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1、2.1 电话通信2.2 光纤通信,计算机与通信工程学院 通信工程系,第2章 有线通信,上次课内容回顾：,什么是交换？简述电路交换（举例）的基本过程？什么是报文交换（举例）？分组交换（举例）与报文交换有什么区别？电路交换和分组交换的主要区别有哪些？,2.1 电话通信,电话通信发展电话通信基础电话机常用部件语音信号数字化,附：电话机的发展概况,自1876年贝尔在美国波士顿发明了世界上第一部电话机以来，已有100多年的历史。这100多年里，出现了各种各样的电话机。电话机的发展主要经历了以下三个阶段：人工、机械、电子式,附：电话机的发展概况,1人工电话机第一代电话机人工电话机一般指无拨号装置的电话机，
2、它需要与人工交换机配合使用，其接线、拆线过程由话务员手工完成。电话通话过程需要有直流电源来供电，按电源供给方式分为磁石式和共电式两种。,附：电话机的发展概况,（1）磁石式电话机磁石式电话机是一种比较古老的人工电话机，我国在二十世纪七十年代之前广泛使用这一机种型。该话机主要由送话器、受话器、手摇发电机、电铃、干电池（3V）组成。因手摇发电机上有两块永久磁铁而得名。磁石式电话机是利用机内的手摇发电机向人工交换机发出呼叫信号的，而通话时，送话器所需直流是由机中的3V（2个1.5V干电池）提供的。,（2）共电式电话机所谓“共电”，即通话用电源统一由交换机集中提供，也是人工式电话机，仍属第一代产品。它与
3、磁石式话机的不同之处在于，共电话机取消了机内手摇发电机和外接电池，而其内部电路与磁石的基本相同。,附：电话机的发展概况,附：电话机的发展概况,2拨号盘式电话机-第二代电话机 3全自动电话机第三代电话机脉冲按键式电话机音频按键式电话机，全称双音多频（DTMF）电话机，也称双音频电话机。是从50年代起为配合程控交换机而发展起来的一种新型话机。脉冲音频兼容按键式电话机，在话机侧面设有一个转换开关（PT）作为选择,2.1.1 电话通信基础,一、简单电话通信系统,二、声学基础及人类的听觉特性,1声音的产生 声音是由振动着的物体产生的。人发声是由于声带振动的结果；受话器（听筒）能发出声音，是由于受话器内有
4、一膜片,2.1.1电话通信基础,2声音的描述 振动的振幅、周期和频率声波的振幅越大，听到的声音也就越大反映在听觉上，频率高的声音则音调高，频率低的声音则音调低。,三、语声信号的特性1.语声信号的频谱和能量 语声的频率范围人的说话声音是复音，一般话音的频率范围为80Hz8kHz。歌唱家的频谱要宽的多，大概为8210KHz各种乐器发声的频谱范围一般要到2020KHz,2.1.1电话通信基础,话音频率包括基频及较基频为高的各种频率成分（谐波成分）。通常基频部分表征信息，而由音色则可辨认每一种声音。正因为不同声源有不同的音色，所以人们才能辨别出不同乐器等声音。,2.1.1电话通信基础,能量分布(P21
5、)语声的能量用dB表示,语声信号低频部分包含的能量大，高频部分包含能量小.,2.1.1电话通信基础,并且通过实验可以得出：若除去语声信号中500HZ以下频率成分，语声的平均能量下降60%；若除去1500HZ以上频率成分，语声的平均能量只减少12%（但此时信号就不够清楚了）。,2.1.1电话通信基础,2.语声信号幅度分布特性（P22)语声信号幅度分布特性，该表达式称高斯分布：其中：x为信号瞬时幅度值，p(x)表示信号幅度大小出现的概率。语声信号小信号出现概率大，大信号出现概率小。特别是x=0时，p(x)值最大，这主要是由于通话过程中的停顿和听对方说话的时间内不发音所致。,2.1.1电话通信基础,
6、3.语声信号的动态范围（p22）通常我们把波形的最大幅值与最小幅值之比定义为语声信号的动态范围。动态范围一般是将上述比值求对数后用分贝dB表示 要使语声比较生动，动态范围不能太小。通常电话通信考虑到各种因素的影响后，设备的动态范围应满足不小于40dB。交响乐、戏剧等声音的动态范围可高达6080dB,2.1.1电话通信基础,4.对语声还原的评价 清晰度(可懂度)：自然度：,2.1.1电话通信基础,5.电话系统中的语声传输频带(P23)兼顾清晰度和能量两个方面，又考虑到提高线路利用率和简化通信设备1938年国际电联的前身国际电报电话咨询委员会（CCITT）建议采用3003400Hz的频带范围。因该
7、频段为低频信号部分，包含的能量大，且清晰度可达到90。从此以后，这一建议被世界各国普遍采用，我国各种制式的电话机，工作频带均采用300Hz3400Hz。,2.1.1电话通信基础,2.2.2 电话机的专用部件,电话机要想正常工作，必须有送话器、受话器进行电信号与语音的互相转换。打电话时需要拨号盘，接电话时要有振铃器，当然还有一些叉簧、开关、接插件和线绳等辅助器件。,一、送话器：在声波的作用下，能按照声压变化规律，产生相应的变化电流，是一种把声能转换成电能的声电转换器。最早送话器是炭精送话器。目前在按键电话机中常用的送话器:驻极体送话器、动圈式送话器、电磁式送话器和压电陶瓷送话器。,2.2.2 电
8、话机的专用部件,（1）炭精送话器（P24）,2.2.2 电话机的专用部件,（2）驻极体送话器(p26)驻极体也叫永电体，它是一种永久带电的物体。驻极体送话器的关键部件为驻极体振动膜。它是从70年代开始发展起来的一种新型声电转换器。,2.2.2 电话机的专用部件,将一片已经极化带电的振动膜放到电话机的话筒中，它和话筒的金属底座板之间就构成了一只电容器。根据静电感应原理与驻极体振动膜相对峙的金属底座板就会感应出大小相等方向相反的电荷。,2.2.2 电话机的专用部件,二、受话器：电/声转换部件。受话器按能量转换原理可分为：电磁式受话器、压电式受话器和动圈式受话器三种。我国最早开发生产的受话器是电磁式
9、受话器，后来发展了压电式受话器，近几年来国内许多厂家正在大力发展高质量的动圈式受话器。下面主要以早期最普遍使用的电磁式受话器为例，介绍一下受话器的工作原理。,2.2.2 电话机的专用部件,（1）电磁式受话器(P27)它亦是由四部分组成：永久磁铁、线圈、电磁铁及振动膜片。,2.2.2 电话机的专用部件,（2）动圈式受话器（P28）动圈式受话器的特点是线圈和振动膜片连在一起，且线圈是套于永久磁铁与极靴的间隙中。,2.2.2 电话机的专用部件,三、拨号盘拨号盘又称发号器或选呼设备。拨号盘就是电话机发出呼叫信号的接口部件。按送出选择信号方式的不同，拨号盘可分为两种，一种是机械旋转式拨号盘，另一种是按键
10、式拨号盘。目前普遍使用的拨号盘是按键式拨号盘,2.2.2 电话机的专用部件,（1）旋转式拨号盘电流每断续一次就送出一个断续电流称为直流拨号脉冲，从而将由交换机供给电话机的直流电流变成与拨号数字相对应的拨号脉冲，达到把对方电话号码告诉交换机的目的。（P35）这种以脉冲个数表示对方电话号码的拨号方式称为脉冲拨号方式。脉冲拨号方式,2.2.2 电话机的专用部件,（2）按键式拨号盘 旋转式拨号盘由于是机械旋转，存在着两个主要问题：一是容易出故障，拨号盘因卡住不转或回转速度不合标准常常出现错号；二是回转需要一段时间，尤其是拨8、9、0等高位号码时，更费时间。这样，占用了线路，降低了电话交换设备的有效利用
11、率。,2.2.2 电话机的专用部件,按键拨号盘也称电子号盘，由按键开关和电子线路组成。它所发出的信号目前为：双音多频信号每当用户按一个数字键时，电话机便向线路送出两个音频正弦信号(双音)组合成的混合信号。程控交换机根据频率数字分离技术接收鉴别后便能得知用户所拨电话号码，如图2-15所示。,2.2.2 电话机的专用部件,按键上的每一个数字键（09）和符号键（、*）均分别用高、低两个正弦波单音频组合信号来代表 两个音频信号分别从4个低频组的频率和3个高频组的频率中选择两个组成的,简言之“七中取二”。该种拨号方式称为双音多频式拨号方式，简称DTMF（Dual Tone Multiple Freque
12、ncy）方式。,2.2.2 电话机的专用部件,具体话机的按键和相应频率的关系如图2-10所示：表中高、低频率共组合成16个双音码作为拨号信号，其中A、B、C、D是备用码。DTMF方式,2.2.2 电话机的专用部件,四、辅助器件振铃器(P31)电子振铃器是以电子元件组成的电子振铃器，又称音调振铃器或电子铃。如新式电子电话机中的振铃器多为音调式振铃器。音调振铃器是由振铃集成电路、电/声换能器件及外围电子器件组成。振铃集成电路的功能是把25Hz振铃电压转换为几百到上千赫的两种音频，并且按一定周期（如10次每秒）轮流送出。,2.2.2 电话机的专用部件,2叉簧完成通话电路和振铃电路与外线的接通、断开转
13、换功能，它实际上也是一种开关。通话回路由“断开”到“闭合”的状态改变，能被交换机扫描识别。于是以这种方式，便可通知交换机相应用户要打电话。,2.2.2 电话机的专用部件,3手柄、开关、接插件、线绳手柄又叫听柄，它是装送、受话器的地方。手柄用线绳与机座连为一体，完成通话任务。新式电话机使用了多种开关，以实现功能和性能的转换。这些开关体积小，便于安装。电话机中常用的开关有拨动式和按压式两种。接插件在电话机中完成各种部件之间的连接。线绳有两条，分别称为线绳和线绳，,2.2.2 电话机的专用部件,语音信号数字化,1、数字通信系统的组成,(1)非电/电转换和电非电转换器非电电转换：若信源发出的信息是连续
14、的模拟信息，如语声，经非电/电(声/电)转换，连续变化的语声就变成了模拟语音电信号，而后进入一次编码器。电非电转换器：模拟信号经电非电(电/声)转换后，恢复成语声。,（2）一次编码/一次译码（信源编/译码）一次编码：A/D变换，把模拟信号变换成数字信号。一次译码：D/A变换，把模拟信号变换成数字信号。,（3）加密器解密器：有时通信需要保密，则对一次编码输出的数字信号，可根据用户的要求进行加密处理，加密器：把密电码通过加密器加到信息码流中去，改变原来信码流码元排列顺序，所以加密器又叫扰乱器或捣乱器。解密器：即去掉密码恢复原来信码流码元顺序。,（4）二次编码/二次译码（信道编/译码）完成自动检错和
15、纠错功能，即差错控制编译码的功能。由于信道传输特性的不理想和噪声的影响，数字信号在传输过程中往往会产生差错，即误码（“1”误成“0”，或“0”误成“1”）现象。这种差错，原则上是可以控制的，它是通过差错控制编码等手段来实现的。,差错控制基本原理：举例发：明天14：0016：00开会收：明天10：0016：00开会 收到这个错误通知后由于无法判断其正确与否发：明天下午14：0016：00开会 收：明天下午10：0016：00开会 即可判断出其中“10：00”发生了错误。这时，收者可以告诉发端再发一次通知，这就是检错重发。发：明天下14：0016：00两个小时开会收：明天下10：0016：00两个
16、小时开会 不但能判断出错误，同时还能纠正错误。,差错控制编码的基本原理：为了能判断传送的信息是否有误（检错），又能纠正错误（纠错），可以在传送时增加必要的附加判断数据（冗余码）；（这些附加数据在不发生误码的情况之下是完全多余的，但）如果发生误码，即可利用被传信息数据与附加数据之间的特定关系来实现检错和纠错。,说明：无论检错和纠错，都有一定的识别范围 如上例中，若开会时间错为“16：00-18：00”，则无法实现检错与纠错，因为这个时间也同样满足附加数据的约束条件，这就应当增加更多的附加数据(即冗余)。,具体讲：为了使信源代码具有检错和纠错能力，应当按一定的规则在信源编码的基础上增加 一些冗余码
17、元(又称监督码)，使这些冗余码元与被传送信息码元之间建立一定的关系，发信端完成这个任务的过程就称为误码或差错控制编码。在收信端，根据信息码元与监督码元的特定关系，实现检错或纠错，输出原信息码元，完成这个任务的过程就称误码控制译码(或解码)。为此，在发送端需要增加一个二次编码器，而在接收端相应地需要一个二次解码器。所以二次编码又称差错控制编码，是为防止传输中产生误码而采取的差错控制编码方法。,总结：差错控制编码根据功能不同可分为：检错码：只能发现差错 纠错码：既能发现差错也能自动纠正差错 纠删码：具备识别错码和纠正错码的功能，而且当错码超过纠正范围时可把无法纠错的信息删除。,信源编码和信道编码
18、在数字通信中，根据不同的目的，编码分为信源编码和信道编码两大类。为了提高数字信号的有效性以及为了使模拟信号数字化而采用的编码称为有效性编码或信源编码；为了提高数字通信的可靠性而采取的编码称为可靠性编码或信道编码。所以上述一次编码属于信源编码范畴；二次编码属于信道编码的范畴。,（4）调制器/解调器 调制：将输入数字信号变换成适合于信道传 输的形式，使信号能较好的通过信道到达接收端。例：信源所发出的原始信号（基带信号），一 般为低频率的信号低频信号要以无线电方式进行通信，必须要通过调制将其加载到更高频率的载波上，才能有效地发往天空。,说明：具体的数字通信系统并非一定要按上图所示那样包括所有的方框，
19、应视具体情况而定。若信息源发出的信号已经是数字信号，则无需A/D和D/A转换；不需要保密时，就不用加密器和解密器。传输话音信息时，既使有少量误码，也不影响通信质量，一般不需加二次编解码在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，不需要调制和解制部分。,1、信源编/译码 模拟信号数字化技术：将信源输出的模拟信号转换成数字信号。例如：语音、图像（语音信号是一维的，图像信号是多维的）语音编码：语音信号数字化；脉冲编码调制(PCM)和增量调制（M）被广泛应用。图像编码：图像信号数字化。幅度和时间离散化外，还须在空间上也同时离散化（隐含在时间离散化中）。对于彩色图像，还需要将给定色度空间的三基色（或
20、三原色，如红，绿，蓝）值也进行离散化。,上次课内容回顾：,语音信号还原的评价。（两个指标）电话语音信号的频率范围。（CCITT）简单点对点电话通信系统组成框图及各部分作用。点对点数字通信系统组成框图及各部分作用。,差错控制基本原理：举例,发：明天14：00-16：00开会收：明天10：00-16：00开会 收到这个错误通知后由于无法判断其正确与否发：明天下午14：00-16：00开会 收：明天下午10：00-16：00开会 即可判断出其中“10：00”发生了错误。这时，收者可以告诉发端再发一次通知，这就是检错重发。发：明天下14：00-16：00两个小时开会收：明天下10：00-16：00两个
21、小时开会 不但能判断出错误，同时还能纠正错误。,1、基本概念 脉冲编码调制（PCM）：Pulse Code Modulation 对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将模拟信号转换为数字信号的方法。PCM过程包含采样、量化、编码三个步骤。,语音信号数字化方法：脉冲编码调制（PCM）,2、PCM系统的组成,（1）模数变换 抽样：把模拟信号在时间上离散化。即使模拟信号变为抽样脉冲序列又称脉冲幅度调制（PAM）信号。量化：将抽样得到的信号在幅度上离散化；即把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值（共有N个量化值）。编码：用相应的二进码来表示N个量化值。,（2）信道部分：包括传输线及再生中继器（3）数模
22、变换 解码：编码反过程，解码后还原为PAM信号。低通：由PAM信号恢复或重建原模拟信号。,PCM单路抽样、量化、编码波形图：,Step1 抽样,模拟信号数字化的第一步：抽样将模拟信号在时间上进行离散化的过程。在语音信号的波形范围内，以一定的时间间隔提取模拟信号瞬时幅度值。这样就把连续的话音信号变成了一个个分离的、等距离的电脉冲，即时间上连续的模拟语音信号处理成了在时间上离散的信号。抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值被称为样值序列，或PAM信号。,Step1 抽样,1.抽样的描述 连续信号在时间上离散化的抽样过程如图所示：抽样过程具体描述：对于某一时间连续信号f(t)，仅取(to)、(t2
23、)、(t3)、(tn)等样值。于是信号(t)就变成了时间离散信号S(t)，完成了对(t)信号的抽样过程。,Step1 抽样,抽样是由抽样门完成 图中用脉冲（开关）信号sT(t)（等间隔的幅度为1的脉冲信号）来控制开关K 抽样门的通断。每间隔T时间控制开关闭合一次，就可以实现对信号f(t)的抽样。模拟信号m(t)时间上离散化 样值序列s(t),Step1 抽样,2.抽样的具体实现 在电路上可通过乘法器来实现，如图所示。用数学公式可描述为：fs(t)f(t)sa(t)。,3.抽样定理 抽样的可行性：若在发送端要把一段模拟语声信号传到对方，不一定要传信号上的每一点 抽样的原则：保证接收端从样值序列不
24、失真地恢复出原始信号。时间上连续的信号通过抽样变成了时间上离散的信号，为保证信息的正确传递，则要求离散后的样值序列不能丢失原来信号的信息；换句话说把f(t)变成fs(t)，要求对fs(t)作适当处理后，能无失真恢复原信号f(t)。,Step1 抽样,奈奎斯特准则（抽样定理）设连续时间信号f(t)，其最高截止频率为fm，若用时间间隔Ts1/(2*fm)的开关信号s(t)对f(t)抽样，则f(t)可被抽样后的离散信号fs(t)唯一地确定。抽样定理告诉我们：只要按抽样定理的周期进行抽样，就能由离散样值序列重建原始模拟信号。,Step1 抽样,4语音信号抽样周期 语声信号的频率为300-3400Hz，
25、则最高截止频率fm=3400Hz。根据抽样定理，抽样周期：TS1/(2 fm)=1/(2*3400)1/(2*4000)=125s（为计算方便）。抽样频率：S=1/TS=1/125s=8KHz的抽样频率（即抽样频率）对300-3400Hz的电话语声信号8000次/s抽样，则抽样后的样值序列可完整的恢复原来的语声信号。,Step1 抽样,Step2 量化,量化：把幅度连续变化的样值序列变换为幅度取值为有限个的离散样值序列的过程就是量化。,1.量化的必要性 模拟信号经抽样后得到了样值序列。各抽样值沿时间坐标轴t是离散分布的，但每个抽样值沿幅度坐标轴的变化是随原模拟信号幅度连续变化的。因此，它很难用
26、有限位数的数字信号来表示，为此需要对样值序列进一步处理，使它成为在幅度上是有限种取值的离散样值序列。,Step2 量化,2.量化方法：用分层方法可实现量化。把信号变化的动态范围划分为若干个区间（层），只要某样值信号落在某个区间内，就取该区间内预先规定的某个参考电平（如该区间的中间值）作为量化值。,Step2 量化,划分的区间有多少个，量化值就有多少个。于是就用近似的方法将无限个样值变成了有限个量化值。问题：量化级N8的量化器，量化值总共有多少种？划分的区间有多少个，量化值就有多少个,几个概念 量化级：量化区间称为量化级，或量化间隔。()量化电平：区间内预先规定的某个参考电平，也称量化值。量化误
27、差：抽样值与量化值之差，也称为量化噪声。,Step2 量化,相对量化误差：量化误差/量化值 最大相对量化误差：最大量化误差/量化值 量化信噪比：衡量量化噪声对信号影响的指标。S/D（dB）=10lg(信号平均功率/量化噪声功率）（dB）,说明：量化中分级的多少可根据要求而定，因为量化结果与样值的实际情况总会有偏差，级数分得越多量化误差越小，通信质量越高，但设备结构和电路就越复杂，目前大多分为256级。（话音信号传输要求，要求量化信噪比26dB）,Step2 量化,Step2 量化,3、量化的分类：均匀量化：量化间隔相等的量化。非均匀量化：量化间隔不相等的量化。,（1）均匀量化：量化间隔相等 例
28、如：某信号f(t)的幅度变化范围为0.5-8.5V，采样10次，其值分别为f(t0)-f(t9),Step2 量化,Step2 量化,由上表可知，对于均匀量化，在量化区内，因为大小信号的量化间隔相同（u1），信号无论大小其最大量化误差相同均为：0.5v，不会因信号幅度的改变而改变。信号样值幅度越大，相对量化误差越小，量化信噪比越大；信号样值幅度越小，相对量化误差越大，量化信噪比越小。均匀量化的特点：小信号的量化信噪比小，大信号的量化信噪比大。,Step2 量化,均匀量化的缺点：均匀量化方式对传输大信号极为有利，对传输小信号不利。语声信号的幅度分布特性为：大信号出现的概率小，小信号出现的概率大；
29、因此，均匀量化对传输语声信号是不利的。具体表现是通话时声音越小时，传到对方越小甚至被噪声所淹没。,解决上述问题的方法 减小量化间隔，增大量化级数 将量化区间分得更细一些，即u要小，量化分层数N要多。于是编码位数就会相应增加，结果将导致编码及编码器复杂，信道利用率降低。编码复杂信道利用率下降非均匀量化,Step2 量化,Step2 量化,（2）非均匀量化非均匀量化的目的、思想 目的：减小小信号时的量化误差，提高小信号时的量化信噪比。-使信噪比趋于一致。由最大相对量化误差公式：产生均匀量化的“小信号量化信噪比小”现象的原因：是由均匀量化时的量化间隔u是固定值，它不随信号幅度的变化而变化。小信号相对
30、量化误差大，大信号相对量化误差小。,思想：信号幅度区间小时，量化间隔u小些，即分层细一些；信号幅度区间大时，量化间隔u大些，即分层粗一些；以使大小信号相对量化误差（量化信噪比）趋于一致。,非均匀量化的实现方法：采用压缩扩张技术来实现对抽样信号非均匀量化。,Step2 量化,由最大相对量化误差公式：为达到使大小信号量化信噪比趋于一致的目的，可采取一种等效途径：首先通过人为变换，对样值进行处理y，即y=f(x)以增大小信号样值，减小大信号的样值。然后再对处理后的y样值区间进行均匀量化以保证量化间隔u一致（u变为u）。达到大小信号量化信噪比趋于一致的目的。,目前国际上有两种不同的标准：A律十三折 1
31、3折线A律主要用于英、法、德等欧洲各国的PCM设备中，我国也采用A律13折线。律十五折线 15折线律主要用于美国、日本和加拿大等国的PCM设备中。,Step2 量化,13折线A律压扩曲线,Step2 量化,Step2 量化,A律13折线的生成：13折线A律是从非均匀量化的基点出发，设法用许多折线来逼近A律对数压扩特性的。设在直角坐标系中，x轴和y轴分别表示输入信号和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最大取值范围都是11，即都是归一化的。,归一化的压缩器输入电压 x=压缩器的输入电压/压缩器可能的最大输入电压归一化的压缩器输出电压 y=压缩器的输出电压/压缩器可能的最大输出电压,Step2 量
32、化,为达到非均匀量化的目的，A律13折线分两步生成：第一步，把x轴的区间1，1不均匀地分成16大段，正半轴8大段，负半轴8大段。,Step2 量化,Step2 量化,第二步，将以上8个不均匀大段的每一段，再均匀地分成16等份，每一等份代表一个量化级。,Step2 量化,因此，将x轴的01的变化域分成了168128个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进行非均匀量化；另外，对-x轴也作同样的分段处理，则x轴坐标共有256个非均匀量化级。,对于y（或-y）轴的01的变化域被均匀地分成8大段，每大段再均匀地分成16等份，故y轴同样也被分成1282256个等份,Step2 量化,Step2 量化,将x轴
33、坐标和y轴坐标作以上分段处理后，再将相应大段的坐标交点连接起来，得到16段折线段，由于正方向1、2段与负方向1、2段具有相同的斜率，因此可连在一起作为一段，于是16段折线从形状上变成了13段折线,7,Step2 量化,该折线被称为A律13折线。,Step2 量化,Step3 编码,图3-3中，量化级共有6级，所以可用“3”位二进制“0”和“1”的不同组合来表示。,编码：是用相应的数字信号码组表示模拟信号的量化的抽样值的过程。,常用编码方法:常用的编译码是根据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（在编码过程中实现了非均匀量化），接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀编解码
34、法。,Step3 编码,译码：与编码的作用相反，是把数字信号码组还原成对应模拟信号的量化的抽样值过程。编码由编码器完成，译码由译码器完成。,Step3 编码,1.编码的位数和码位的安排 编码后的一个码组中需要有几位二进制码，与量化时的级数有关。所以现在使用的PCM系统中，编码位数的选择取决于PCM量化级数。例：通过上述A律13折线的生成可知，A律13折线正轴有8个大的量化段，每个量化段又均匀分成16等份，每一份称为一个量化级。对-x轴也作同样的分段处理。量化级数N2（正负极性）8（段）16（等份）256，所以需8位二进制码。,第1位二进制码a1：称为极性码，表示样值信号极性的正负（如“1”表示
35、正，“0”表示负）3位二进制码a2a3a4：称为段落码，表示8大段落4位二进制码a5a6a7a8：称为段内码，表示每一大段的16等份 a1，a2a3a4，a5a6a7a8 极性码 段落码 段内码,Step3 编码,Step3 编码,2.编码的码型编码码型:编码的码型指的是把模拟信号抽样值量化后的所有量化级，按其量化值的大小次序排列起来，并列出各自对应的码组，这个整体称为码型。PCM通常采用二进制码进行编码，利用二进制码组编码时，常用的码型有三种：一般二进码循环码(格雷码)折叠码,上述将模拟信号取样、量化、再将量化所得离散幅值用一组二进制码表示（即编码）的过程，就是所谓脉冲编码调制（PCM）过程
36、。在PCM通信系统中，一路带宽为4kHz的模拟 语音信号是如何变成64kbit/s的数字语音信 号的？抽样：8kHz速率的取样；非均匀量化：每个样值又非均匀量化为 256个不同量化级中的一个；编码：每个量化值再编码为8位折叠二进制码码速为：80008=64kbit/s,Step3 编码,上次课内容回顾：,PCM含义、过程。抽样定理（Nyquist奈奎斯特准则）。量化的目的。非均匀量化的思想、目的、实现方法。4kHz模拟语音信号经过PCM数字化后码速率是多少？如何得来的？,数字传输技术,数字基带传输数字频带传输,数字传输技术,数字信号：数字终端设备直接产生（如计算机、电传机等）A/D转换后不同的
37、信道具有不同的频率特性。数字信号在信道中的表现形式取决于信道，不同的信道要求的信号形式不同。无线信道：（自由空间），只能传输较高频率的信号。有线信道：（电缆或光纤信道），能传输的信号是从零频开始的。通常数字信号的传输方法有两种：基带传输频带传输（又称载波传输、调制传输）。,1.数字基带信号从波形上看，数字信号一般是由不同电压极性（如5V或5V）表示的矩形脉冲(其频率成分从零频开始一直扩展到很高频率）矩形脉冲的固有频宽称做基本频带，即基带，上述数字信号又统称为数字基带信号。（如PCM等）,数字基带传输,2.基带传输将未经调制变换的基带信号直接送往信道中传输的传输方式简单说来，就是将数字信号1或0
38、直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。如在某些有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，可以让基带信号直接进行传输。如短距离的脉冲编码调制（PCM）局间中继、局域网计算机间的数据传送常采用基带传输方式。,数字基带传输,3.基带传输码型数字基带信号波形又称码型，通常用典型的矩形脉冲来表示。最简单的数字信号是二进制码，幅度取值只有两种电平。,单极性波形：用正电压“A”和“0”电压两种矩形电脉冲表示双极性波形：可用“A”或“A”两种极性的矩形电脉冲来表示,数字基带传输,选码原则（1）不应含有直流分量和只有很小的低频分量；（信道中的变压器，使直流和低频不易通过，会丢失直流和低频成分，有可能
39、造成严重失真。）（2）便于从信号中提取位同步定时信息；（3）传输码型应具有误码检测功能；（在发送时选择的码型具有一定的规律性，接收端就可以根据此规律来检出误码或许能纠正。）（4）编译码的设备应尽量简单,易于实现。,数字基带传输,常用码型曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码）传号交替反转码（AMI码）三阶高密度双极性码（HDB3码）传号反转码（CMI码）,数字基带传输,数字基带传输,曼彻斯特码001 110 常用于计算机通信网络中,传号交替反转码（AMI:Alternate Mark Inversion Code）“交替极性倒置码”0 不变，1交替变为+1和-1北美系列一、二、三次群的线路码型,特
40、点：无直流成分，可在有变压器的信道中传输 高频成分小，串扰较小 过多连“0”，易使接收端丢失同步信息,数字基带传输,三阶高密度双极性码（HDB3码：High Density Bipolar）HDB3码是CCITT建议PCM30/32标准系列的基群、二次群、三次群的线路码型。,传号反转码（CMI码：Code Mark Inversion）001 100/11交替。CCITT建议四次群接口码型。1 0 1 1 1 0 0 1 111 01 00 11 00 01 01 11 00,数字基带传输,数字频带传输,1、定义利用数字基带信号去控制载波，从而实现数字信号对载波的调制，以形成数字信号的载波传输
41、。数字无线电通信中（例如，数字微波通信），只能采用数字信号载波传输方式。,2、常用调制方法调制：使载波信号的某个参量随即带信号的变化而变化。由于数字调制方式中调制信号是“1”或“0”，对载波参数的控制相当于开关，所以数字调制方式通常称之为“键控法”。载波S(t)=Asin(t+)A：振幅：角频率：相位,数字频带传输,（1）二进制振幅键控方式（2ASK，Amplitude-Shift Keying）用待传的数字信号来改变载波的幅度。有载波代表“1”码，无载波代表“0”码振幅键控（ASK）也称为数字调幅实现容易，技术简单，抗干扰能力差。,2ASK信号的产生,数字频带传输,（2）二进制频移键控方式（FSK，Frequency-Shift Keying）用待传递的数字信号改变载波的频率。用两种不同频率的载波分别代表数字“1”和数字“0”。频移键控又称数字调频。2FSK信号的产生,数字频带传输,（3）二进制相移键控方式（PSK，Phase-Shift Keying）用待传递的数字信号改变载波的初相角。载波的初相角为0代表“0”码，初相角为180代表“1”码（或相反）相移键控又称数字调相。,2PSK信号的产生,数字频带传输,数字频带传输,改进：DPSK 相对相移键控载波相位变化为0 代表“0”码，变化180代表“1”码（或相反）,小结：,
