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数字通信原理 信通公司 钟馥遥 一、 数字通信的基本概念 1.模拟信号和数字信号 信号波形的特征可用两个物理量（时间、幅度）来表示。 ① 模拟信号 模拟信号随波形模拟信息的变化而变化，其特点是幅度连续。 ② 数字信号 幅值被限制在有限个数值之内，它不是连续的，而是离散的。 模拟通信是以模拟信号的形式传递消息，采用频分复用实现多路通信。 数字通信是以数字信号的形式传递消息，采用时分复用实现多路通信。 数字通信系统的构成 数字通信系统的构成模型如图所示。 数字通信的特点 数字通信具有以下几个主要特点: （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、微型化 （5） 占用信道频带宽 衡量数字通信系统性能好坏的指标是有效性和可靠性两项。 （1） 有效性指标 有效性指标具体包括以下三项内容。 信息传输速率R 码元速率N 频带利用率η ① 信息传输速率（R） 信息传输速率简称传信率，也叫数码率（常用fB表示）。它的定义是：每秒所传输的信息量。 信息量是消息多少的一种度量，消息的不确定性程度越大，则其信息量越大。信息量的度量单位为“比特”（bit）。 ② 符号速率（N） 符号速率也叫码元速率，它的定义是：1秒所传输的码元数目（这里的码元可以是多进制的，也可以是二进制的），其单位为“波特”（d）。 符号（或码元）与代码的关系为：一个符号要用log2M个代码来表示（M为进制数或电平数）。 信息传输速率R与符号速率N的关系为： R=Nlog2M 可见，二进制码元传输时，信息传输速率与符号速率相等。 ③ 频带利用率η 通信系统所占用的频带愈宽，传输信息的能力应该愈大。所以真正用来衡量数字通信系统传输效率的指标（有效性）应当是单位频带内的传输速率 。 （2） 可靠性指标 误码率的定义为：在传输过程中发生误码的码元个数与传输的总码元之比。 二、 脉冲编码调制（PCM） 由于数字通信是以数字信号的形式来传递消息的，而话音信号是幅度、时间取值均连续的模拟信号，所以数字通信首先要将模拟信号数字化，即模／数变换（A/D变换）。脉冲编码调制（PCM）是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。 若模／数变换的方法采用PCM，由此构成的数字通信系统称为PCM通信系统。采用基带传输的PCM通信系统构成方框图如图所示。 （1） 模／数变换: 信源编码部分的模／数变换，具体包括抽样、量化、编码三步。 抽样——是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——是把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值。 编码——是用二进码来表示N个量化值。 （2） 信道部分 （3） 数/模变换： 接收端首先利用再生中继器消除数字信号中的噪声干扰，然后进行数/模变换。数/模变换包括解码和低通两部分。 解码——是编码的反过程，解码后还原为PAM信号。 低通——收端低通的作用是恢复或重建原模拟信号。 2.抽样 所谓抽样就是每隔一定的时间间隔Ｔ抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（样值） (1） 均匀量化 各量化分级间隔相等的量化方式即为均匀量化。采用均匀分级量化时其量化信噪比随信号电平的减小而下降。 均匀量化的特点是：在量化区内，大、小信号的量化间隔相同，最大量化误差也就相同，所以小信号的量化信噪比小，大信号的量化信噪比大，小信号的量化信噪比不满足要求（数字通信系统中要求量化信噪比≥26dB），而大信号的量化信噪比较大，远远满足要求。 4.编码与解码 这里的编码指的是根据A律13折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码，称为非均匀编码，接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀编解码法。 三、时分多路复用及PCM30／32路系统 （3）时分多路复用系统中的位同步 时钟同步（位同步）的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相。 时钟同步保证收端正确识别每一位码元（所以时钟同步也叫位同步），这相当于下图中两端旋转开关的旋转速度相同。 （4） 时分多路复用系统中的帧同步 帧同步是保证收发两端相应各话路要对准，即在接收端正确接收（区分）每一路信号。 把每帧的首尾辨别出来，就可正确区分每一路信号，即实现帧同步。 2. PCM30／32路系统 帧结构 下图是PCM30／32路系统（称为基群，也叫一次群）的帧结构图。 话音信号根据原CCITT建议采用8kHz抽样，抽样周期为125μs，所以一帧的时间（即帧周期）T＝125μs。每一帧由32个路时隙组成（每个时隙对应一个样值，一个样值编8位码），其中： ① 30个话路时隙(TS1～TS15，TS17～TS31) ② 帧同步时隙(TS0) ③ 信令与复帧同步时隙(TS16) 四、