2.1 概 述(课件）-高二《通信技术》同步教学（电子工业版）

第2章 数字通信系统 2.1 概述 2.2 数字信号的基带传输 2.3 多路复用技术及30/32路PCM通信系统 2.4 数字信号的频带传输 2.5 误码检测及纠正技术 2.1 概 述 在数字通信系统中，信道所传输的信号为数字信号；而常见的语言、图像等信号大都为模拟信号。因此，若要进行数字通信，就要将模拟信号转换为数字信号后再传输。将模拟信号数字化的方法有很多种，如脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，缩写为PCM）、增量调制（Delta Modulation，缩写为DM或ΔM）、差分脉冲编码调制（缩写为DPCM）等。 在数字通信系统中，脉冲编码调制通信是数字通信的主要形式之一。 一个基带传输PCM单向通信系统如图2.1所示。 抽样 量化 编码 码型变换 发信 PCM 量化PAM PAM 低通滤波 解码 码型反变换 再生 再生中继 收信 PCM 重建PAM m(t) m(t) 图2.1 PCM通信系统 发信端的主要任务是完成A/D（模／数）变换，其主要步骤为抽样、量化、编码。 收信端的任务是完成D/A变换，其主要步骤是解码、低通滤波。 因为信号在传输过程中要受到干扰和衰减，所以每隔一段距离加一个再生中继器，使数字信号获得再生。 为了使信号适合信道传输，并有一定的检测能力，在发信端加有码型变换电路，收信端加有码型反变换电路。 2.1.1 抽样（Sample） 抽样的任务是对模拟信号进行时间上的离散化处理，即每隔一段时间对模拟信号抽取一个样值。 抽样是模拟信号数字化的第一步。在接收端，要从离散的样值脉冲中不失真地恢复出原模拟信号，实现重建任务。抽样脉冲的重复频率fs必须满足什么条件才能保证收信端正确地加以重建？下面将介绍抽样定理。 1．抽样定理 1）样值信号频谱 抽样定理模型可用一个乘法器表示，如图2.2所示。 即 ms(t)m(t)s(t) （2-1） m(t) s(t) ms(t)  图2.2 抽样定理模型 式中，s(t)是重复周期为Ts、脉冲幅度为1、脉冲宽度为τ的周期性脉冲序列，即抽样脉冲序列。如图2.3所示。从图中可以看出：s(t)1时，ms(t)m（t）；s(t)0时，ms(t)0。 Ts s(t)  t   2  2 0 图2.3 抽样脉冲序列 s(t)用傅里叶级数可表示为： 式中： ms(t)=m(t)·s(t)=A0m(t)+2A1cosωst+2A2m(t)cosωst+··· +2An(t)cosnωst··· 若m（t）为单一频率Ω的正弦波， 即 则式中各项所包含的频率成分分别为： 第一项：Ω， 第二项：ωs±Ω； 第三项：2ωs±Ω； …… 第n项：nωs±Ω 结论： 抽样后信号的频率成分除含有Ω外，还有nωs的上、下边带；第一项中包含了原模拟信号的全部信息，只是幅度差 倍。 若m（t）信号的频率为fL～fH，即为一定带宽信号，其m（t）、s（t）、ms（t）信号频谱及波形如图所示。 结论： 只要频谱间不发生重叠现象，在接收端就可通过截止频率为fc=fH的理想低通滤波器从样值信号中取出原模拟信号。因此，对于低频频率fL很低，最高频率为fm的模拟信号来说，只要抽样信号频率fs≥2fm，在接收端就可不失真地取出原模拟信号。 抽样信号s(t) 的重复频率fs 必须不小于模拟信号最高频率的两倍，即fs ≥2fm ，它是模拟信号数字化的理论根据。 实际滤波器的特性不是理想的，因此常取fs > 2fm 。 在选定fs后，对模拟信号的fm必须给予限制。其方法为在抽样前加一低通滤波器，限制fm，保证fs>2fm。 2.信号的重建 利用一低通滤波器即可完成信号重建的任务。 由前面分析知道，样值信号中原模拟信号的幅度只为抽样前的 倍。因为τ很窄，所以还原出的信号幅度太小。为了提升重建的语音信号幅度，通常采取加一展宽电路，将样值脉冲τ展宽为Ts，从而提升信号幅度。 理论和实践表明：加展宽电路后，在PAM信号中，低频信号提升的幅度多，高频信号提升的幅度小，产生了失真。为了消除这种影响，在低通滤波器之后加均衡电路。要求均衡电路对低频信号衰减大，对高频信号衰减小。 2.1.2 量化 量化的任务：将抽样后的信号在幅度上离散化，即将模拟信号转换为数字信号。 做法：将PAM信号的幅度变化范围划分为若干个小间隔，每一个小间隔叫做一个量化级。相邻两个样值的差叫做量化级差，用δ表示。当样值落在某一量化级内时，就用这个量化级的中间值来代替。该值称为量化值。