现代通信技术 ch2-数字通信技术.ppt

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1、第2章数字通信技术2.1模拟信号数字化2.2时分多路复用及PCM30/32路系统2.3数字复接技术2.4同步数字系列SDH2.1模拟信号的数字化2.1.1数字通信的特点：(1)抗干扰能力强、无噪声积累。(2)便于加密处理。(3)便于存储、处理和交换。(4)设备便于集成化、微型化。(5)便于构成综合数字网和综合业务数字网。(6)占用信道频带较宽。图2.1两类通信方式抗干扰性能比较2.1.2脉冲编码调制（PCM）技术脉冲编码调制（PulseCodeModulation，简称PCM）是先对信号进行抽样

2、，并对每个样值独立地加以量化，然后通过编码转换为数字信号。如图2.2所示。图2.2PCM系统结构图图2.3PCM信号形成示意图1.抽样信源发出的话音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间上也是连续的。要使话音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对话音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。理论和实践证明，只要抽样脉冲的间隔T＜1/2fH(fH是话音信号的最高频率)，则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来的话音信号。这也称作抽样定律。图2.4模拟信号与其对应的样值序列1)低

3、通信号抽样定理一个频带限制在(0,fH)赫内的时间连续信号m(t)，如果以T≤1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。对于一个频带限制在(fL,fH)内的信号，当fL≥fH时，一般将它作为低通信号处理，抽样频率fs≥2fH。语音信号的抽样频率fs=8kHz。图：抽样过程的时间函数及对应频谱图图：理想抽样与信号恢复将mS(t)通过理想低通滤波器即可恢复出m(t)2)带通信号抽样定理带通信号的带宽B=fH-fL，且B<

4、K/N)=2fH/N(2-1)式中，K=fH/B-N，N为不超过fH/B的最大整数。由于0≤K<1，所以：fs在2B～4B之间；当fH>>B即N>>1时fS=2B；当fS>2B(1+K/N)时，可能出现频谱混叠现象（这一点与低通信号不同）。例：fH=5MHz，fL=4MHz，fS=2MHz或3MHz时，求MS(f)图2.6带通信号抽样脉冲振幅调制(PAM)是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。若脉冲载波是冲激脉冲序列，则按抽样定理进行抽样得到的信号ms(t)就是一个PAM信号。用冲激脉

5、冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况，是不可能实现的。因为冲击序列在实际中是不能获得的，即使能获得，由于抽样后信号的频谱为无穷大，对有限带宽的信道而言也无法传递。在实际中通常采用脉冲宽度相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列，从而实现脉冲振幅调制。用窄脉冲序列进行实际抽样的两种脉冲振幅调制方式是：自然抽样的脉冲调幅和平顶抽样的脉冲调幅。3)脉冲振幅调制(PAM)图：自然抽样的PAM原理框图图7-11自然抽样的PAM波形及频谱理想抽样与自然抽样的不同之处是:理想抽样的频谱被常数1/Ts

6、加权，因而信号带宽为无穷大；自然抽样频谱的包络按Sa函数随频率增高而下降，因而带宽是有限的，且带宽与脉宽τ有关。τ越大，带宽越小，这有利于信号的传输，但τ大会导致时分复用的路数减小，显然τ的大小要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛盾的要求。图：平顶抽样图7–12平顶抽样信号及其产生原理框图在实际应用中，平顶抽样信号采用抽样保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。在后面将讲到的PCM系统的编码中，编码器的输入就是经抽样保持电路得到的平顶抽样脉冲。在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可能是理想的，因此

7、考虑到实际滤波器可能实现的特性，抽样速率fs要比2fH选的大一些，一般fs=（2.5~3）fH。例如语音信号频率一般为300~3400Hz，抽样速率fs一般取8000Hz。2.量化抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍然是连续的，还必须进行离散化处理，才能最终用数字来表示。这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。（1）均匀量化均匀量化采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，这种量化也称线性量化。图2.7均匀量化均匀量化与线性PCM均匀量化器的量化间隔为一常数图2.

8、8：线性ＰＣＭ框图图中mq(t)为平顶PAM信号，eq(t)，nq(t)为量化噪声，Ne(t)，ne(t)为误码噪声。译码输出噪声功率谱密度pi(f)可近似为抽样函数Sa(.)，经孔径补偿低通滤波器处理后的噪声功率谱密度变为一个矩形函数，如下图所示：图2.9：译码器输出噪声通过孔径补偿ＬＰＦ线性PCM语音信号的量化信噪比特性曲线如下图所示：图2.10：线性PCM语音信号量化信噪比语音信号：SNRq=(4.77+20lgD+6N)dB在长途电话系统中，PCM编码器输入的语音信号的动态范围为45dB