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数字通信原理
第一章 概述
一、通信及通信系统的构成
1、概念
2、构成
二、信息、信号及分类
1、 信息：用来消除不定性的东西。
2、 信号：是用来携带信息的载体。
3、 信号分类： 模拟信号：强度的取值随时间连续变化，取值个数无限。

数字信号：强度参量的取值是离散变化的，取值个数有限。
PAM信号是模拟信号。（时间上离散，但幅度取值不是有限个。）
三、模拟通信和数字通信
四、数字通信的特点及性能指标
1、 特点：（1）抗干扰能力强，无噪声积累
（2）便于加密处理
（3）利于采用时分复用实现多路通信
（4）设备便于集成化、小型化
（5）占用频带宽
2、 性能指标：
信息传输速率（bit/s）：每秒钟传输的信息量。
有效性指标 符号传输速率（Bd）：单位时间内传输码元的数目。
频带利用率：单位频带内的传输速率。

误码率：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元数之比。
可靠性指标
抖动：是指数字信号码相对于标准位置的随机偏移。

M进制信号与二进制信号码元数n的关系为： M = 2
因此，信息传输速率与符号传输速率的关系是：R= N·
式中：R为信息传输速率。N为符号传输速率。M为码元（或符号）的进制数。
例如：四进制码元序列符号传输速率2000Bd，其信息传输速率为多少？
R= N· log2= 2000×log2= 4000 bit/s
用来衡量数字通信系统传输效率（有效性）的指标应当是单位频带内的传输速率。

误码率（平均误码率）P=

第二章 语声信号数字化编码
第一节 基本概念
A/D变换 抽样：是将模拟信号在时间上离散化的过程。
量化：是将信号在幅度上离散化的过程。
编码：是将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。
D/A变换：译码、滤波（低通）

第二节 PCM编码
一、 抽样
1、 抽样定义及实现的电路模型
= ×
2、 抽样定理（能判断信号的类型，确定抽样频率的大小，画出频谱图）
（1） 低通型信号：是指低端频率从0或某一频率到某一高限频率的带限信号，并有〈－的限定条件。

例：
原

0

1上
1下

12
20
16
8
4
0

（2） 带通型信号：－
（取整）

0

n下
n+1下下gh

（3） 与抽样有关的误差
① 抽样的折叠噪声：若
② 抽样展宽的孔径效应失真
二、 量化
1、 定义:量化是把信号在幅度域上连续取值变换为幅度域上离散取值的过程。
2、 均匀量化：各量化等级间隔相等的量化方式。
量化间隔：
量化级数：
量化值：
量化误差：（即原信号-量化后信号）。非过载区， ；过载区， 。
过载电压：
3、 量化噪声的计算
非过载区量化噪声功率：
说明非过载区量化噪声仅与量化间隔的大小有关，或者说，在临界过载电压一定时仅与分级数有关。
过载区量化噪声功率：
总的量化噪声：
量化信噪比。以对数形式表示有：

（ 。）
4、 非均匀量化及压缩扩张技术
（1） 定义：量化间隔不均匀。
特点：信号幅度小时，量化间隔小，其量化误差也小；信号幅度大时，量化间隔大，其量化误差也大。可以改善小信号的量化信噪比。
实现：采用压缩扩张技术。（P24-P25）
（2） A律压缩特性：以A为参量的压扩特性。

通常选A=87.6的压缩特性，按A律压缩特性实现非均匀量化的量化量化信噪比为：

小信号时， ，

大信号时， ，

结论：非均匀量化时，小信号的信噪比会增大；大信号时改善减小，以致信噪比比均匀量化时小。
注意：对A律13折线量化信噪比的计算公式、方法及相对于均匀量化信噪比的改善量，大专不作要求，但仍应知道以上结论。

三、 编码与解码
1、 二进制码组及编码基本概念
二进制码，一般二进制码。
P32 天平称重：5.2（样值）→5（量化）→101（编码）。
2、 非线性编码与解码
（1） A律13折线编码的码字安排
极性码 段落码 段内电平码

① 段落码与量化段的序号关系
量化段序号段落码用十进制数表示+1
② 量化段序号和段落起始电平的关系
0，

，2，3，…，8

③ 量化段序号和段落量化间隔的关系
1Δ，1

，，3，…，8
段内码，，，对应权值为，，，。
例：P37
（2） A律13折线编码方法
① 极性码的判决：
则 ；，则 。
② 段落码判决：
A：若落在1～4段内，；5～8段内。
，；5，6 7，8
B：，
，； 1，2 3，4

，，； 1 2
，，； 3 4
C：， ，，； 5 6
，，；7 8

1 2 3 4 5 6 7 8

1

③ 段内码

若，则；反之，。
例：P38～39
（3） 译码
目的：把接收的PCM信号还原成相应PAM量化值。
例：求11011011译码后结果？
解：，此信号电平为正电平。
段落码101，，，。

（为接收端所加半个量化间隔。）
例：练习册P5，七大题第2小题。
（这题一定要理解透）例：某A律13折线编码器，，过载电压，一个样值为。①试将其编成相应的码字；
②计算接收端译码器输出的样值大小，并计算量化误差。
解：① ，
，
编码过程：
极性码：，；
段落码：， ，处于5～8段；
， ，处于5，6段；
， ，处于6段；
起始值：，量化间隔：。
段内码：；
， 。
；
， 。
；
， 。
；
， 。
编码结果为：11011000
②译码：
。
量化误差。
第三节 差值脉冲调制——DPCM
一、 DPCM原理及实现
原理：语声信号的样值可以分成两个部分。
① 可预测部分：可以由过去的一些样值加权得到。
② 不可预测部分：实际值与预测值之间的误差。
发送：实际值－预测值；
预测值：
二、 ADPCM编码
引入自适用量化（量化间隔变化），自适用预测（经过一段时间会变化）。
（知道意思）

第三章 时分多路复用及PCM 30/32路系统

第一节 时分多路复用通信
一、 时分多路复用的概念
1、 多路复用的概念：信号沿同一信道传输而不互相干扰的通信方式。主要有频分多路复用和时分多路复用两种。
2、 时分复用的概念：利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路信号。
3、 时分复用的实现（P67，图3.2）
二、 PCM时分多路通信系统的构成（图3.3）
几个基本概念：
帧：抽样时各路信号每轮一次抽样的总时间（即开关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期。用T表示。
路时隙：合路的PAM信号每个样值所允许的时间间隔。（为复用路数）
位时隙：1位码占用的时间。（为码字数）
（二进制码符号速率 = 码速率）
三、 时分多路复用系统同步
位同步：是使收端的时钟频率与发端的时钟频率相同。又称为时钟同步。
帧同步：是保证收发两端相应话路对准。
帧同步的实现：发送端在每一帧的第一个时隙位置安排标志码，即帧同步码，接收端要首先识别帧同步码，从而判定帧开始的地方。

第二节 PCM 30/32路系统
一、 PCM 30/32路系统帧结构
1、 帧结构图
话路数：30路，信令路：1路，帧同步：1路。
2、 标准数据：话音抽样速率；帧周期；
路时隙；
位时隙；
数码率。

二、 PCM 30/32路帧同步系统（专科不要求）
（一） 一般帧同步的原理
例：设，一帧分为4个时隙，其中传帧同步码10011011；
1、原理
① 逐步比较移位寻找帧同步码。（P70，图3.5）
② 在紧接着的时刻验证同步码。
2、 帧同步的五种状态
① 同步状态：帧同步系统在内检测到帧同步码。
② 帧失步状态：接收端未检测到帧同步码。
③ 捕捉状态：由失步检出到重新回到同步状态的过程。（假失步：同步码误码引起的误判失步。）
④ 前方保护状态：从发现一次失步到确认真正失步的过程。[当连续次（称为前方保护计数）检测不出同步后，才判为系统真正失步，而立即进入捕捉状态，开始捕捉同步码。]
前方保护状态作用：避免假失步。前方保护状态的前提状态是同步状态。
⑤ 后方保护状态：是从捕捉到第一个同步码到确认真正同步的过程。其作用是避免伪同步。其前提状态是捕捉状态。
（二） PCM 30/32路帧同步系统
1、 码型：0011011 集中插入在偶帧的第2～8位。
2、 前方保护时间： 。
3、 后方保护时间：。
失步次数
（假失步）
检测到一次帧同步
连续检测到同步次数（假同步）
检测到次同步
连续检测到次失步
检测到一次失步
后方保护状态
捕捉状 态
前方保护
状态
同步状 态
D
C
B
A
4、 帧同步的工作原理

第五章 准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）
第一节 数字复接的基本概念
一、准同步数字体系（PDH）
根据不同的需要和不同的传输介质的传输能力，要有不同话路数和不同速率的复接，形成一个系列（或等级），由低向高逐级复接，这就是数字复接系列。
二、PCM复用和数字复接
扩大数字通信容量，形成二次群以上的高次群的方法通常有两种：PCM复用和数字复接。
1、 PCM复用概念
所谓PCM复用就是直接将多路信号编码复用。即将多路模拟话音信号按125
的周期分别进行抽样，然后合在一起统一编码形成多路数字信号。
PCM复用的不足：随着话路的增加，每一路时隙变小，即编码时间缩短，编码速度要提高，编码器难以实现。
2、 数字复接（概念）
是将几个低次群在时间的空隙上迭加合成高次群信号。
步骤：①将低次群脉宽缩窄，留出空隙复接；
②低次群时间移位，各低次群时间错开；
③各低次群相加，合成高次群。
3、两者区别： PCM复用：多路信号抽样后、编码前形成。
数字复接：多路信号在编码后形成。
三、 数字复接的实现：按位复接和按字复接。
1、 按位复接优点：复接电路存储容量小；
缺点：不利于以字节为单位的信号处理和交换。
2、 按字复接优点：有利于以字节为单位的信号处理和交换；
缺点：存储容量大。
PDH大多采用按位复接；SDH大多采用按字复接。
四、 数字复接同步
数字复接要解决两个问题：同步和复接。
数字复接的同步指的是被复接的几个低次群的数码率相同。不同步则复接后的数码就会产生重叠和错位。
五、 数字复接的方法及系统构成
1、 数字复接的方法：即数字复接同步的方法，分为同步复接和异步复接。（其定义见书P127）
2、 数字复接系统的构成：主要由数字复接器和数字分接器两部分组成。
第二节 同步复接和异步复接
一、同步复接
二、 异步复接
1、 码速调整
目的：让复接的各支路具有相同的速率。
正码速调整：通过向低速支路插入不含信息的插入码，以提高此支路的速率，从而使各支路瞬时速率相同。
实现方式：缓冲存储器
P132 图5.10

第一节 同步复接和异步复接
一、同步复接

三、 异步复接
1、 码速调整
目的：让复接的各支路具有相同的速率。
正码速调整：通过向低速支路插入不含信息的插入码，以提高此支路的速率，从而使各支路瞬时速率相同。
调整后输出
码速调整前信号
缓冲存储器
实现方式：缓冲存储器
P132 图5.10
2、 异步复接二次群帧结构（P133，图5.11）
读出
写入
帧周期：；
帧长度：（）；
一次群的速率为，在内能传205～。因为码速调整后各一次群在内要传，因此，每个一次群要增加6～。即
，，，，，， 。
① 当支路信号速率比较低，读写相位差小于一个定值，不传信息码，而是插入一位非信息码。
② 支路信号速率稍高，读写相位差较大，则继续传信息码。
若传非信息码，则；
若传信息码，则；
接收端收到中有两个或以上1，则说明位为非信息码。
……
共12位，其中10位二次群帧同步码，1位告警，1位备用。

第四节 SDH的基本概念
一、PDH的弱点（P142）
二、SDH的概念及特点
SDH网是由一些SDH的网络单元（NE）组成的，在光纤上进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的网络（SDH网中不含交换设备，它只是交换局之间的传输手段）。
基本网络单元：TM（终端复用器），ADM（分插复用器），REG（再生中继器），SDXC（同步数字交叉连接设备）。
SDH特点最核心的三条：①同步复用；②标准光接口；③强大的网络管理能力。
三、 PDH和SDH比较

帧结构标准
复用方式
开销
光接口
复用单位
PDH
不统一
异步
少
不统一
位（基群除外）
SDH
统一
同步
多
统一
字节

第五节 SDH的速率与帧结构
一、SDH的速率
同步传递模块，其中是基本的模块信号，其速率为：；的速率为：×；的帧周期：。

二、SDH的帧结构
SDH的帧结构是一种以字节为单位的矩形块状帧结构。（P147，图5.27）
：共9行，270列；
帧长度：字节；
周期：；
的速率。

帧结构的三个区域：段开销区域（SOH）；净负荷区域（含少量POH）；管理单元指针区域（AU-PTR）

1
2
3
4
5
6
7
8
9
SOH
SDH-1
净负荷
（含POH）
AU-PTR
SOH

9 261

第六节 同步复用与映射方法（大专不要求）
一、 复用结构
1、 复用单元
标准容器：

虚容器：
分为：低阶虚容器：，，，可进一步复用到高阶虚容器中；
高阶虚容器：；
支路单元：；
支路单元组：由一个或多个按字节交叉组合而成；
管理单元：；
管理单元组：由一个或若干个的集合。
2、 复用步骤
① 映射：形成的过程。（P155）
② 定位：是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程。（P161）
③ 复用：（P165）
我国的SDH复用结构（P154，图5.34）

第六章 数字信号的传输
第一节 数字信号基带传输的基本理论
一、 数字信号波形与功率谱
单极性半占空脉冲序列可提取时钟。
二、 基带传输系统的构成
三、 数字信号传输的基本准则
1、 无码间干扰时域条件 1（归一化值），（本码判决点）

0 （非本码判决点）
奈氏第一准则：等效理想低通滤波器截止频率为，若信号以2速率传输，则没有码间干扰。
2、 理想基带传输系统
概念：基带传输网络为理想低通。若理想低通带宽，信号符号速率，这时满足无码间干扰传输。
此时频带利用率
3、 滚降低通传输网络
概念：（P192）
滚降系数。其中是截止频率，称为滚降部分；为等效理想低通带宽。
例：书P222练习题（1）
以理想低通特性传输PCM30/32路系统信号时，所需传输通路的带宽为何值？如以滚降系数的滚降特性传输时，带宽为何值？
解：PCM30/32路信息传输速率，因采用二进制传输，；

若在理想低通时，，。
时，即，。

第二节 基带传输的线路码型
一、 对基带传输码型的要求（P193～194）
二、 常见的传输码型
1、单极性不归零码
2、单极性归零码
3、信号交替反转码（码）
规则：信号码极性交替反转，“0”码不变。
例：10100011100101……………………………二进制码
+10-1000+1-1+100-10+1…………………码
或：–10+1000-1+1-100+10-1…………………码

4、码
编码规则：①在二进制码序列里，当出现4个连“0”码时，用取代节000或代替。（，均为1码，它可正可负；，）。
②若本取代节跟前取代节之间原始传号码个数即“1”个数为奇数时，本取代节用，的符号跟前一个传号码极性相同。
③若本取代节跟前取代节之间原始传号码个数即“1”个数为偶数时，本取代节用，的符号跟前一个传号码极性相异，的符号与相同。
例：练习册P5，第八题，1。
二进制码： 1 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 1 0 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1
码， ﹢10﹣1﹢1000﹣100﹢10﹢1﹣10﹢1﹢1
码特点：存在三种传号码（1，，），相邻的1和码满足正负交替的关系，而码总是同前面的1码或码同号，但码本身符合正负交替的原则。
5、传号反转码（码）：二电平不归零码。
规则：0→01，1→00，11交替出现。
例： 1 0 1 1 0 1 0 0
11 01 00 11 01 00 01 01
第三节 基带数字信号的再生中继传输
一、 基带传输信道特性
二、 再生中继系统
1、 目的：当信噪比不太大的时候，对失真的波形及时识别判决（识别出1码还是0码），只要不误判，经过再生中继后的输出脉冲会完全恢复为原数字信号序列。

2、 特点：①无噪声积累
②有误码积累
三、 再生中继器
由三大部分组成：①均衡放大； ②定时时钟提取； ③抽样判决与码形成。
均衡波形：升余弦波形和有理函数均衡波形。

第四节 再生中继系统误码率积累

总结：再生中继系统没有噪声的积累，但是有误码率和相位抖动的积累。

最后说明：1、红色字体及相关部分希望大家重点复习、理解；
2、本科和专科的要求主要在三个部分有所不同，可见以上要求；
3、练习册的题目一定要理解，不要只是死记过程及答案；
4、考试题型基本同练习册题型，可能没有判断题，但其内容可能用其它题型体现。