§２—１信號傳輸方式§２—２將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號§２—３提高信號在信道中傳輸質(zhì)量的方法§２—４提高線路傳輸效率的方法學(xué)習(xí)目標(biāo)１．掌握模擬傳輸和數(shù)字傳輸?shù)母拍?。２．掌握串行傳輸和并行傳輸?shù)母拍?。３．掌握信號發(fā)送和接收方式。§２—１信號傳輸方式一、模擬傳輸和數(shù)字傳輸１．模擬傳輸代表信息的信號及其參數(shù)（幅度、頻率或相位）隨信息連續(xù)變化的信號稱為模擬信號。時(shí)間上連續(xù)的模擬信號稱為連續(xù)信號，時(shí)間上不連續(xù)的信號稱為離散信號。在通信系統(tǒng)中，往往將時(shí)間上不連續(xù)的模擬信號稱為脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號。模擬信號ａ）時(shí)間上連續(xù)的模擬信號ｂ）時(shí)間上不連續(xù)的模擬信號如果信道上傳輸?shù)男盘柺悄M信號，則這種信號傳輸稱為模擬傳輸。模擬傳輸主要應(yīng)用在模擬通信系統(tǒng)中，常見的模擬調(diào)制方式有調(diào)幅（AM）、調(diào)頻（FM）和調(diào)相（PM），這三種模擬調(diào)制的波形如圖所示。模擬傳輸波形２．?dāng)?shù)字傳輸在時(shí)間上和幅度上均取有限離散數(shù)值的信號稱為數(shù)字信號。數(shù)字信號幅度離散，在時(shí)間上也是離散的。如果信道上傳輸?shù)男盘柺菙?shù)字信號，則這種信號傳輸稱為數(shù)字傳輸。數(shù)字信號ａ）二進(jìn)制數(shù)字信號ｂ）四進(jìn)制數(shù)字信號模擬傳輸與數(shù)字傳輸之間是可以相互轉(zhuǎn)換的，如圖所示。模擬傳輸與數(shù)字傳輸之間的轉(zhuǎn)換數(shù)字傳輸波形３．模擬通信和數(shù)字通信根據(jù)信道傳輸信號的差異，通信系統(tǒng)的分類如圖所示。通信系統(tǒng)的分類與模擬通信相比，數(shù)字通信更能適應(yīng)現(xiàn)代社會對通信技術(shù)的要求。（１）抗干擾能力強(qiáng)（２）便于加密處理（３）易于實(shí)現(xiàn)集成化，使通信設(shè)備體積小、功耗低（４）利于采用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路通信模擬通信與數(shù)字通信的抗干擾性能比較ａ）模擬通信ｂ）數(shù)字通信二、串行傳輸和并行傳輸１．串行傳輸將多位二進(jìn)制碼的各位碼在時(shí)間軸上排列成一行，在一條傳輸線路上一位一位地傳輸?shù)姆绞椒Q為串行傳輸方式。數(shù)據(jù)的串行傳輸和并行傳輸ａ）串行傳輸ｂ）并行傳輸２．并行傳輸用多條傳輸線路同時(shí)傳送多位二進(jìn)制碼的傳輸方式稱為并行傳輸方式。串行傳輸與并行傳輸之間的比較串行傳輸接口技術(shù)也在不斷發(fā)展變化，USB（UniversalSerialBus，通用串行總線）接口在許多領(lǐng)域得到了廣泛的應(yīng)用。串行接口標(biāo)準(zhǔn)及主要技術(shù)指標(biāo)見表。串行接口標(biāo)準(zhǔn)及主要技術(shù)指標(biāo)三、信號發(fā)送和接收方式

單工、半雙工和全雙工通信方式ａ）單工通信ｂ）半雙工通信ｃ）全雙工通信１．單工通信信號只能單方向傳送，在任何時(shí)候都不能進(jìn)行反向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞椒Q為單工傳輸。２．半雙工通信在半雙工傳輸方式中，信號可以在兩個(gè)方向上傳輸，但時(shí)間上不能重疊，即通信雙方不能同時(shí)既發(fā)送信號又接收信號，而只能交替進(jìn)行。３．全雙工通信在全雙工通信方式中，信號可以同時(shí)在兩個(gè)方向上傳輸。學(xué)習(xí)目標(biāo)掌握采樣、量化、編碼的概念和原理?！欤病矊⒛M信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號PCM系統(tǒng)中的信號轉(zhuǎn)換和處理過程如圖所示。簡單數(shù)字通信系統(tǒng)框圖一、采樣１．采樣的概念及電路模型采樣也稱取樣、抽樣，采樣通常是以一定的時(shí)間間隔T提取信號的大?。ǚ龋涔ぷ鬟^程如圖所示。采樣過程示意圖實(shí)現(xiàn)采樣的電路模型如圖所示。采樣電路實(shí)際上是一個(gè)電子開關(guān)，采樣脈沖是一個(gè)周期性的矩形脈沖。采樣電路模型及采樣波形示意圖２．采樣定理理論證明，若時(shí)間連續(xù)信號f（t）

的最高頻率為fm，只要采樣頻率fs大于或等于fm的２倍，即fs≥２fm，就能夠無失真地恢復(fù)原時(shí)間連續(xù)信號。這就是著名的奈奎斯特定理，也稱為采樣定理（抽樣定理或取樣定理）。３．采樣保持采樣時(shí)，輸入的模擬信號的值是連續(xù)變化的；采樣后，輸出的脈沖頂部是變化的。為了獲得近似不變的準(zhǔn)確的采樣值，要求采樣脈沖的脈沖寬度盡可能窄。另外，在后面的量化過程中，為了滿足量化、編碼的要求，采樣值必須保持一段時(shí)間，這一過程稱為采樣保持，然后再進(jìn)行量化、編碼。二、量化量化的過程就是將采樣信號的幅度變化范圍劃分為若干個(gè)小間隔，每個(gè)小間隔稱為一個(gè)量化級，每個(gè)量化級的電平稱為一個(gè)量化電平。當(dāng)采樣信號的值處于某一量化級附近時(shí)，就用這個(gè)量化電平（用Δ

表示）來代替實(shí)際的采樣值。量化過程示意圖１．均勻量化均勻量化的量化級差在整個(gè)信號的電平范圍內(nèi)是均勻分布的，不管信號是大是小，量化級差都相同，見表。均勻量化２．非均勻量化非均勻量化對大小信號采用不同的量化級差，大信號時(shí)量化級差大一些，小信號時(shí)量化級差小一些，見表。非均勻量化實(shí)現(xiàn)非均勻量化的方法之一是采用壓縮擴(kuò)張技術(shù)。壓縮擴(kuò)張技術(shù)的要點(diǎn)是在發(fā)送端對輸入的信號進(jìn)行壓縮處理后再進(jìn)行均勻量化，在接收端進(jìn)行擴(kuò)張?zhí)幚?，其原理如圖所示。非均勻量化的原理壓縮和擴(kuò)張?zhí)匦郧€ａ）壓縮特性ｂ）擴(kuò)張?zhí)匦裕常炕肼暡蓸又狄坏┻M(jìn)行了量化，以后不管如何處理，只能恢復(fù)成量化電平，無法再精確地恢復(fù)到原信號的值，量化前的信號幅度與量化后的信號幅度出現(xiàn)了誤差，這一差值在恢復(fù)信號時(shí)將會以噪聲的形式表現(xiàn)出來，所以將此差值稱為量化噪聲。三、編碼將每個(gè)量化電平用一組二進(jìn)制代碼表示的過程稱為編碼。脈沖編碼調(diào)制是通信領(lǐng)域應(yīng)用最廣的波形編碼方式，其標(biāo)準(zhǔn)是ITU-TG.711。PCM編碼器的組成框圖如圖所示。逐次反饋比較型PCM編碼器的組成框圖１．碼型選擇每一個(gè)采樣值用８位二進(jìn)制碼表示。以４位碼為例構(gòu)成的各種碼型的碼組見表。４位碼構(gòu)成的碼組與所表示數(shù)值的對應(yīng)關(guān)系２．Ａ律１３折線壓縮特性曲線要進(jìn)行編碼就要求量化間隔能成為簡單的整數(shù)倍關(guān)系。在二進(jìn)制編碼中，這種關(guān)系為２n倍，其中n為整數(shù)。壓縮特性曲線各段起始電平與量化臺階單位：Δ＝1/2048Ａ律１３折線壓縮特性曲線３．編碼過程編碼的方法很多，可以通過查編碼表的方法進(jìn)行編碼，也可以通過逐次反饋比較的方法進(jìn)行編碼，本書重點(diǎn)介紹通過逐次反饋比較的方法進(jìn)行編碼。段落碼的編碼規(guī)則段內(nèi)碼的編碼原則段落碼的編碼過程４．解碼過程譯碼輸出信號經(jīng)過同相或反相放大后變成PAM信號，由低通濾波器濾除高頻分量后即得到恢復(fù)的模擬信號。ＰＣＭ譯碼器原理框圖學(xué)習(xí)目標(biāo)１．掌握信源編碼的概念。２．掌握信道編碼的概念。３．了解信道編碼在ＬＴＥ（長期演進(jìn)）中的應(yīng)用?！欤病程岣咝盘栐谛诺乐袀鬏斮|(zhì)量的方法信息傳輸系統(tǒng)的編碼、譯碼如圖所示。信息傳輸系統(tǒng)的編碼、譯碼示意圖一、信源編碼在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了提高數(shù)字信號傳輸?shù)挠行远扇〉木幋a稱為信源編碼。信源編碼有兩個(gè)作用：一是模／數(shù)轉(zhuǎn)換；二是盡可能減少信號中的冗余度，使在單位時(shí)間內(nèi)單位系統(tǒng)帶寬上所傳輸?shù)男畔⒘孔畲?。１．波形編碼波形編碼的基本原理是在時(shí)間軸上對模擬話音信號按照一定的速率來抽樣，然后將幅度樣本分層量化，再用代碼來表示。波形編碼具有低復(fù)雜度、低時(shí)延的特點(diǎn)。波形編碼在對信號帶寬要求不太嚴(yán)的通信中得到廣泛應(yīng)用（如有線通信）。２．聲源編碼聲源編碼又稱為參量編碼，它是指對信源信號在頻域或其他正交變換域提取特征參量，并將特征參量轉(zhuǎn)換為數(shù)字代碼進(jìn)行傳輸。其反過程為解碼，即將收到的數(shù)字序列轉(zhuǎn)換后恢復(fù)成特征參量，再依據(jù)此特征參量產(chǎn)生發(fā)送端語音信號。３．混合編碼混合編碼由波形編碼和聲源編碼結(jié)合而成，以達(dá)到波形編碼的高質(zhì)量和聲源編碼的低速率等優(yōu)點(diǎn)。混合編碼數(shù)字語音信號中包括若干語音特征參量，又包括部分波形編碼信息。二、信道編碼為了提高數(shù)字通信的可靠性而采取的編碼稱為信道編碼，信道編碼又稱為差錯控制編碼或糾錯編碼。提高系統(tǒng)傳輸?shù)目煽啃?，降低誤碼率的常用方法有以下兩類。１．降低數(shù)字信道本身引起的誤碼可采取的方法有選擇高質(zhì)量的傳輸線路、改善信道的傳輸特性、增加信號的發(fā)送能量、選擇有較強(qiáng)抗干擾能力的調(diào)制解調(diào)方案等。２．采用差錯控制編碼（即信道編碼）它的基本思想是通過對信息序列做某種變換，使原來彼此獨(dú)立、相關(guān)性極小的信息碼元產(chǎn)生某種相關(guān)性，在接收端可以利用這種規(guī)律性來檢查并糾正信息碼元在信息傳輸中所造成的差錯。三種差錯控制方式示意圖ａ）檢錯重發(fā)（ＡＲＱ）ｂ）前向糾錯（ＦＥＣ）ｃ）混合差錯控制（ＨＥＣ）三、信道編碼在LTE中的應(yīng)用１．CRC糾錯編碼CRC稱為循環(huán)冗余碼，它是在信息碼右邊加上幾位校驗(yàn)碼，以增加整個(gè)編碼系統(tǒng)的碼距和查錯糾錯能力。２．咬尾卷積編碼LTE系統(tǒng)的卷積碼編碼器采用了咬尾編碼方法，LTE中規(guī)定了使用的咬尾卷積編碼的約束長度為７，碼率為１／３。３．Turbo碼來自MAC層的傳輸塊，經(jīng)過CRC校驗(yàn)后，被分割成LTETurbo碼能夠編碼的碼塊，并進(jìn)行Turbo編碼和速率匹配，然后進(jìn)行比特加擾，最后進(jìn)行調(diào)制和天線映射發(fā)射出去。信道編碼的本質(zhì)是增加通信的可靠性、提高數(shù)據(jù)傳輸效率、降低誤碼率。學(xué)習(xí)目標(biāo)１．掌握頻分多路復(fù)用（ＦＤＭ）的概念。２．掌握時(shí)分多路復(fù)用（ＴＤＭ）的概念。３．掌握多址通信方式的原理?！欤病刺岣呔€路傳輸效率的方法撥號上網(wǎng)最常用的電話線就采取了多路復(fù)用技術(shù)，如圖所示，這樣在上網(wǎng)的同時(shí)也不影響電話的接入與撥出。模擬電話用戶線的多路復(fù)用一、多路復(fù)用所謂信道復(fù)用是指在同一個(gè)信道上同時(shí)傳輸多路信號而互不干擾的一種技術(shù)，如圖所示。最常用的信道復(fù)用方式是頻分復(fù)用（FDM）、時(shí)分復(fù)用（TDM）、碼分復(fù)用（CDM）和波分復(fù)用（WDM）。傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復(fù)用。信道復(fù)用ａ）不使用復(fù)用技術(shù)ｂ）使用復(fù)用技術(shù)１．頻分多路復(fù)用頻分復(fù)用就是在發(fā)送端利用不同頻率的載波將多路信號的頻譜調(diào)制到不同的頻段，以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。頻分復(fù)用的多路信號在時(shí)間上重疊，但在頻率上不會重疊，合并在一起通過一條信道傳輸，到達(dá)接收端后可以通過中心頻率不同的帶通濾波器彼此分離開來。頻分復(fù)用系統(tǒng)的主要缺點(diǎn)是設(shè)備龐大復(fù)雜，成本較高。２．時(shí)分多路復(fù)用時(shí)分復(fù)用（TDM）就是借助“把時(shí)間幀劃分成若干時(shí)隙和各路消息占有各自時(shí)隙”的方法來實(shí)現(xiàn)在同一條公共信道上傳輸多路信號。這種按照一定時(shí)間次序依次循環(huán)地傳輸各路消息以實(shí)現(xiàn)多路通信的方式稱為時(shí)分多路通信。與頻分復(fù)用相比，時(shí)分復(fù)用具有以下優(yōu)點(diǎn)：（１）TDM多路信號的合路和分路都是數(shù)字電路，比FDM的模擬濾波器分路簡單可靠。（２）FDM系統(tǒng)對信道的非線性失真要求很高，相反TDM系統(tǒng)對信道的非線性失真要求可適當(dāng)降低。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)框圖（發(fā)送端）３．PCM30/32路通信系統(tǒng)簡介為了提高信道利用率和適應(yīng)不同介質(zhì)的傳輸，數(shù)字通信中常將多路信源編碼輸出組合成不同數(shù)碼率的群路（集合）信號。我國規(guī)定采用的是PCM30/32路制式，即一幀共有32個(gè)時(shí)隙，可以傳送30路電話，復(fù)用的路數(shù)n＝32路，其中話路數(shù)為30。時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)框圖（接收端）（２）幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)

PCM30/32路通信系統(tǒng)的幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖所示。ＰＣＭ３０／３２路通信系統(tǒng)的幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)二、多址技術(shù)１．頻分多址（FDMA）方式頻分多址以頻率作為用戶信號的分割參量，它把系統(tǒng)可利用的無線頻譜分成若干互不交疊的頻段（信道），這些信道按照一定的規(guī)則分配給系統(tǒng)用戶，一般是分配給每個(gè)用戶一個(gè)唯一的頻段（信道）。在實(shí)際應(yīng)用時(shí)，為了防止各用戶信號相互干擾和因系統(tǒng)的頻率漂移造成頻段（信道）之間的重疊，各用戶頻段（信道）之間通常都要留有一段間隔頻段，稱為保護(hù)頻段。如果用頻率f、時(shí)間t和代碼c作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo)，則FDMA系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖所示。頻分多址（ＦＤＭＡ）方式２．時(shí)分多址（TDMA）方式時(shí)分多址（TDMA，TimeDivisionMultipleAccess/Address）技術(shù)依靠極其微小的時(shí)差，把信道劃分為若干不相重疊的時(shí)隙，再把每個(gè)時(shí)隙分配給各個(gè)用戶專用，在接收端就可以根據(jù)發(fā)送各個(gè)用戶信號的不同時(shí)間順序來分別接收不同用戶的信號。如果用頻率f、時(shí)間t和代碼c作為三維空間的三個(gè)坐標(biāo)，則TDMA系統(tǒng)在這個(gè)坐標(biāo)系中的位置如圖所示。時(shí)分多址（ＴＤＭＡ）方式３．碼分多址（CDMA）方式在碼分多址（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號，是用