2016年春数字通信原理总复习第3版教材.doc

1、 1 北京邮电大学函授、远程教育 数字通信原理 总复习 教案 第 1 章 概述 1.1 数字通信系统的基本概念 1.模拟信号与数字信号 P2 模拟信号 幅度取值是连续的 数字信号 幅度取值是离散的 二进制 多进制 数字信号与模拟信号的区别是根据幅度 （表征信息的参量） 取值上是否离散而定的。 2.模拟通信与数字通信 P8 根据传输信道上传输信号的形式不同，通信可分为 模拟通信 以模拟信号的形式传递消息（采用频分复用实现多路通信）。 数字通信 以数字信号的形式传递消息（采用时分复用实现多路通信）。 数字通信传输的主要对象是模拟 语音 信号等，而信道上传输的一般是二进制的数字信号。 所要解决的首要

2、问题 模拟信号的数字化，即模数变换（ A/D 变换） 3.数字通信 系统 的构成 P9 各部分的功能。 1.2 数字通信的特点 1.数字通信的特点 P10 1） 抗干扰能力强，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、小型化 5） 占用频带较宽 2 1.3 数字通信系统的主要性能指标 1.有效性指标 P11 信息传输速率 定义、公式 lnff sB 、物理意义 符号传输速率 定义、公式（BB tN1 ）、关系： MNR Bb 2log 频带利用率 是真正用来衡量数字通信系统传输效率的指标（有效性） 频带宽度符号传输速率HzBd/ 频带宽度信息传输速

3、率Hzsbit / 2.可靠性指标 P12 误码率 定义 信号抖动 例 1 设信号码元时间长度为 s7106 ，当（ 1）采用 4 电平传输时，求信息传输速率和符号传输速率。（ 2）若系统的带宽为 2000kHz ,求频带利用率为多少 Hzsbit / 。 解：（ 1）符号传输速率为 BdtN BB 67 1067.1106 11 数据传信速率为 sM b itMNR Bb /34.34lo g1067.1lo g 262 （ 2） Hzsb it /67.1102000 1034.336 频带宽度信息传输速率 例 2 接上题，若传输过程中 2 秒误 1 个比特，求误码率（误比特率）。 解：误

4、码率（误比特率）差错比特数传输总比特数 76 105.11034.32 1 3 第 2 章 语音 信号 编码 脉冲编码调制（ PCM） 2.1 语音 信号编码的基本概念 1.语音 信号编码的概念 P16 语音 信号编码 模拟 语音 信号 的数字化（信源编码）。 2.语音 信号编码的分类 P16 波形编码 根据 语音 信号波形的特点，将其转换为数字信号。 常见的有 PCM、 DPCM、 ADPCM、 DM 等。 参量编码 是提取 语音 信号的一些特征参量，对其进行编码。 特点：编码速率低，但 语音 质量要低于波形编码。 LPC 等声码器属于参量编码。 混合编码 是介于波形编码和参量编码之间的一种

5、编码，即在参量编码的基础上，引 入一定的波形编码的特征。 子带编码属于混合编码。 2.2 脉冲编码调制 (PCM)通信系统的构成 1.PCM 的概念 P17 对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转化为数字信号。 2.PCM 通信系统的构成 P17 图 2-1 PCM 通信系统由三个部分构成： 模数变换 抽样 ：把模拟信号在时间上离散化，变为脉冲幅度调制 (PAM)信号 量化 ：把 PAM 信号在幅度上离散化，变为量化值（共有 N 个量化值） 编码 ：用二进制代码表示 N 个量化值，每个量化值编 l 为码 信道部分 包括传输线路及再生中继器 数 /模变换 解码、低通 4 2.3 抽样

6、1.抽样的概念 P18 模拟信号 )(tf 在时间上离散化 PAM 信号 )(tfs 2.低通型信号（ Bf 0 ）的抽样 P19 抽样定理 Ms ff 2 留有一定宽度的防卫带 Ms ff 2 不满足抽样定理的后果 不满足抽样定理的后果是 PAM 信号产生折叠噪声，收端就无法用低通 滤波器准确地恢复原模拟 语音 信号。 语音 信号的抽样频率为 sf 8000Hz ， sT 125 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带 0f Mf ， snf 的上、下边带。（排列顺序） 3.带通型信号（ Bf 0 ）的抽样 P22 抽样定理 nffn fsM 0212 IBfn )( 0若 n 次下边带、 (n

7、+1)次下边带与原始频带间隔相等 默认 12 )(2 0 n fff Ms 抽样信号的频谱：频率成分有原始频带 0f Mf ， snf 的上、下边带。 例 1 一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽样信号的频谱（设 Ms ff 2 ）。 解： k H zffBk H zfk H zf MM 426,6,2 00 Bf 0 此信号为低通型信号 满足抽样定理时，应有 k H zff Ms 12622 5 （一次下边带： sf -原始频带 =12-（ 2 6） =6 10 一次上边带： sf +原始频带 =12+（ 2 6） =14 18 二次下边带： sf2 -原始频带

8、=24-（ 2 6） =18 22 二次上边带： sf2 +原始频带 =24+（ 2 6） =26 30） 例 2 一模拟信号频谱如下图所示，求其满足抽样定理时的抽样频率，并画出抽样信号的频谱。 解： k H zffBk H zfk H zf MM 240312552,552,312 00 Bf 0 此信号为带通型信号 1)2 4 03 1 2()( 0 IIBfn满足抽样定理时，应有 k H zn fff Ms 5 7 6112 )5 5 23 1 2(212 )(2 0 6 2.4 量化 量化的概念： PAM 信号（样值） 在幅度上离散化 量化值 量化分为 : 均匀量化 和 非均匀量化 1

9、.均匀量化 P27 在量化区内（即从一 U十 U）均分为 N 等份 均匀量化的特点 大小信号的量化间隔相等（ NU2 ） 几个要点 量化值的选取 量化误差 )(te 量化值一样值 )()( tutuq （ )uuq （过载区）量化区）2(2m axm axee均匀量化的缺点 在 N（或 l ）大小适当时，均匀量化小信号的量化信噪比太小，不满足要求，而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求 为了解决这个问题，若仍采用均匀量化，不行。 原因： qNS/ 量化误差 N l 编码复杂 信道利用率下降 解决 采用非均匀量化 2.非均匀量化 P30 非均匀量化的宗旨 在不增大量化级数 N 的前提下，利用降低

10、大信号的量化信噪比来提高小信号的量化信噪比。 非均匀量化的特点 小信号的量化间隔小，大信号的量化间隔大。 实现非均匀量化的方法 模拟压扩法 方框图 直接非均匀编解码法 概念（一般采用） 3.量化信噪比 P31 （ 1）定义式： )(lg10)/( dBNSNS qdBq （ 2）均匀量化信噪比（忽略过 载区内的量化噪声功率） eq xNNS lg203lg20)/( 均匀 曲线 7 例 画出 9l 的均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。 解： eeexxxNNSNllg2059lg205123lg20lg203lg20)/(5122,9q9均匀（ 3）非均匀量化信噪比（忽略过载区

11、内的量化噪声功率） A 律压缩特性 oa+ab A 律压缩特性 A 律压缩特性的非均匀量化信噪比 8 QNSNS qq 均匀非均匀 （ )/)/( （ dxdyQ lg20 信噪比改善量） xNNS q lg203lg20)/( 均匀 )( exx oa 段： 246.87ln1 6.87lg20ln1lg20 AAQ )39lg20( dBx ab 段： xxxAQ lg2015lg206.87ln1 120lg20ln1 1lg20 )0lg2039( xdB A 的取值与 Q 的关系： 在小信号区域， A 愈大，则斜率愈大， Q 愈大； 在大信号区域， A 愈大， 则斜率愈小， Q 愈小

12、。 一般取 A=87.6 例、 画出 6.87,8 Al 的 A 律压缩特性的非均匀量化信噪比曲线（忽略过载区内的量化噪声功率）。 解： xxxNNSANlqlg2053lg202563lg20lg203lg20)/(6.87,256,8均匀246.87ln1 6.87lg20ln1lg20 AAQ )39lg20( dBx xxxAQ lg2015lg206.87ln1 120lg20ln1 1lg20 )0lg2039( xdB ( oa 段： Ax 10 dBx 396.87 1lg20lg20 ab 段： 11 xA 0lg2039 xdB ) 9 （ 4） A 律 13 折线压缩特性

13、 P37 图 2-23 A 律 13 折线压缩特性是 A 律压缩特性 的近似曲线。 表 2-3 各段折线的斜率及信噪比改善量 段号 1 2 3 4 5 6 7 8 斜率 16 16 8 4 2 1 1/2 1/4 Q（ dB） 24 24 18 12 6 0 -6 -12 2.5 编码与解码 1.二进制码组及编码的基本概念 P39 （ 1） 二进制码组 一般二进制码 循环二进制码（格雷码） 特点 折叠二进制码 一般二进制码 简单易实现 各位码 (幅度码 )有一固定的权值 121. aaaa ll 权值： 0121 22.22 ll 循环二进制码 幅值绝对值相同的样值其幅度码相同 编、解码复杂

14、折叠二进制码 幅值绝对值相同的样值其幅度码相同 低音量（小信号）时噪声小 （ 2） 编码的基本概念 编码的概念 编码是把模拟信号样值变换成对应的二进制码组。 分类 线性编码与解码 具有均匀量化特性的编码与解码 10 非线性编码与解码 具有非均匀量化特性的编码与解码 2.A 律 13 折线的码字安排 （采用折叠二进码编码） P45 各量化段的电平范围、起始电平、量化间隔 P46 表 2-8 （ 1）过载电压 2048U （ 2）量化级数 N lN 2 8l 2 5 616(8(2 （段内等分数）量化段）正、负极性）N （ 3）码字安排 1a 432 aaa 8765 aaaa （段落码与段内码合在一起称为幅度码） 极性码 段落码 段内码 （非线性码） （线性码） 段内码对应的权值 5a 6a 7a 8a 权值： i32 i22 i12 i02 3.A 律 13 折线编码方法 P46 样值 电流 Si （以 Si 为例） 电压 Su （ 1）极性码 0,0 1,0 11 ai aiSS（ 2）幅度码 SSSS uU iI 0, 1, iRiS iRiS aII aII（ i 2 8）