通信概论串讲笔记20111210(2)

FDM的特点是各路信号在频率上是分开的，在时间上是重叠的。

2、时分复用（TDM）------是利用分时方式来实现在同一信道中传输多路信号的方法。

TDM的特点是各路信号在频率上是重叠的，在时间上是分开的。 同步时分多路复用，浪费大，利用率低。(固定时隙) 异步时分多路复用，根据需要分配时隙，利用率高。 3、码分复用

各路信号码元在频谱上和时间上都是重叠的，但是不同用户传输的信号是靠不同的正交编码序列来区分。 码分复用是用正交的脉冲序列分别携带不同信号。 4、波分复用

光通信的复用技术，原理和频分复用类似。 第八节：通信系统的性能指标

评论一个通信系统的优劣性能指标包括：有效性，可靠性，适应性，经济性，标准性和可维护性。 1.8.1 模拟通信系统的性能指标

有效性用传输带宽B来度量。模拟通信系统的可靠性通常用接收端最终输出信噪比S0/N0来度量，输出信噪比越高，通信可靠性就越好。 1.8.2 数字通信系统的行能指标

数字通信系统的有效性可用传输速率和频带利用率来衡量。

1）码元速率（波特率）----表示每秒传送的码元数目。码元是信息传输的基本单位。八进制一个码元3位。 RB＝1/T T表示码元周期，单位：波特（Baud）

2) 信息速率(比特率)----表示每秒传送的信息量(或比特数)。 Rb＝RB*log2M RB表示码元速率，M表示码元进制数。单位:bit/s

3）频带利用率： η＝RB/B RB表示码元速率，B表示频带带宽 单位：Baud/HZ 或者 ηb＝Rb/B Rb表示信息速率。单位：bit/(s*HZ) η读作langmda。 于是 ηb＝RB*log2M /B 或 ηb＝η*log2M 4) 差错率

----------用来衡量数字通信系统的可靠性。差错率常用误码率和误信率表示。 误码率Pe：指接收错误码元数占总码元数的比例。Pe＝错误码元数/传输总码元数 误信率Pb（误比特率）：指接受的错误比特数在传输总比特数中所占的比例 Pb＝错误比特数/传输总比特数

例1：设A系统以2000bit/s的比特率传输2PSK调制信号的带宽为2000HZ，B系统以2000bit/s的比特率传输4PSK调制信号的带宽为1000HZ。试问：哪个系统更有效？

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解：两个传输速率相等的系统其传输效率并不一定相同。因为，真正衡量数字通信系统的有效性指标是频带利用率

A系统 ηb＝Rb/B＝2000/2000bit/（s*Hz）＝1bit/（s*Hz） B系统 ηb＝Rb/B＝2000/1000bit/（s*Hz）＝2bit/（s*Hz） 所以，B系统的有效性更好。

例2：设某数字传输系统传送二进制码元的速率为1200Baud，试求该系统的信息速率；若该系统改为传送八进制信号码元，码元速率不变，则这时系统的信息速率为多少？ 解：二进制：Rb＝RB*log2M=1200* log22=1200 bit/s

八进制：Rb＝RB*log2M=1200* log28=3600 bit/s

例3：已知某四进制数字传输系统的信息速率为2400bit/s，接收端在0。5h内共收到216个错误码元，试计算该系统的误码率。

解：码元速率＝2400/log2 4=1200 Baud 误码率Pe=216/0.5*60*60*1200=10 (0.0001)

第二章 模拟信号数字化及其传输

第一节 概述

数字通信系统传输模拟信号的三个基本环节：

(1)模/数转换(A/D)------把模拟信号转换为数字信号。 (2)按数字传输方法------数字基带传输或数字调制传输。 (3)数/模转换(D/A)-------把数字信号变换为模拟信号。 1、模/数(A/D)的3个步骤： 抽样、量化、编码

抽样就是以一定的时间间隔采集模拟信号的瞬时值，然后将采集的瞬时值（抽样值）进行量化并编码，就形成 了数字信号。

数字微波通信系统由天馈设备、微波分路系统、微波发信机、中频调制解调器、基带切换设备、勤务及监控和PCM设备组成。

量化：将抽样信号幅值进行离散化处理的过程。

编码：把量化后的有限个信号电平值变换成二进制码组的过程。 2、编码方法和分类

编码技术分为波形编码和参量编码两类。 目前使用最普遍的波形编码方法有：

脉冲编码调制PCM和增量调制△M。

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第二节 抽样定理

抽样定理为模拟信号的数字化和时分多路复用（TDM）奠定了理论基础。 带宽B=fH-fL

如果B> fL 表示低通信号。 如果B≤fL 表示带通信号。 1、低通抽样定理

低通抽样定理：一个频带限制在（0，fH）内的模拟信号m(t)，如果以T≤1/2fH的间隔对它抽样，则m(t)将被 抽样值完全确定。

抽样间隔：T<=1/2fH 当T=1/2fH称为奈奎斯特间隔 抽样速率：fs>=2fH 当fs=2fH称为奈奎斯特速率。 如果抽样速率fs<2fH,会产生失真，叫混叠失真。

2、带通抽样定理

带通抽样定理：一个频带限制在fL--- fH内，带宽为B=fH-fL的带通信号m(t)，如果对它进行抽样的最小抽样 频率满足

fs＝2B(1＋k/n)

则m(t)将被抽样值完全确定。其中n为商fH/B的整数部分，k为商fH/B的小数部分。 通常fL远大于B，所以k/n接近0 fs＝2B 2.3 脉冲振幅调制（PAM）

1、模拟脉冲调制-----是以时间上离散的脉冲序列作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲序列的某个 参量（振幅，宽度和位置），使其随m(t)的规律变化。

PAM是脉冲波的幅度随调制信号变化的一种调制方式，按抽样定理进行抽样得到的信号ms(t)）就是一个 PAM信号。） 脉宽调制PDM 脉位调制PPM

用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想情况，一般用窄脉冲序列代替冲激脉冲。 用窄脉冲序列进行抽样的两种PAM方式是：自然抽样和平顶抽样。 2、自然抽样：

---------又称曲顶抽样，抽样后信号的脉冲顶部与原模拟信号波形相同。

时域波形的脉冲顶部和原模拟信号波形相同，频谱包络按sa函数随频率增加而下降，带宽有限， 可通过低通滤波器直接分离出原始模拟信号。 3、理想抽样

理想抽样---用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想情况。

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PAM信号波形冲激大小等于瞬时抽样值，频谱的包络是一条水平线，信号带宽无穷大。 可通过低通滤波器直接分离出原始模拟信号。 4、平顶抽样

--------又称瞬时抽样。脉冲顶部是平坦的，脉冲幅度等于瞬时抽样值。

频谱复杂，不能直接用低通滤波器恢复原信号，必须在低通前加一个修正滤波器。 实际中，常用“抽样保持电路”产生平顶抽样PAM信号。 2.4 脉冲编码调制（PCM）

脉冲编码调制本质上是一种模/数转换方式，它是将模拟信号变换成二进制信号的常用方法。 抽样是按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换为时间上离散的抽样信号；

量化是把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散化，即指定有限个量化电平，把抽样值用最接近的电平表示； 编码则是用二进制码组表示量化后的信号电平。

OCM信号的形成是模拟信号经过“抽样、量化、编码”3各步骤实现的。 2.4.1量化

将抽样信号幅值进行离散化处理的过程。

量化误差---在量化过程中，量化输出电平和量化前信号的抽样值之间产生的误差。也叫做量化噪声。 1） ：把输入信号的取值域等间隔分割的量化称为均匀量化。

假设模拟抽样信号的取值范围在a和b之间，量化电平数为M，

则量化间隔为△v=(b-a)/M，最大量化误差为△v/2。 量化信噪比：

（S0/Nq）dB＝20lgM＝6NdB

量化噪声功率Nq只与量化间隔△v有关，对于均匀量化，△v是固定的，因而Nq固定不变。但是，信号的强 度可能随时间变换，当信号小时，量化信噪比也小，所以均匀量化对于小输入信号很不利。 特点：量化间隔相等，缺点是小信号时的量化信噪比低。 2） 非均匀量化

非均匀量化：量化间隔随信号抽样值的不同而不同。

信号抽样取值小时，量化间隔△v也小，信号抽样取值大时，量化间隔△v也大。 实现方法是把信号先进行压缩处理，然后再把压缩后的信号进行均匀量化。 压缩器是一个非线性变换电路，实现“压大补小”作用。

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非均匀量化优点：在保证编码位数不变时，减小大信号的量化信噪比(仍能满足要求)，提高小信号的量化信噪比。

①A律13折线：

设法用13段折线逼近压缩特性。A律选择A=87.6。

分成8段，最小的那两段斜率相同，2段看作为1段。表示分成7段。 正负最小的2段斜率相等，所以，2段看作为1段。 公式：2*（8-1）-1=13，所以叫A律13折线： ②μ律15折线：

设法用15段折线逼近压缩特性。μ=255。

同一端的2直线的斜率不同，不合并，所以成了15段，2*8-1 比较：

15折线率对小信号的量化信噪比改善程度更好；不过，对于大信号来说，μ律要比A律差。

2.4.2编码

把量化后的有限个信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码。逆过程称为解码或译码。 1、常用二进制编码

PCM一般使用二进制码，对M=2个量化电平，可以用N位二进制码来表示。 常用二进制编码有3种二进制码：自然二进制码、折叠二进制码和格雷二进制码。 (1)折叠二进制码以7为分界线，对称折叠（镜像）：0000表示7 0111表示0 11111表示15。 优点：编码过程简单，误码对于小电压的影响较小。有利于减小语音信号的平均量化噪声。 2、码位选择和安排

我国的PCM编码采用8位的13折线法的编码， 8位二进制码的安排。 极性码 段落码 段内码 C1 C2C3C4 C5C6C7C8

极性码：C1=1表示正极性; C1=0表示负极性;

段落码：C2C3C4它的8种可能状态分别对应表示8个段落的起点电平。 段内码：C5C6C7C8 它的16种可能状态对应代表各段内的16个不同的量化级。 通常把按非均匀量化特性的编码称为非线性编码； 按均匀量化特性的编码称为线性编码

A律13折线编码的7位非线性与均匀量化的11位线性编码等效。

由于非线性编码的码位数较少，因此设备简单，所需传输系统带宽减小。

3、逐次比较法编码器

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