通信技术基础全套课件教程高职.pptx

第一章,通信技术概论,第二章,信号与通道,第三章,数字编码技术,第四章,数字基带传输系统,第五章,调制与解调技术,第六章,常见的通信系统与网络,通信是指由一地向另一地进行信息的有效传递。通信从本质上讲就是实现信息传递功能的一门科学技术，它要将大量有用的信息无失真、高效率地进行传输，同时还要在传输过程中将无用信息和有害信息屏蔽掉。通信不仅要有效地传递信息，而且还要有存储、处理、采集及显示等功能。,1.1,通信技术的一般概念,在日常生活中，人们通过对话、书信、表演等多种形式进行思想的交流和现象的描述，这些过程都可以称为消息（,Message,）的传递。消息中所包含的对受信者有意义的内容称为信息,Information),。信息的多少用信息量表示。,信号,(Signal),是信息的表现形式，它可以是声音、图像、电压、电流或光等。例如，当两个人进行面对面的谈话时，谈话的内容就是消息，其中有一部分对听者来说是有意义的，这部分称为信息；而声音的表现形式是声波，这个声波就是信号。如果这两个人是通过电话交谈，声音以电流的形式被传送到对方，这时信号的形式就是电流。,1.1.1,信号,1.1,通信技术的一般概念,电信号按其波形特征可分为两大类：一类是模拟信号，另一类是数字信号。,1.,模拟信号,自然界存在的信号大多是模拟信号，其主要的特征有两个，即时间上的连续与状态上的连续。所谓时间上连续，指的是在任何时刻信号的电量（电压或电流）对信号都是有意义的，而状态上连续则说明信号的电量可能是某一个有限范围内的任意值，具体反映在模拟信号经过传输后如果与传输前的信号不一致，信号所携带的信息就会部分丢失。,1.1.1,信号,1.1,通信技术的一般概念,2.,数字信号,数字信号是用特定时刻的有限个状态来表示信息的。,1.1.1,信号,1.1,通信技术的一般概念,信道（,channel,）是信号传递的通道，信号要通过信道才能被传递到目的地。信道的性质和性能对通信的效果有着决定性的影响。,狭义信道可以分为有线信道、无线信道和存储信道三类。,有线信道以有形的导线为传输媒质，信号沿导线进行传输，信号的能量集中在导线中或其附近，因此高效安全，但是灵活性差；无线信道包括无线电波无线电信道和水声信道等。无线信道效率低、安全性差，但灵活性高；磁带、光盘、磁盘等数据存储媒质可以被看作是存储信道：将数据写入存储媒质的过程即等效于发射机将信号传输到信道的过程，将数据从存储媒质读出的过程即等效于接收机从信道接收信号的过程。,1.1.2,信道,1.1,通信技术的一般概念,广义信道，可以分为调制信道和编码信道两类。,调制信道是指信号从调制器的输出端传输到解调器的输入端经过的部分；编码信道是指数字信号由编码器输出端传输到译码器输入端经过的部分。,本书中我们讨论的信道主要指有线信道和无线电波信道这两类狭义信道。,1.1.2,信道,1.1,通信技术的一般概念,通信是将信号从一个地方向另一个地方传输的过程。用于完成信号的传递与处理的系统称为通信系统,(Communication System),。现代通信要实现多个用户之间的相互连接，这种由多用户通信系统互连的通信体系称之为通信网络,(Communication Network),。通信网络以转接交换设备为核心，由通信链路将多个用户终端连接起来，在管理机构（包含各种通信与网络协议）的控制下实现网上各个用户之间的相互通信。,1.1.3,通信系统,1.1,通信技术的一般概念,按照不同的分法，通信系统可分成许多类别，下面我们介绍几种较常用的分类方法。,1.,按传输媒质分按消息由一地向另一地传递时传输媒质的不同，通信系统可分为两大类：一类称为有线通信系统，另一类称为无线通信系统。,2.,按信道中所传信号的特征分,前面已经指出，按照信道中传输的是模拟信号还是数字信号，可以相应地把通信系统分为模拟通信系统与数字通信系统。,3.,按工作频段分,按通信设备的工作频率不同，通信系统可分为甚低频通信、低频通信、中频通信、高频通信、超高频通信等。,1.1.3,通信系统,1.1,通信技术的一般概念,4.,按是否调制分,根据是否采用调制，可将通信系统分为基带传输和频带（调制）传输。基带传输是将没有经过调制的信号直接传送，如音频市内电话；频带传输是对各种信号调制后再送到信道中传输的总称。,5.,按业务的不同分,按通信业务分，通信系统可分为话务通信和非话务通信。,6.,按通信者是否运动分,通信还可按收发信者是否运动分为移动通信系统和固定通信系统。移动通信是指通信双方至少有一方在运动中进行信息交换。,1.1.3,通信系统,1.1,通信技术的一般概念,1.,网型网,网型网（,mesh,）也称为完全网型网，各个用户终端之间直接以通信链路连接，其拓扑结构如图所示。,1.1.4,通信网络,1.1,通信技术的一般概念,2.,星型网,星型网,(Star),中,各用户终端都通过中心节点进行转接,这个节点可以是交换机、路由器等,星型网拓扑结构如图所示。,1.1.4,通信网络,1.1,通信技术的一般概念,3.,环型网,环型网,(Ring),的拓扑结构为一个封闭环,如图所示,1.1.4,通信网络,1.1,通信技术的一般概念,4.,总线型网,总线型,(Bus),网如图所示,1.1.4,通信网络,1.1,通信技术的一般概念,5.,复合型网,由于前面所讲的四种网络各有优缺点,所以在实际应用中,特别是构建大型网络时,并不是单一采用一种拓扑结构,而是使用两种或两种以上拓扑结构来构成复合型网。,1.1.4,通信网络,1.1,通信技术的一般概念,对于点对点之间的通信,按消息传送的方向与时间,通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。,所谓单工通信,是指消息只能单方向进行传输的一种通信工作方式。,所谓半双工通信方式,是指通信双方都能收发消息,但不能同时进行收和发的工作方式。,所谓全双工通信,是指通信双方可同时进行双向传输消息的工作方式。在这种方式下,双方都可同时进行收发消息。很明显,全双工通信的信道必须是双向信道。,1.2,通信方式,频分双工是通信双方分别占用不同的频段来收发信息,也就是通信双方的信息同时在不同的信道中传递,如图所示,它是移动通信系统中常用的双工方式。,1.,频分双工,(FDD),1.2,通信方式,时分双工又称时分法和时间压缩复用方式,在这种方式中,上行链路和下行链路中信息的传输可以在同一载波频率上进行,即上、下行链路中信息的传输是在同一载波上通过时分实现的。,2.,时分双工,(TDD),1.2,通信方式,时分双工又称时分法和时间压缩复用方式,在这种方式中,上行链路和下行链路中信息的传输可以在同一载波频率上进行,即上、下行链路中信息的传输是在同一载波上通过时分实现的。,3.,回波抑制,(Echo cancellation),1.2,通信方式,通信网络上的各个用户之间进行通信时,由网络中的交换设备根据用户的要求选择通信对象、分配信道资源,这就是信号的交换。,在通信网中交换方式分为三种基本类型,:,电路交换,(CircuitSwitch,CS),报文交换,(MessageSwitch,MS),分组交换,(PacketSwitch,PS,1.3,信号交换,时分双工又称时分法和时间压缩复用方式,在这种方式中,上行链路和下行链路中信息的传输可以在同一载波频率上进行,即上、下行链路中信息的传输是在同一载波上通过时分实现的。,3.,回波抑制,(Echo cancellation),1.3,信号交换,电路交换是在电话网中主要采用的交换方式,它是一种面向连接的通信服务。面向连接具有连接建立、数据传输和连接释放三个阶段,1.3.1,电路交换,1.3,信号交换,早在,20,世纪,40,年代,电报系统就采用了报文交换方式,它与电路交换不同,是一种存储与转发的交换方式,很适合于数据通信。报文就是所需发送的数据,每个报文的报头必须含有收、发双方地址等信息,1.3.2 报文交换,1.3,信号交换,1.3.3 分组交换,1.3,信号交换,1.3.3 分组交换,1.3,信号交换,异步传输模式,(ATM),是近年来出现的一种新的交换方式,它是电路交换技术与分组交换技术的结合,能最大限度地发挥电路交换与分组交换的优点,使,ATM,具备从实时的语音信号到高清晰度电视图像等各种业务的高速综合传输能力。,ATM,的基本原理是由信元进行统一的信息转移,即,ATM,是把数字化的语音、数据、图像等信息分解成固定长度的数据块,通常称为信元,在各信元中添上写有地址的信元字头即可送网络传输。为提高传输效率,在传输过程中还需引入统计复用的链路分配传输方式。,1.3.4 ATM,1.3,信号交换,一般通信系统的性能指标归纳起来有以下几个方面,:,(1),有效性,:,指通信系统传输消息的“速率暠问题,即快慢问题,;,(2),可靠性,:,指通信系统传输消息的“质量暠问题,即好坏问题,;,(3),适应性,:,指通信系统适用的环境条件,;,(4),经济性,:,指系统的成本问题,;,(5),保密性,:,指系统对所传信号的加密措施,;,(6),标准性,:,指系统的接口、各种结构及协议是否合乎国家、国际标准,;,(7),维修性,:,指系统是否维修方便,;,(8),工艺性,:,指通信系统各种工艺要求。,1.4.1 一般,通信系统的性能指标,1.4,信系统性能指标,信息可被理解为消息中包含的有效内容。消息可以有各种各样的形式,但消息的内容可统一用信息来表述。数字信息通常可以用数字代码表示,称为信码。,1.4.2 信息,及其度量,1.4,信系统性能指标,数字通信系统的有效性可用传输速率来衡量,传输速率越高,系统的有效性越好。衡量一个通信系统的传输速率的指标是传码率与传信率。传码率是指单位时间内通信系统传送的码元数目,单位为“波特,”,或“,B”,。从波形上可以看到,通信系统所传送的码元长度的倒数即为传码率。传码率有时也称为符号率,(symbolrate),。传信率也称为比特率,(bitrate),是指单位时间内通信系统所传送的信息量,单位为“,bit/s”,或“,bps”,14.3 有效性,指标的具体表述,1.4,信系统性能指标,衡量数字通信系统可靠性的指标,可用信号在传输过程中出错的概率来表述,即用差错率来衡量。差错率越大,表明系统可靠性越差。差错率通常有以下两种表示方法。,1.4.4 可靠性,指标的具体表述,1.4,信系统性能指标,衡量数字通信系统可靠性的指标,可用信号在传输过程中出错的概率来表述,即用差错率来衡量。差错率越大,表明系统可靠性越差。差错率通常有以下两种表示方法。,1.4.4 可靠性,指标的具体表述,1.4,信系统性能指标,通信是指从一地向另一地进行信息的有效传递。通信中最基本的两个要素是信号和信道。信号可以分为模拟信号和数字信号两类,;,信道有广义信道和狭义信道之分,而狭义信道可以分为有线信道和无线信道。通信系统由信源、信宿、发送设备、接收设备和信道组成,并且可以根据不同的分类标准进行划分。通信网络用于实现多个用户之间的信息传递与交换,它由多个终端设备、通信链路、转接交换设备组成。通信网络可以采用网型网、星型网、总线型网和环型网等多种拓扑结构,可以是广播网络或交换网络。对于点对点之间的通信,按消息传送的方向与时间,通信方式可分为单工通信、半双工通信及全双工通信三种。实现全双工通信主要有三种方式,:,频分双工,(FDD),、时分双工,(TDD),和回波抑制。衡量通信系统优劣的性能指标主要是有效性和可靠性,而有效性可以用传码率与传信率来衡量,可靠性可以用误码率与误信率分别进行具体表述。,本章小结,信号的性质可以在时域和频域两种情形下分析。在时域分析信号时,我们看到的就是信号幅度随时间而变化的情形,也就是信号波形。在第,1,章中,我们提到信号可以分为数字信号和模拟信号,这就是在时域对信号进行考察的结果。但在通信领域,我们更多地是在频域对信号进行分析。,信号的电量在频率轴上的分布关系称为信号的频谱,(FrequencySpectrum),。一个已知波形的信号可以通过数学分析,(,傅里叶级数或傅里叶变换,),计算出其频谱,也可以用频谱分析仪去测出它的频谱。,2.1,信号的频谱,2.1,信号的频谱,2.1,信号的频谱,信号在信道中传输时会受到信道传输特性的影响。有些信道的传输特性基本上是不随时间变化的,称为恒参信道。恒参信道对信号传输的影响相当于一个低通或带通滤波器,它会造成信号的衰减、延迟和线性失真。也有一些信道,其传输特性随时间做较快的变化,称为随参信道。随参信道对信号传输的影响比较复杂,通常传输的质量也比较差。,另外,信号在信道传输过程中无一例外地会受到各种干扰,导致混杂在信号中的噪声增加。不同的信道对干扰的抵御能力是不同的,一般来说,有线信道的干扰会小一些,而无线信道的干扰会大一些。,2.2,常用信道及其特性,所谓双绞线,(TwistedWire),就是一对绞合在一起的相互绝缘的导线,如图所示。,2.2,常用信道及其特性,2.2.1 双绞线,电话信道,同轴电缆,(CoaxialCable),的频带宽度要比双绞线宽得多,其上限频率一般可达到几百兆赫以上,视线径和传输距离而定。它的衰减与频率的平方根成正比,因此在远距离传输和宽带工作时仍需要用到均衡器。同轴电缆目前主要用于本地网,(LAN),、有线电视,(CATV),和海底电缆通信中。,2.2,常用信道及其特性,2.2.2 同轴电缆,信道,1.,光纤的基本结构,光导纤维,(OpticalFiber),是由高纯度的石英玻璃制成的。裸光纤由纤芯、包层和保护套三部分组成,如图所示。,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,纤芯和包层的主要成分是二氧化硅,非常脆弱,容易折断。所以在包层外面加上强度较大的保护套,可以承受较大的冲击,保护光纤。,光纤一般以光波的传输模式分类,主要有两类,:,多模,(Multi,灢,Mode),光纤和单模,(SingleMode),光纤。,(1),多模光纤,多模光纤是一种传输多个光波模式的光纤。多模光纤适用于几十,Mbit/s,到,100Mbit/s,的码元速率,最大无中继传输距离是,10km100km,。,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,(2),单模光纤,单模光纤只能传输光的基模,不存在模间时延差,因而具有比多模光纤大得多的带宽,如所示。单模光纤主要用于传送距离很长的主干线及国际长途通信系统,速率为几个,Gbit/s,。由于价格的下降以及对比特传输率要求的不断提高,单模光纤也被用于原来使用多模光纤的系统。,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,2.,光缆,前面所述的光纤称为裸光纤,它由石英玻璃制成,比头发丝还细,强度很差,不能满足工程安装的要求。因此在光纤的拉制生产过程中还需要经过预涂覆、套塑和成缆等工序,最终形成光缆。,光缆的结构必须能够保护每一条光纤不会因为敷设、安装而损坏。,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,3.,光纤的连接,光纤的连接有两种情况,:,一种是永久性连接,类似于电线电缆中的焊接,;,另一种是活动连接,类似于插头与插座的连接。,光纤的连接必须满足以下几点要求,:,(1),插入损耗要小,(2),接头要保证有足够的机械强度,(3),密封,(4),方便操作,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,4.,永久连接,(1),坍陷套管连接法,这种方法需用一根具有比被接光纤的软化点温度低的玻璃套管,其内孔径略大于光纤芯的外径。,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,(2),电弧熔接法,电弧熔接法是将光纤两个端头的芯线紧密接触,然后用高压电弧对其加热,使两端头表面熔化而连接。,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,5.,活动连接,活动光纤连接器通常由下述三部分组成,:,(1),光纤端接元件,保护和定位光纤端面,;,(2),对准规,定位光纤端接元件,使其耦合最佳,;,(3),连接器外壳,保护光学元件不受环境的影响,将对准规和光纤端接元件固定在应有的位置,并端接光缆护套和应变元件。,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,5.,活动连接,2.2,常用信道及其特性,2.2.3 光导纤维,信道,无线信道包含了从发送端到接收端之间的无线空间,以天线作为信道的接口设备,如图所示。,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,1.,电磁波,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,(1),波前,波前可以定义为电磁波从源点向四面八方辐射时,所有同相位点组成的平面。如果一个电磁波在自由空间从一个点到四面八方是均匀的,就会产生一个球形波前,这个源被称为全向点源。,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,(2),反射,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,(3),折射,折射是电磁波传播与光的传播类似的另一种现象。当电磁波在两种不同介质密度的介质中传播时就会发生折射。,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,(4),衍射,衍射是波在直线传播时绕过障碍物的一种现象。,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,2.,电磁波的传播模式,电磁波从发射机天线到接收机天线的传播主要有地面波、空间波和天波三种模式,在同一个无线电发送与接收系统中,这三个传播模式可能兼而有之,只是由于所选择的天线不同、工作频率不同等原因,三者中以其中一种作为主要的传播模式。下面将要讨论,无线电波的传播特性主要取决于无线电波的频率。,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,(1),地面波传播,地面波是指沿地球表面传播的无线电波,也称为地表面波。,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,(2),空间波传播,空间波有两种形式,一种是直射波,另一种是地面反射波,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,(3),天波传播,天波传播是远距离通信的常用方式。,2.2,常用信道及其特性,2.2.4 无线,信道,当一个信号从发送设备注入信道中进行传输时,有几种现象必然会发生,:,首先,信号从一地传到另一地需要时间,因此会产生传播时延,(PropagationDelay),。其次,由于信号能量会向四面八方扩散或受到传播介质的损耗,因此接收端获得的信号电平可能会远小于发送端输出的电平,这种现象称为衰减,(Attenuation),。如果一个信号的各个频率分量都受到相同比例的衰减,信号波形的形状就不会发生变化,仅仅是信号的大小变化而已。,2.3,信号在信道中的传输,2.3,信号在信道中的传输,2.3.1 衰减,2.3,信号在信道中的传输,2.3.1 衰减,当一个正弦信号通过一个线性的信道时,正弦波的幅度会衰减,还会有相移,(,时延,),但仍然是相同频率的正弦波。现有的信道绝大多数可以看作是线性信道,因此信号在其中传输时不会出现非线性失真,不会产生新的频率成分。,实际的信号有一定的频带宽度,可以看作是由多个正弦分量组成的,如果信道对不同频率的正弦分量表现出不同的衰减量和时延,这样的信号在信道中传输时不可避免地会产生失真。这种失真不会产生新的频率成分,称为线性失真,(LinearDistortion),。,2.3,信号在信道中的传输,2.3.2 失真,2.3,信号在信道中的传输,2.3.2 失真,2.3,信号在信道中的传输,2.3.2 失真,噪声,(Noise),是电量的随机波动,它会使信号受到影响。信号在信道中传输时,来自信道和传输设备的各种噪声都会叠加到信号上。,2.3,信号在信道中的传输,2.3.3 噪声,与干扰,2.3,信号在信道中的传输,2.3.3 噪声,与干扰,噪声,(Noise),是电量的随机波动,它会使信号受到影响。信号在信道中传输时,来自信道和传输设备的各种噪声都会叠加到信号上。,2.3,信号在信道中的传输,2.3.3 噪声,与干扰,在自然界中的信号有两种形式,:,一种本身具有离散的特点,如文字、符号等,对这一种信号可以用一组一定长度的二进制代码来表示,这一类码统称为信息码,;,另一种是连续信号,如语音、图像等,对这种信号的数字编码与解码过程,实际上就是模数转换,(A/D,转换,),和数模转换,(D/A,转换,),。,3.1,信源编码,通信系统对,A/D,转换的要求大致有以下几个方面,:,每一路信号编码后的速率要低。在传码率一定的传输系统中,每一路信号的码元速率越低,意味着系统的利用率就越高,也就是可以传送更多路的信号。,量化噪声要小。量化噪声在模拟信号数字化过程中必然存在。在信号电平一定时,量化噪声越小,信号的质量就越高,解码后的信号就越接近原信号。,要便于通信系统的多路复用。一个大的通信系统一般都要传输多路信号,这就是多路复用,数字化的信号应适合进行多路复用。,编码与译码电路要简单。,3.1,信源编码,3.1.1 信息码,3.1,信源编码,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,语音编码技术通常分为三类,:,波形编码、参量编码和混合编码。其中,波形编码和参量编码是两种基本类型。,波形编码是将时间域信号直接变换为数字代码,力图使重建语音波形保持原语音信号的波形形状。波形编码的基本原理是在时间轴上对模拟语音按一定的速率抽样,然后将幅度样本分层量化,并用代码表示。,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,参量编码又称为声源编码,是将信源信号在频率域或其他正交变换域提取特征参量,并将其变换成数字代码进行传输。,1.,波形编码的基本原理,绝大多数模拟信号从波形上看是时间上连续、状态,(,电压值,),连续的信号,而数字信号则是时间上离散、状态离散且用数字代码表示的信号,因此模拟信源的数字编码通过取样、量化和编码三个步骤实现。,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,2.,脉冲编码调制,(PCM),脉冲编码调制,(PCM),是一种在通信领域用得较为普遍的波形编码方式。图,3-4,给出了,PCM,系统的编解码过程。,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,(4)A,律,13,折线编码方法,采用,A,律,13,折线压扩特性的,PCM,编码,每一个样值脉冲用,8,位二进制码表示。,8,位二进制码共有,256,种组合,分别代表,256,个量化电平。采用的码型是折叠二进制码折叠二进制码沿中心电平上下对称,适于表示正负对称的双极性信号。它的最高位用来区分信号幅值的正负。折叠码的抗误码能力强。表,3,灢,2,列出了用,4,位二进制码表示,16,个量化级的折叠码型。,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,(5)PCM,编码过程,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,(5)PCM,编码过程,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,3.,其他波形编码,在脉冲编码调制中,模拟信号有规律抽样,并对样值编码。为了减小量化噪声,编码需要多位比特,这就会使编码速率大幅度上升,编译码电路也比较复杂。为了降低编码速率,增量调制,(DM,或殼,M),技术被提了出来。在这种调制方式中比较相邻的两个样值并对它们的差值用一位比特编码。在接收端也只需要一个简单的解码器便可恢复原模拟信号。,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,(1),增量调制,3.1.2 语音编码,3.1,信源编码,(2),差分脉冲编码调制,3.1.3 图像,编码,3.1,信源编码,图像是指景物在某种介质上的再现,图像信息在人类感觉中起着重要作用。对图像信息的编码原理上与语音信息的编码相同,一样需要取样、量化、编码这些步骤。但由于图像信息固有的特性,用语音信息的编码方法来处理图像信息将会得到非常大的数据量,所以我们这里讨论的图像编码,更多的是指图像压缩编码。,3.1.3 图像,编码,3.1,信源编码,1.,图像信息的特点,图像信息与语音信息相比有以下特点,:,图像信息是二维或二维以上的多维信息。,图像信息的频带非常宽,约为声音信号频谱的,1000,倍。,3.1.3 图像,编码,3.1,信源编码,3.,图像信息的压缩编码,压缩编码方法有许多种,从不同的角度出发有不同的分类方法,比如从信息论角度出发可分为两大类,:,(1),冗余度压缩方法,也称无损压缩、信息保持编码或熵编码。具体讲就是解码图像和压缩编码前的图像严格相同,没有失真,从数学上讲是一种可逆运算。,(2),信息量压缩方法,也称有损压缩、失真度编码或熵压缩编码。也就是说解码图像和原始图像是有差别的,允许有一定的失真。,3.2,信道编码,数字通信系统除了可以采取与模拟系统同样的措施以降低干扰和信道不良对信号造成的影响之外,还可以通过对所传数字信息进行特殊的处理方式对误码进行检错和纠错,以进一步将误码率降低,从而满足通信要求。因此,数字通信系统可以从硬件上的抗干扰措施和软件上的信道编码两个方面对信息传输中出现的错误进行控制和纠正。,信道编码的目的是为了改善数字通信系统的传输质量,它包括位定时、分组同步、减少高频分量、去除直流分量等内容,但差错控制编码,(,纠错编码,),是其中最主要的部分,3.2.1 差错控制,编码的基本概念,3.2,信道编码,差错控制编码的基本思路是根据一定的规律在待发送的信息码中加入一些多余的码元,(,冗余码,),以保证传输过程的可靠性。这些冗余码起监督作用,所以也称为监督码元。差错控制编码的任务就是构造出以最小冗余度代价换取最大抗干扰性能的“好码,”,。,3.2.1 差错控制,编码的基本概念,3.2,信道编码,1.,随机误码与突发误码,随机误码与突发误码是传输过程中的两种主要误码形式,3.2.1 差错控制,编码的基本概念,3.2,信道编码,2.,差错控制编码方式,根据差错控制编码系统的检错、纠错能力,对信道的要求及适应性,编、译器的复杂性、实时性等性能指标,我们可将其分为以下四类分别讨论。,(1),自动重发请求,(ARQ,AutomaticRepeatRequest),(2),前向纠错,(FEC,ForwardErrorCorrection),(3),信息重发请求,(IRQ,InformationRepeatRequest),(4),混合纠错,(HEC,HybridErrorCorrection),3.2.1 差错控制,编码的基本概念,3.2,信道编码,2.,差错控制编码方式,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,1.,差错控制码的分类,(1),检错码,:,只能发现错误,不能纠正错误。,(2),纠错码,:,能够发现错误并能纠正错误。,(3),纠删码,:,能够发现错误并能纠正或删除错误。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,1.,差错控制码的分类,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,2.,常用的几种简单信道编码方法,(1),奇偶校验码,发送端将二进制信息码序列分成等长码组,并在每一码组之后添加一位二进制码元,该码元称为监督码,(,校验码,),。,监督码取“,1”,还是“,0”,要根据信息码组中,1,的个数而定。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,(2),二维奇偶校验码,二维奇偶校验码又称方阵码,它将要传送的信息码按一定的长度分组,每一组码后面加一位监督码,然后再在若干码组结束后加一组与信息码组加监督位等长的监督码组。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,(3),群计数码,在奇偶校验码中,我们通过添加监督位将码组的码重,(,码组中“,1,暠的个数,),配成奇数或偶数。而群计数码的编码原则是先算出信息码组的码重,然后用二进制计数法将码重作为监督码元添加到信息码组的后面。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,(4),恒比码,恒比码的编码原则是从确定码长的码组中挑选那些“,1,”和“,0,”个数的比值一样的码组作为许用码组。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,(5),正反码,正反码是一种简单的能够纠正错码的编码。其中的监督位数目与信息位数目相同,监督码元与信息码元相同,(,是信息码的重复,),或者相反,(,是信息码的反码,),由信息码中“,1,暠的个数决定。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,3.,线性分组码,分组码一般可用,(n,k),表示。其中,k,是每组二进制信息码元的数目,n,是编码码组的码元总位数,又称为码组长度,简称码长。,n-k=r,为每个码组中的监督码元数目。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,4.,卷积码,卷积码,或称连环码,是由伊莱亚斯,(P.Elis),于,1955,年提出来的一种非分组码。它与前面讨论的分组码不同。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,5.,交织编码,前面介绍的各类编码方法大多都是针对随机误码设计的,处理突发误码应该有特定的方法,其中一个有效的办法是对编码数据实行交织,把短时间内集中出现的错码分散,使之成为随机误码,再用差错控制编译码器对随机误码进行检测与纠正,这样用前面所介绍的各种抗干扰编码就可以产生最佳效果。,3.2.2 差错控制,编码方法,3.2,信道编码,5.,交织编码,3.3.1 TDM,基本原理,3.3,时分多路复用,所谓时分多路复用,(TDM),就是将信道的工作时间按一定的长度分段,每一段称为一帧,一帧又分为若干个时隙。用户的信号在每一帧中各自占用一个预先分配的时隙,这样就可以实现多路信号在同一个信道中的不同时间里进行传输。,TDM,是在时域上将各路信号分离,但信号的频谱可以是混叠的,;FDM,是在频域上将各路信号分离,但信号在时域上可以是混叠的。,3.31 TDM,基本原理,3.3,时分多路复用,3.3.1 TDM,基本原理,3.3,时分多路复用,3.3.1 TDM,基本原理,3.3,时分多路复用,3.3.2 30/32,路,PCM,通信系统的帧结构与终端组成,3.3,时分多路复用,3.3.2 30/32,路,PCM,通信系统的帧结构与终端组成,3.3,时分多路复用,4.1,数字基带传输的基本知识,4.1.1,基带传输系统的构成,4.1,数字基带传输的基本知识,4.1.2,数字基带信号的码型,4.1,数字基带传输的基本知识,4.1.3,数字基带信号的频谱,4.2,数字基带传输的线路码型,4.2.1,数字基带传输的码型要求,（,1,）对于传输频带低端受限的信道，一般来讲，线路传输码型的频谱中应不含直流分量。,（,2,）码型变换（或叫码型编译码）过程应对任何信源具有透明性。即与信源的统计特性无关。,（,3,）便于从基带信号中提取位定时信息。,（,4,）便于实时监测传输系统信号传输质量。即应能检测出基带信号码流中错误的信号状态。,（,5,）对于某些基带传输码型。信道中产生的单个误码会扰乱一段译码过程。从而导致译码输出信息中出现多个错误,这种现象称为误码扩散,(,或误码增殖,),。显然,我们希望误码增殖越少越好。,（,6,）当采用分组形式的传递码型时（如,5B6B,码等）。在接收端不但要从基带信号中提取位定时信息，而且要恢复出分组同步信息，以便将收到的信号正确地划分成固定长度的码组。,（,7,）尽量减少基带信号频谱中的高频分量,这样可以节省传输频带,提高信道的频谱利用率，还可以减小串扰。,（,8,）编译码设备应尽量简单。,4.2,数字基带传输的线路码型,4.2.2,常用的传输码型,1,CMI(,传号反转,),码,4.2,数字基带传输的线路码型,4.2.2,常用的传输码型,2,AMI,码,3,HDB3,码,4.2,数字基带传输的线路码型,4,2B1Q,码,4.2.2,常用的传输码型,4.2,数字基带传输的线路码型,5,mBnB,码,4.2.2,常用的传输码型,4.2,数字基带传输的线路码型,4.2.3,数字基带传输的码型要求,4.3,数字基带信号传输特性与码间干扰,4.3.1,数字基带信号传输的基本特点,基带传输系统中的信号未经调制，信号的性质与频带传输不同，故而基带信号传输具有其独特的性质：,（,1,）基带信号的频带从,0,到几百兆赫，甚至几千兆赫，要求信道有较宽（直流到高频）的频率特性；,（,2,）传输线路的电容对传输信号的波形影响很大。使传输距离受到限制，一般不大于,2.5km,；,（,3,）基带传输方式简单，设备费用少,，适用于传输距离不长的场合。,4.3,数字基带信号传输特性与码间干扰,4.3.2,数字基带信号的传输过程,4.3,数字基带信号传输特性与码间干扰,4.3.2,数字基带信号的传输过程,4.3,数字基带信号传输特性与码间干扰,4.3.3,数字基带信号传输的基本准则,(,无码间干扰的条件,),在数字基带传输系统中,信道具有低通特性，对于基带信号来说相当于一个低通滤波器。由于数字基带信号的频谱很宽，在通过一个低通滤波器时，高频部分的分量会受到很大的衰减，信号的波形会发生变化。这是由于滤波器的带宽不够而使信号中的高频分量丢失，从而使信号变得平滑。因此也存在着每个码元波形发生变化而对前后相邻码元产生影响的问题,这就是码间干扰（码间串扰）。,码间干扰既与信号本身有关，又与信道的传输特性有关。,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4.1,影响基带传输系统性能的因素,1.,误码率和误码率的累积,误码率是指无码间串扰的基带系统由于加性噪声的影响所造成的误码的统计概率。即误码率只与接收滤波器的输出平均功率信噪比，也即判决器的输入平均功率信噪比,S/N,有关，且,S/N,越大，误码率越小。所以提高接收滤波器的输出信噪比可以改善接收机的抗噪声性能。,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4.1,影响基带传输系统性能的因素,2.,相位抖动,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4.2,系统性能的描述方法,眼图,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4.3,改善系统性能的方法,1.,部分响应系统,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4.3,改善系统性能的方法,2.,扰码,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4.3,改善系统性能的方法,3.,时域均衡,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4,基带传输系统的性能分析,4.4.3,改善系统性能的方法,4.,再生中继传输,4.4,基带传输系统的性能分析,4.5,同步技术,4.5.1,载波同步,载波同步系统的主要性能包括：效率、精度、同步建立时间和同步保持时间。在以上四个性能指标中，效率指标没有必要讨论，因为载波提取的方法本身就确定了效率的高低。,4.5,同步技术,4.5.1,载波同步,直接法的优缺点主要表现在以下几方面：,（,1,）不占用导频功率，因此信噪功率比可以大一些；,（,2,）可以防止插入导频法中导频和信号间由于滤波不好而引起的互相干扰，也可以防止信道不理想引起导频相位的误差；,（,3,）有的调制系统不能用直接法,(,如,SSB,系统,),。,插入导频法的优缺点主要表现在以下几方面：,（,1,）有单独的导频信号，一方面可以提取同步载波，另一方面可以利用它作为自动增益控制；,（,2,）有些不能用直接法提取同步载波的调制系统只能用插入导频法；,（,3,）插入导频法要多消耗一部分不带信息的功率，因此，与直接法比较，在总功率相同条件下实际信噪功率比要小一些。,4.5,同步技术,4.5.2,位同步,位同步是指在接收端的基带信号中提取码元定时信息的过程。它与载波同步有一定的相似和区别。位同步是正确取样判决的基础只有数字通信才需要,并且不论基带传输还是频带传输都需要位同步,;,所提取的位同步信息是频率等于码速率的定时脉冲,相位则根据判决时信号波形决定,可能在码元中间,也可能在码元终止时刻或其他时刻。实现方法也有插入导频法和直接法。,目前最常用的位同步方法是直接法,即接收端直接从接收到的码流中提取时钟信号,作为接收端的时钟基准,去校正或调整接收端本地产生的时钟信号,使收发双方保持同步。直接法的优点是既不消耗额外的发射功率,也不占用额外的信道资源。采用这种方法的前提条件是码流中必须含有时钟频率分量,或者经过简单变换之后可以产生时钟频率分量,为此常需要对信源产生的信息进行重新编码。,位同步系统的性能指标除