南邮通信原理学习教案

南邮通信南邮通信(tng xn)原理原理 第一页，共123页。第1页/共123页第二页，共123页。抽样信号抽样信号量化信号t011011011100100100100编码信号第2页/共123页第三页，共123页。fs = 1/T。乘积就是抽样(chu yn)信号，它是一系列间隔为T 秒的强度不等的冲激脉冲。这些冲激脉冲的强度等于相应时刻上信号的抽样(chu yn)值。现用ms(t) = m(kT)表示此抽样(chu yn)信号序列。故有用波形图示出如下：)()()(ttmtmTs第3页/共123页第四页，共123页。(a)m(t)(e)ms(t)(c)T(t)0-3T-2T-TT2T3T第4页/共123页第五页，共123页。)()()(ffMfMsnsnffTf)(1)(Tfs/1nssnfffMTfM)()(1)(第5页/共123页第六页，共123页。nssnfffMTfM)()(1)()()()()()(tfdtfttf)(1)()(1)(snssnffMTnfffMTfM第6页/共123页第七页，共123页。ffs1/T2/T0-1/T-2/T (f)f-fHfH0fs|Ms(f)|-fHfHf|M(f)|第7页/共123页第八页，共123页。Hsff2第8页/共123页第九页，共123页。fs2fH 例如，典型电话信号的最高频率通常限制在3400 Hz，而抽样频率通常采用8000 Hz。t第9页/共123页第十页，共123页。部分，n =1，2，；l k 商(fH / B)的小数部分，0 k Iw , ci =1Is Iw , ci = 0c1, c2, c3Is Iw输入信号抽样脉冲第53页/共123页第五十四页，共123页。量化值c1c2c300001001201030114100510161107111第54页/共123页第五十五页，共123页。据c1 和c2的值决定。例如，若c1 c2 = 0 0，则Iw = 0.5；若c1 c2 = 1 0，则Iw = 4.5；依此类推。第55页/共123页第五十六页，共123页。量化值序号量化电压极性自然二进制码折叠二进制码15141312111098正极性111111101101110010111010100110001111111011011100101110101001100076543210负极性0111011001010100001100100001000000000001001000110100010101100111第56页/共123页第五十七页，共123页。码电路和编码过程大为简化。第57页/共123页第五十八页，共123页。第58页/共123页第五十九页，共123页。第59页/共123页第六十页，共123页。段落序号段落码c2 c3 c4段落范围（量化单位）81 1 11024204871 1 0512102461 0 125651251 0 012825640 1 16412830 1 0326420 0 1163210 0 0016第60页/共123页第六十一页，共123页。量化间隔段内码c5 c6 c7 c8151 1 1 1141 1 1 0141 1 0 1121 1 0 0111 0 1 1101 0 1 091 0 0 181 0 0 070 1 1 160 1 1 050 1 0 140 1 0 030 0 1 120 0 1 010 0 0 100 0 0 0第61页/共123页第六十二页，共123页。l典型电话信号的抽样频率是8000 Hz。故在采用这类非均匀量化编码器时，典型的数字电话传输比特率为64 kb/s。第62页/共123页第六十三页，共123页。l上图给出了用于电话信号编码的13折线折叠码的量化编码器原理方框图。此编码器给出8位编码c1至c8。c1为极性码，其他位表示(biosh)抽样的绝对值。第63页/共123页第六十四页，共123页。第64页/共123页第六十五页，共123页。第65页/共123页第六十六页，共123页。第66页/共123页第六十七页，共123页。抽样值12701 0 241 5 362 0 4811521 2 80012345678910 11121314151216第67页/共123页第六十八页，共123页。第68页/共123页第六十九页，共123页。l在此图中，本地译码器的记忆电路得到输入c7值后，使恒流源产生为下次比较所需要的权值电流Iw。在编码(bin m)器输出c8值后，对此抽样值的编码(bin m)已经完成，所以比较器要等待下一个抽样值到达，暂不需要恒流源产生新的权值电流。第69页/共123页第七十页，共123页。c2 c8记忆电路7/11变换恒流源极性控制c1译码输出第70页/共123页第七十一页，共123页。 10-4，而出现2位错码的概率为l所以P2 P1。现在仅讨论白色高斯加性噪声对均匀量化的自然码的影响。这时，可以认为(rnwi)码组中出现的错码是彼此独立的和均匀分布的。7242282108 . 2)10(278ePCP第71页/共123页第七十二页，共123页。第72页/共123页第七十三页，共123页。到误差功率的时间平均值为NiNiNNiivNvNNvvNQE11222221221232312)2(21第73页/共123页第七十四页，共123页。22223232vPvNNPeNNevPQeNe2/1232skTjetjseeQdtekTtQfG)()(2)()(fGffPSe第74页/共123页第七十五页，共123页。2)(eseQffP 2222232232)(seNHeNsffeaTvPfvPfdffPNHH第75页/共123页第七十六页，共123页。声功率：122/1vNQqqskTjqtjsqqeQdtekTtQfG)()(22)()(qsqSqQffGffP121212)()(222vTfvfdffPNsHsffqqHH第76页/共123页第七十七页，共123页。式中 M2NaakkvMdmamS2220)(122122212vTMSseNNeNsseNsqaPPMTvTvPvTMNNSNS)1(22)1(222222222221212123212第77页/共123页第七十八页，共123页。到上式表明，当低通信号最高频率fH给定时，PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽B按指数规律增长。NqMNS222HfBqNS/22/第78页/共123页第七十九页，共123页。围，比抽样值的变化范围小。所以，可以少用编码比特来对预测误差编码，从而降低其比特率。此预测误差的变化范围较小，它包含的冗余度也小。这就是说，利用减小冗余度的办法，降低了编码比特率。第79页/共123页第八十页，共123页。ek = rk，则由此图可见：上式表示mk*就等于mk。所以，可以把mk*看作是带有量化误差的抽样(chu yn)信号mk。(b) 译码器译码预测mk*rk(a) 编码器预测量化编码抽样mkmk*m(t)mkekrkkkkkkkkkkmmmmmemrm*第80页/共123页第八十一页，共123页。piikikmam1*第81页/共123页第八十二页，共123页。l这时，上图中的预测器就简化成为一个延迟电路，其延迟时间为1个抽样间隔时间Ts。在下图中画出了DPCM系统的原理方框图。piikikmam1*第82页/共123页第八十三页，共123页。(b) 译码器译码延迟Ts延迟量化编码抽样Ts(a) 编码器第83页/共123页第八十四页，共123页。kkkkkkkkkrermemmmq)(*vMMv2) 1(,) 1(2第84页/共123页第八十五页，共123页。+-vv0vM1M2M3M4vqfk1)(第85页/共123页第八十六页，共123页。2/2/222/2/2212)(1)()(vvkkvvkkkkvdqqvdqqfqqEssqffNfvfP0,12)()(2 smmqqffNvffPN12)(2第86页/共123页第八十七页，共123页。式中，A 振幅k 角频率它的变化速度决定于其斜率：tAtmksin)(tAdttdmkkcos)(第87页/共123页第八十八页，共123页。skfTAksfAmax22222222max822ksksfffAS222222222232) 1(821ksksffvMffvMSmksqfffMNNS23228) 1(3第88页/共123页第八十九页，共123页。第89页/共123页第九十页，共123页。rk示。例如，用“1”表示“+”，及用“0”表示“-”。mk*延 迟抽 样二电平量化m(t)mkekrkmk第90页/共123页第九十一页，共123页。延 迟rkmk*第91页/共123页第九十二页，共123页。“1”代表）；若抽样值为正值，则判决输出电压-（用“0”代表）。T(t)(a) 编码器(b)译码器积分器抽样 判决m(t)e(t)d(t)m(t)积 分d(t)低通第92页/共123页第九十三页，共123页。波器平滑后，就得到十分接近编码器原输入的模拟信号。输出二进制波形Ts第93页/共123页第九十四页，共123页。值过大时。(a) 基本量化噪声e(t)(b) 过载量化噪声e(t)第94页/共123页第九十五页，共123页。实际(shj)中增量调制采用的抽样频率fs值比PCM和DPCM的抽样频率值都大很多；对于语音信号而言，增量调制采用的抽样频率在几十千赫到百余千赫。sfTk/第95页/共123页第九十六页，共123页。第96页/共123页第九十七页，共123页。l故e(t)的平均功率可以表示成：eef,21)(321)()(2222deedeefeteE第97页/共123页第九十八页，共123页。ssffffP0,3)(2smmqffffPN3)(2第98页/共123页第九十九页，共123页。即临界振幅Amax与量化台阶和抽样频率fs成正比，与信号角频率k成反比。这个条件限制了信号的最大功率。tAtmksin)(tAdttdmkkcos)(sfTAkksfAmax第99页/共123页第一百页，共123页。ksfAmax22222222maxmax822ksksfffAS2/kkf mksmksmsksqffffffffffNS2323222222max04. 08338第100页/共123页第一百零一页，共123页。的质量和降低编码速率，出现了一些改进方案，例如“增量总和(-)”调制、压扩式自适应增量调制等。mksqfffMNNS23228) 1(3mksmksmsksqffffffffffNS2323222222max04. 08338第101页/共123页第一百零二页，共123页。mi(t)低通1低通2低通N信道低通1低通2低通N同步旋转开关m1(t)m2 (t)m2(t)m1(t)mN (t)mN(t)第102页/共123页第一百零三页，共123页。第103页/共123页第一百零四页，共123页。m1(t)m2(t)1帧T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N时隙1旋转开关采集到的信号信号m1(t)的采样信号m2(t)的采样第104页/共123页第一百零五页，共123页。第105页/共123页第一百零六页，共123页。多路电话通信系统，制定了两种准同步数字体系(PDH)和两种同步数字体系(SDH)标准的建议。第106页/共123页第一百零七页，共123页。第107页/共123页第一百零八页，共123页。层次比特率（Mb/s）路数（每路64kb/s）E体系E - 12.04830E - 28.448120E - 334.368480E - 4139.2641920E 5565.1487680T体系T 11.54424T - 26.31296T - 332.064（日本）48044.736（北美）672T 497.728（日本）1440274.176（北美）4032T5397.200（日本）5760560.160（北美）8064第108页/共123页第一百零九页，共123页。130(30路 64 kb/s)一次群 2.048 Mb/s复用设备14路2.048 Mb/s二次群 8.448 Mb/s二次复用4复用设备三次群 34.368 Mb/s三次复用复用设备144路8.448 Mb/s五次复用复用设备五次群 565.148 Mb/s4路139.264 Mb/s四次群 139.264 Mb/s复用设备144路34.368 Mb/s四次复用第109页/共123页第一百一十页，共123页。 由此可见，相邻层次群之间路数成4倍关系，但是比特率之间不是(b shi)严格的4倍关系。第110页/共123页第一百一十一页，共123页。TS16信令偶帧TS0* 1A1 1 1 1 1帧同步码奇帧TS0* 0 0 1 1 0 1 1话路(CH1 CH15)话路(CH16 CH30)125s16帧1复帧16帧32个时隙F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F158 bit CH30(1 bit = 488.3ns)8 bit(1 bit = 488.3ns)保留TS10TS12TS14TS16TS18TS9TS11TS13TS15TS17TS4TS6TS2TS0TS8TS5TS7TS3TS1TS20TS22TS28TS26TS24TS30TS19TS21TS23TS29TS27TS25TS31第111页/共123页第一百一十二页，共123页。用于远端告警，“A”在正常状态时为“0”，在告警状态时为“1”；第48位保留作维护(wih)、性能监测等其他用途，在没有其他用途时，在跨国链路上应该全为“1” 。第112页/共123页第一百一十三页，共123页。所示。第113页/共123页第一百一十四页，共123页。帧比特12345678F00000 xyxXF1CH1CH16F2CH2CH17F3CH3CH18 F15CH15CH30第114页/共123页第一百一十五页，共123页。段开销(SOH)组成块状帧结构，其重复周期为125s。按照模块的大小和传输速率不同，SDH分为若干等级。第115页/共123页第一百一十六页，共123页。N 。等级比特率(Mb/s)STM-1 155.52STM-4 622.08STM-162488.32STM-649953.28第116页/共123页第一百一十七页，共123页。第117页/共123页第一百一十八页，共123页。指针处理映 射复 用定位调整44.736 Mb/s34.368 Mb/s1VC-3C-3C-4TU-3TUG-33139.264 Mb/sVC-2VC-12VC-11C-12C-11C-2TU-11TU-2TU-12TUG-234771.544 Mb/s6.312 Mb/s2.048 Mb/sC-n 容器-nS T M -NVC-3VC-4AU-4AU-3AUGN13第118页/共123页第一百一十九页，共123页。第119页/共123页第一百二十页，共123页。第120页/共123页第一百二十一页，共123页。第121页/共123页第一百二十二页，共123页。第122页/共123页第一百二十三页，共123页。