信原理PPT课件

精品课件-数字通信原理PPT课件
(1)、ITU(International Telecommunication Union) (国际电信联盟) I系列--------ISDN(综合业务数字网)有关 V系列-------主要提供电话网(PSTN)上数据传输的标准 其中 PSTN(Public switching telephone networks)(公共交换电话网 X系列-------主要提供公用数据网上数据传输的标准 还有 Q,G系列等 (2)、国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)标准
(1)、ITU(International Telecommunication Union) (国际电信联盟) I系列--------ISDN(综合业务数字网)有关 V系列-------主要提供电话网(PSTN)上数据传输的标准 其中 PSTN(Public switching telephone networks)(公共交换电话网) X系列-------主要提供公用数据网上数据传输的标准 还有 Q,G系列等 (2)、国际标准化组织(ISO)和国际电工委员会(IEC)标准
微波中继通信的主要发展方向是数字微波,同时要不断增加 系统容量,增加容量的途径是向多电平调制技术发展。目前采用 的调制方式有16QAM和64QAM,并已出现256QAM、1024QAM 等超多电平调制的方式。采用多电平调制,在40 MHz的标准频道 间隔内,可传送1920至7680路PCM数字电话
C B
我国近几年来光纤通信已得到了快速发展,目前光缆长度累计近几 十万km。我国已不再敷设同轴电缆,新的工程将全部采用光纤通信新 技术。
1.2.3发展状况
数字通信 计算机技术 集成制造及发展 1、网络化 各类网络互换互通 2、高速化 信息处理,传输,交换,存储高速化 3、业务多元化 目前仍以语言通信为主,数据业务大大增加 4、标准化 制定国际通用标准的组织主要有

通信原理第4章

通信原理第4章
第4章 信源编码
1. 概述 � 2. 脉冲编码调制 � 3. 增量调制 � 4. 差分脉码调制 � 5. 其他编码技术 � 6. 各种编码技术的应用
�
1
4.1 概述
�
与模拟通信相比，数字通信有许多优点，是当今通信的 发展方向。
� �
如何利用数字通信系统来传输模拟信号？ 模/数变换：脉冲编码调制（PCM） 处理过程： 抽样、量化、编码。
29
（2）非均匀量化的方法
�
非均匀量化的量化间隔与信号的大小有关。当信号 幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；当信号 幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。 实现非均匀量化的方法有两种： 直接非均匀编解码法 模拟压扩法（应用比较多）
� � �
30
�
(A) 直接非均匀量化 (小信号量化区间小 ,大信号量化区间大 )
�
8
PCM信号形成过程示意图
9
4.2.1 抽样
抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的 样值序列的过程。
图 抽样的输入与输出
关于抽样需要考虑两个问题： 第一，由抽样信号完全恢复出原始的模拟信号，对和抽 样频率有什么限制条件？ 第二，如何从抽样信号还原？
10
1.低通信号的抽样定理
11
�
模 拟 信 源 编 码 数字传 输系统 译 码 收 端
模拟信号数字化传输的系统框图
2
信源编码目的：压缩信源产生的冗余信息，减少传递不 必要信息的开销，从而提高整个传输链路的有效性。
�
模拟信号数字化后，再进行传输的方式分两类： 一、脉冲编码调制（PCM）通信； 二、增量调制 ∆M 通信
3
几种信源编码方法 波形编码：特点是利用抽样定理，恢复原始信号的 波形。如PCM等。 信源 编码 方法 参数编码：提取语音的一些特征信息进行编码，在 收端利用这些特征参数合成语声； 混合型编码：波形编码和参数型编码方式的混合。

数字通信原理与技术 第四章 模拟信号的数字传输

数字通信原理与技术 第四章 模拟信号的数字传输

第3页
2013-05-15
3、研究数字基带传输系统的目的
1）在利用对称电缆构成的近程数据通信系统中，广泛 采用了这种传输方式；
2）数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也 就是说基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考 虑的问题；
3）任何一个采用线性调制的频带传输系统可等效为基 带传输系统来研究；
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2013-05-15
一、几种常见的基带信号码型
z 单极性不归零码 z 双极性不归零码 z 单极性归零码 z 双极性归零码 z 差分码 z 极性交替转换码（AMI） z 三阶高密度码（HDB3） z 数字双相码（Manchester）码 z CMI码 z 多进制（电平）码
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2013-05-15
低频成分较小，且没有直流分量。
以上波形都以矩形脉冲为例，矩形脉冲各码型的变换较易实 现，但高频分量丰富，占用频带较宽。实际上，基带传输系 统中的码型不仅可以用矩形脉冲，而且还可以是其他波形。 常用的还有升余弦、三角波。
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2013-05-15
9）多元码
3
00
2
01
1
10 11
10 t
0
Tb 2Tb 3Tb 4Tb 5Tb
模拟信号→ A/D →PCM码组 上述信号所占据的频谱是从直流或低频开始的，故称数 字基带信号。
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2013-05-15
2、数字信号的传输：
1）基带传输——数字基带信号不加调制在某些 具有低通特性的有线信道中传输，特别是传输距离 不太远的情况下；
2）频带传输——数字基带信号对载波进行调制 后再进入带通型信道中传输。
1、时域表达式
设 g(t)为构成信号的基本脉冲波形， Tb为码元间隔,

通信原理课件——第四章

通信原理课件——第四章
点带宽 B 1 Hz。而理想抽样频谱的包络线为一条直线，带
τ 宽为无穷大。
如上所述，脉冲宽度τ越大，自然抽样信号的带宽越小， 这有利于信号的传输。但增大τ会导致时分复用的路数减小， 显然考虑τ的大小时，要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛 盾的要求。
二、平顶抽样
平顶抽样又称为瞬时抽样，从波形上看，它与自然抽样 的不同之处在于抽样信号中的脉冲均具有相同的形状— —顶部平坦的矩形脉冲，矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样 值，如图4-11（a）所示。在实际应用中，平顶抽样信号 采用脉冲形成电路（也称为“抽样保持电路”）来实现， 得到顶部平坦的矩形脉冲。
图4-25 PCM系统的原理图
4.5.2 PCM
[例4.5.1]
4.5.3 PCM系统的抗噪声性能分析
4.6 语音压缩编码
4.6.1语音压缩编码技术的概念
通常，人们把话路速率低于64kb/s的语音编码方 法，称为语音压缩编码技术。常见的语音压缩编 码有差值脉冲编码调制（DPCM）、自适应差值脉 冲编码调制（ADPCM）、增量调制（DM或M）、自 适应增量调制（ADM）、参量编码、子带编码 （SBC）等。
第四章 模拟信号的数字传输
4.1 引言 4.2 抽样 4.3 量化 4.4 编码 4.5 脉冲编码调制系统 4.6 语音压缩编码 4.7 图像压缩编码
4.1 引言
图4-1 PCM通信系统原理图
图4-2 PCM信号形成过程示意图
4.2 抽样
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成 一系列时间上离散的样值序列的过程，如 图4-3所示。
4.3 量化
图4-13 量化的输入和输出
4.3.1均匀量化
图4-14 量化过程及量化误差
[例4.3.1]

通信原理_第四章 信道

通信原理_第四章 信道

内容简介 第一章 第二章 第三章 第四章 第五章 第六章 第七章 第八章 第九章
通信原理
第四章
信
道
东北大学网
短波电离层反射信道 (1) 传播路径
地面高度为60km — 400km
反射层 入射角φo 4000km D F2 F1 E 吸收层
地球
■ □ □ □
电离层： 各个层次的高度、厚度、电子密度等都会随时间变化。 一次或多次反射的距离也会发生变化，且与入射角有关。 不同层次（F1、F2）的不同高度上都会产生反射。
通信原理
4.1 无线信道
第四章
信
道
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通信原理
第四章
信
道
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一 地球大气层的结构：
对流层：地面上 0 ~ 10 km 平流层：约10 ～ 60 km 电离层：约60 ～ 400 km
60 km 对流层 10 km 0 km 地 面 电离层
典型的模拟信道是调制信道。 典型的数字信道是编码信道。
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通信原理
第四章
信
道
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引言（调制信道与编码信道） 调制信道与编码信道分别是模拟信道与数字信道的 典型例子。
自编码器
调 制 器
发 送 转 换 器
传输媒体 调制信道 编码信道
第四章
信
道
东北大学网
通信卫星
卫星中继信道
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通信原理

数字通信原理-PDH的基本概念

数字通信原理-PDH的基本概念

140Mbit/s 解
复 34Mbit/s 解
用
复 8Mbit/s 用
解 复
用
复 8Mbit/s 用
复 34Mbit/s 用
复 140Mbit/s 用
2Mbit/s 从140Mbit/s信号分/插出2Mbit/s信号示意图
PDH 局限性
• 按位复接，不利于以字节为单位的现代信息交换 • 没有世界性的标准光接口规范，限制了联网应用的互通性
PDH 系列
欧洲系列
565Mbit/s ×4
139Mbit/s ×4
34Mbit/s ×4
8Mbit/s ×4
2Mbit/s
日本系列
1.6Gbit/s ×4
400Mbit/s ×4
100Mbit/s ×3
32Mbit/s ×5
6.3Mbit/s
×4
北美系列
274Mbit/s ×6
45Mbit/s ×7
6.3Mbit/s ×4 1.5Mbit/s
我国采用欧洲系列
群号 一次群 E1 二次群 E2 三次群 E3 四次群 E4
速率（Mbit/s） 话路数 Nhomakorabea2.048
30
8.448
30×4=120
34.368
120×4=480
139.264
480×4=1920
一个四次群里包含多少个E1? E4=4×4×4=64 E1
• 不同厂家的设备，甚至同一厂家不同型号的设备光接口各不相同，不能互连，横向不兼容 • 网络运行、管理和维护（OAM）功能不足
• 开销比特很少，不利于传输网的分层管理、性能监控、业务的实时调度、传输带宽的控制、告警的分析定位
8
小结
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电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
升余弦滚降系统
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
余弦滚降频率特性
冲激响应的第一项为理想低通系统的冲击响应，此系统无码间串
扰的码速率为RB=Bd，无码间串扰的最大码速率为2W Bd，占用信道
带宽为Bc=W(1+α)，式中α为滚降系数，故升余弦滚降系统的最大 频带利用率为
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
迫零算法自动均衡器
x (t) C
N
Ts
-
Ts C -1 C0
Ts C
1
Ts CN y (t)
抽样与峰值 极性判决器
控
制
电
路
训练信号 y(t) y0 y0
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2013年8月7日
数字通信原理
最小均方畸变算法自适应均衡器
x(t) x k+1 C-1 Ts xk C0 Ts x k-1 C1 y (t) 平均 处理 平均 处理 平均 处理 抽样 yk + + ek 判决 ak
ACK ACK
3
NAK
3
1
2
3
发现错误
(a) 停发等候重发
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2013年8月7日
数字通信原理
(a) 停发等候重发：
• 发端在Tw时间内送出一个码组，收端收到后检查
• 如果未发现错误，则发回一个认可信号（ACK）给 发送端，发送端收到ACK信号再发下一个码组 • 若检测到错误，则发回一个否认信号（NAK），发 送端收到NAK信号后重发前一码组，并再次等候
自动纠错，不要求检错重发，延时小，实时性好 纠错码必须与信道的错误特性密切配合 若纠错较多，则编、译码设备复杂，传输效率低
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2013年8月7日
数字通信原理
混合纠错检错(HEC)
发 收
可以纠正和发现错误的码 反馈信号
混合纠错检错（HEC）
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2013年8月7日
数字通信原理
数字通信原理
码间串扰
0 0 1 0 0 1
d(t) m(t) r(t) δTs(t)
t/τs
r(kTs)δTs(t) m’(t)
无码间串扰 有码间串扰
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2013年8月7日
数字通信原理
理想低通系统
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2013年8月7日
数字通信原理
理想低通频率特性
H( ) D 2w ( ) h( t ) 4w 4wt Sa 2 2 2 wSa ( 2wt)
数字通信原理
几 种 常 见 二 元 码
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2013年8月7日
数字通信原理
1B2B码
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2013年8月7日
数字通信原理
AMI与HDB3码
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2013年8月7日
数字通信原理
HDB3码编码步骤如下。 ① 取代变换：将信码中4个连0码用取代节000V或B00V代替， 当两个 相邻的V码中间有奇数个1码时用000V代替4个连0码，有偶数个 1码时 用B00V代替4个连0码。信息代码中的其它码保持不变。
数字通信原理
• 双极性波形
–基带信号的正、负电位分别与二进制符号0、 1一一对应 –特点：电脉冲之间也无间隔；当0、1符号等可能出现时， 它将无直流成分。
• 单极性归零波形
–单极性波形的归零形式 –电脉冲宽度比码元宽度窄，每个脉冲都回到零电位
• 双极性归零波形
–双极性波形的归零形式 –对应每一符号都有零电位的间隙产生，即相邻脉冲之间 必定留有零电位的间隔
H(f)
1 x x<1/2 1 1.5 f/fS
时 域 均 衡 原 理
-1.5 -1 Heq(f)
-0.5
0
0.5
2x T(f) H’(f) 1/2x
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2013年8月7日
数字通信原理
有限长横向滤波器
δ (t) x(t) C-N Ts C-1 Ts C0 Ts CN Ts
+
he(t) y(t)
数字通信原理 第四章 数字信号的基带传输
本章要点：
数字传输的基带理论
PCM信号的再生中继及传输性能分析 传输码型设计原则及常用码型 差错控制编码的控制方式和原理
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2013年8月7日
数字通信原理
基带传输：
基带是指未经调制变换的信号所占的频带 基带信号是指高限频率与低限频率之比远大于1的信号 基带传输是指不搬移基带信号频谱的传输方式。
电信学院通信信原理
基带传输系统
定义：不使用调制和解调装置而直接传送基带信号
的系统
基本结构：
基带脉冲 信道信号 形成器 信 道 接收滤 波器 抽样判 决器 基带脉冲 输出
输入
干扰
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2013年8月7日
数字通信原理
码型编码：将信源或信源编码输出的码型（通常为单极 性不归零码NRZ）变为适合于信道传输的码 型。 发滤波器：将m(t)变为适合于信道传输的波形，如将 m(t)中的高频成分滤掉，限制进入信道信号 的带宽。 收滤波器：与发滤波器、信道相配合，使进入抽样判 决器的信号无码间串扰，滤除带外噪声。 位同步器：提取位同步信号，cp(t)的频率等于码速率， 上升沿与r(t)中信号的最大值对齐。 抽样判决器：再生数字基带信号m3(t) ，一般为NRZ码， 可能有误码。 码型译码：使输出码型符合收终端的要求。
② 加符号：对①中得到的1码、破坏码V及平衡码B加符号。原 则是，
V码的符号与前面第一个非0码的符号相同，1码及B码的符号与 前面第 一个非0码的符号相反。 AMI码波形及HDB3 码波形都无直流且低频分量微弱，比 较适合 于基带信道传输。AMI码信号的正负电平交替出现、HDB3码信 2013年8月7日 电信学院通信教研室 号中
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2013年8月7日
数字通信原理
基带信号的表示：
• 实际上，组成基带信号的单个码元波形并非一定是 矩形的 • 根据实际的需要，还可有多种多样的波形形式，比 如升余弦脉冲、高斯形脉冲、半余弦脉冲等等 • 这说明，信息符号并不是与唯一的基带波形相对应。
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
数字基带信号
就是消息代码的电波形
以由矩形脉冲组成的基带信号为例，介绍几种最基本 的基带信号波形：
• 单极性波形 –基带信号的零电位及正电位分别与二进制符号0及1一一 对应 –特点：在一个码元时间内，不是有电压，就是无电压； 电脉冲之间无间隔；极性单一
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2013年8月7日
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
第一类部分响应系统
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
第四类部分响应系统
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
d(t) G T(f) C(f) n(t) r(t) G R(f) 抽样判决 cp(t)
基 带 系 统 抗 噪 性 能
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
差错控制的工作方式：
反馈纠错/ARQ 接收端按一定规则对收到的码组进行有无错误的判 别。若发现有错，则通知发送端重发，直到正确收 到为止。
发
能够发现错误的码
收
反馈信号
反馈纠错（ARQ）
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2013年8月7日
数字通信原理
具体实现时，通常有3种形式： Tw 发送端： 1 接收端： Ti 2
接收端：
1 2 3 4 5 6 2 7 8 9
NAK
重发码组2
1 2 3 4 5 6 2 7 8 9
发现错误
(c) 选择重发
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
(c)选择重发：
• 也是连续不断地发送码组，收端检测到错误后发回 NAK信号。
• 与(b)不同的是，发端并不重发错误码组后的所有码 组，而只重发有错的那个码组 三者比较： • (c)传输效率最高，但成本最贵：控制机制复杂，发 端和收端都要有数据缓冲器； • (b) (c)需要全双工数据链路，而(a) 只要求半双工的 数据链路。
无码间串扰的最大码速率 R B max 2w(B) 为 当
RB max RB K
时，无ISI。
R B max K
当 RB<RBmax 但 R B 时，仍有ISI。
故信道频带利用 率为 B RB
占用信道带宽Bc=W，

2 B B max 2 B Hz w k Hz 2 log 2 M b b Rb w b max 2 log 2 M b s Hz s Hz K
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2013年8月7日
数字通信原理
• 差分波形/相对码波形
–把信息符号0和1反映在相邻码元的相对变化上的波形
–特点：在形式上与单极性或双极性波形相同；但它代表 的信息符号与码元本身电位或极性无关，而仅与相邻码元
的电位变化有关
• 多值波形（多电平波形）
–多于一个二进制符号对应一个脉冲的波形 –由于一个脉冲可以代表多个二进制符号，故在高速率数 据传输系统中，采用这种信号形式是适宜的
电信学院通信教研室
2013年8月7日
数字通信原理
误码原因： 1）码间串扰 2）噪声 3）位同步信号相位抖动 等