第二章通信基礎知識主要內容通信的基本概念與基本問題通信中的調制技術通信中的編碼技術數字基帶傳輸系統通信中的復用和多址技術通信中的同步重點內容通信系統的模型結構及其基本概念（模擬通信系統與數字通信系統）調制的概念、定義、作用、分類模擬調制與數字調制的各種調制技術特性及其應該范圍第一節通信的基本概念與基本問題一、通信系統模型1、模擬通信系統模型信道中傳輸模擬信號的通信系統信息源調制器信道解調器信宿噪聲圖21模擬通信系統模型2、數字通信系統模型信道中傳輸數字信號的通信系統信息源信源編碼信道編碼調制器信道解調器信道譯碼信源譯碼信宿噪聲圖22數字通信系統模型數字通信設計的技術問題信源編碼/譯碼；信道編碼/譯碼；數字調制/解調；數字復接；同步以及加密信源編碼的作用一是設法減少碼元數目和降低碼元速率二是實現信號的模數轉換信道編碼的作用為了降低誤碼率，提高數字通信的可靠性而采取得編碼。基本思想是通過對信息序列作某種變換，使原來彼此獨立，相關性極小的信息碼元產生某種相關性，從而在接收端利用這種規律檢查或糾正信息碼元在信道傳輸中所造成的差錯。數字調制把數字基帶信號的頻譜搬移到高頻處，形成適合在信道中傳輸的頻帶信號。基本的數字調制方式有振幅鍵控ASK、頻移鍵控FSK、絕對相移鍵控PSK、相對（差分）相移鍵控DPSK。對于這些信號可以采用相干解調或非相干解調還原為數字基帶信號。數字通信的優點抗干擾能力強，數字信號可以再生從而消除噪聲累積便于進行各種數字信號處理便于實現集成化便于加密處理便于綜合傳遞各種信息，實現綜合業務數字網。3、信息、消息與信號信息是一種不確定度的描述，是語言、文字、數據或圖像等所包含的人們想知道的內容，是內在地實質的東西。具有兩個明顯的特征廣泛性與抽象性消息消息是具體的，有不同的形式。消息中包含了信息，如符號、文字、語音、數據、圖像等信號信號為信息的表示形式，在通信系統中傳輸的實質是表現為各種消息形式的電信號。二、通信方式1、單工、半雙工及全雙工通信單工通信指消息只能單方向傳輸的工作方式，因此只占用一共信道。發送端信道接送端圖23（A）單工通信半雙工通信指通信雙方都能收發消息，但不能同時進行收和發的工作方式發送端信道接送端發送端接送端圖23（B）半雙工通信全雙工通信是指通信雙方可同時進行收發消息的工作方式。一般情況全雙工通信的信道必須是雙向通道發送端信道接送端發送端接送端信道圖23（C）全雙工通信2、并行傳輸和串行傳輸并行傳輸并行傳輸是將代表信息的數字序列以成組的方式在兩條或兩條以上的并行信道上同時傳輸。并行傳輸的優點是節省傳輸時間，但需要傳輸信道多，設備復雜，成本高，故較少采用串行傳輸串行傳輸是數字序列以串行方式一個接一個地在一條信道上傳輸，一般的遠距離數字通信都采用這種傳輸方式三、信息及其度量1、信息量消息攜帶的信息量大小與消息出現的可能性有關，而可能性可以由消息的統計特性概率描述，離散消息XI攜帶的信息量為LOG1LOGIAIAIXPXXI信息量的單位由對數的底來確定（1）對數以2為底時，信息量的單位為比特（BIT，簡稱B）；（2）對數以E為底時，信息量的單位為奈特（NIT）；（3）對數以10為底時，信息量的單位為哈萊特（HARTLEY）；2、平均信息量（信源熵）離散信源的平均信息量為LIIIXPXH12LOG對于連續信源，其信源熵為DXFXFXL2式中為消息出現的概率密度XF四、通信系統的主要性能指標1、模擬通信系統的主要性能指標有效性有效性指標用傳輸頻帶來衡量，不同調制方式需要的頻帶寬度（簡稱帶寬B）也不同，信號的帶寬越小，占用信道帶寬越少，在給定信道時容納的傳輸路數越多，有效性越好。可靠性可靠性指標用接收端的最終輸出信號噪聲功率比（簡稱信噪比S/N或SNRSIGNALNOISERATIO）來衡量，不同調制方式在同樣信道信噪比下所得到的最終解調輸出信噪比也不同，如跳頻系統的輸出信噪比大于調幅系統，故可靠性比調幅系統好，但調配信號所需傳輸帶寬高于調幅。2、數字通信系統的主要性能指標有效性有效性指標用于傳輸速率衡量，傳輸速率又分為碼元傳輸速率和信息傳輸速率。碼元傳輸速率（RB），簡稱傳碼率，又稱符號速率，指單位時間能夠傳送的碼元數，單位為波特BAVD，簡稱B）。信息傳輸率（RB），簡稱傳信率，又稱比特率，指單位時間能夠傳送的平均信息量，單位為B/S。可靠性可靠性指標用差錯概率衡量，差錯概率又分為誤碼率和誤信率。誤碼率（碼元差錯概率）PE。誤碼率指接收的錯誤碼元數在傳輸總碼元數中所占的比例，即碼元在通信系統中被傳錯的概率，傳輸總碼元數錯誤碼元數EP誤信率（信息差錯概率）PB。誤信率指發生差錯的比特數在傳輸總比特數中所占地比例傳輸總比特數錯誤比特數BP五、信道容量與香農公式信道容量C指信道中無差錯傳輸信息的最大速率，分為連續信道的信道容量和離散信道的信道容量。對于連續信道的信道容量，有著名的香農公式1LOG/1LOG022BNSNSB式中，S為信號的功率；B為信道帶寬S/N為信道信噪比；N0為噪聲功率譜密度。關于香農公式，作如下說明1CN則,0,/2但B無限增加時，信道容量趨于定值C041LIMNSCB3信道容量C一定時，帶寬B與信噪比S/N可以互換。第三節通信中的調制技術一、調制的概念調制，就是安裝調制信號的變化規律去改變載波某些參數的過程。調制信號M（T）為包含信息的原始信號，具有較低的頻譜分量，在許多信道中不適宜直接傳輸；載波信號C（T）為參數受調制信號控制、用來承載信息的特定信號。1、調制的作用進行頻譜搬移。把調制信號的頻譜搬移到希望的位置上，從而將調制信號轉換成適合于信道傳輸的已調信號。實現信道多路復用，提高信道的頻帶利用率。通過選擇不同的調制方式改善系統傳輸的可靠性2、調制的分類按照調制信號M（T）分類根據調制信號M（T）取值是連續的還是離散的，可將調制分為兩種類型模擬調制在模擬調制中，調制信號的取值是連續的，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM數字調制在數字調制中，調制信號的取值是離散的，如ASK、FSK、PSK等。按照載波信號C（T）分類根據載波信號C（T）是連續的正弦波還是脈沖波，又可將調制分為兩種類型連續波調制。C（T）為連續正弦波，如AM、DSB、SSB、VSB、FM、PM、FSK、PSK等脈沖調制。C（T）為周期性脈沖波，如PCM、PAM、PDM、PPM等按照M（T）對C（T）不同參數的控制分類根據M（T）對C（T）不同參數的控制還可將調制分為幅度調制、頻率調制和相位調制三種基本的調制方式。幅度調制載波的幅度隨調制信號線性變化的過程，如AM、DSB、SSB、VSB、ASK頻率調制如FM、FSK相位調制如PM、PSK、DPSK二、模擬調制（一）線性調制AM、DSB、SSB、VSB1、常規調幅（AMAMPLITUDEMODULATION）AM信號表達式為COS0TTMATSM要求稱為包絡檢波不失真條件0MAX|AT由頻譜圖可知，AM信號的帶寬為MFB2AM調制的解調技術包絡檢波、相干解調AM調制的優缺點優點是接收設備簡單，缺點是功率利用率低，抗干擾能力差AM調制的應用場合中波和短波的調幅廣播2、抑制載波的雙邊帶調制（DSBSC）DSBSC信號表達式為TTMCDSBOS由頻譜圖可知，DSBSC信號的帶寬為F2DSBSC調制的解調技術相干解調DSBSC調制的優缺點優點是節省了載波功率，提高功率利用率，缺點是它的頻帶寬度仍是調制信號帶寬的2倍DSBSC調制的應用場合應用較少3、單邊帶調制（SSB）SSB信號的帶寬為MFB產生單邊帶信號的方法一是濾波法二是相移法SSB調制的解調方法相干解調SSB調制的優缺點優點是功率利用率和頻帶利用率都較高，抗干擾能力和抗選擇性衰落能力均優于AM，而帶寬只有AM的一半；缺點是發送和接收設備都復雜。SSB調制的應用場合用于頻帶比較擁擠的場合，如頻分多路復用的載波通信系統中。4、殘留邊帶調制（V（VESTIGIAL）SB）VSB信號的帶寬介于與之間MF2VSB調制的解調方法相干解調VSB調制的優缺點綜合了AM、SSB和VSB三者的優點VSB調制的應用場合商用電視廣播系統（二）非線性調制調頻FM和調相PM調頻的特點調頻波比調幅波占用的帶寬大在高調頻指數時，調頻系統的輸出信噪比（即抗干擾能力）遠大于調幅系統調頻的優點抗干擾能力強，可以實現帶寬與信噪比的互換寬帶調頻的缺點頻帶利用率低，存在門限效應調頻的應用場合寬帶調頻廣泛應用于長距離高質量的通信系統中；窄帶調頻主要用在接收信號弱、干擾大的情況下。三、數字調制分類調幅、調頻、調相鍵控的定義由于調制信號為數字信號，是離散狀態，在狀態切換時，類似于對載波進行開關控制，故稱鍵控。（一）二進制數字調制1、二進制振幅鍵控（2ASK）振幅鍵控是正弦載波的幅度隨數字基帶信號而變化的數字調制。當數字基帶信號為二進制時，則為二進制振幅鍵控。NCSASKTTTGATSOS22ASK信號帶寬BS2RB2ASK應用于早期電報通信，但抗噪性能力差（對信道衰減敏感），數字通信中很少用，但它是研究其他數字調制方式的基礎。2、二進制移頻鍵控（2FSK）正弦載波的頻率隨著二進制基帶信號在和兩個頻率點間變化，則產生二進制移1F頻鍵控信號。COSCOS21F2NNSNSSKTTTGATTTGATS2FSK信號帶寬|R2B12BFKF2FSK方式頻帶利用率低，只適用于中低速數據傳輸，在話帶內進行2FSK數據傳輸，速率1200B/S。3、二進制移相鍵控（2PSK）當正弦載波的相位隨二進制數字基帶信號離散變化時，則產生二進制移相鍵控（2PSK）信號。TNTTGATSCNSPSKOS2在2PSK信號的載波恢復過程中存在著180度的相位模糊，所以2PSK信號的相干解調存在隨機的“倒”現象和“反向”現象，從而使得2PSK方式很少在實際中應用。4、二進制差分相位鍵控（2DPSK）2DPSK方式是用前后相鄰碼元的載波相對相位變化來表示數字信息。假設前后相鄰碼元的載波相位差為，可定義一種數字信息與之間的關系，表示數字信息“0”；0，表示數字信息“1”。或，表示數字信息“0”；，表示數字信息“1”。0則一組二進制數字信息與其對應的2DPSK信號的載波相位關系如下二進制數字信息11010011102DPSK信號相位000000或0000022DPSK信號的實現方法可以先對二進制數字基帶信號進行差分編碼，將絕對碼表示二進制信息轉換為用相對碼表示的二進制信息，然后再進行絕對調相，從而產生二進制差分相位鍵控信號。2DPSK的應用范圍2DPSK廣泛應用于中高速率數據傳輸（二）其他數字調制方式1、正交振幅調制QAM（QUADRATUREAMPLITUDEMODULATION）正交振幅調制是用兩個獨立的基帶數字信號對兩個相互正交的同頻載波進行抑制載波的雙邊帶調制，利用這種已調信號在同一帶寬內頻譜正交的性質來實現兩路并行的數字信息傳輸。正交振幅調制就是一種頻譜利用率很高的調制方式，其在中大容量數字微波通信系統、有線電視網絡高速數據傳輸、衛星通信系統等領域得到了廣泛應用。2、最小移頻鍵控MSK（MINIMUMFREQUENCYSHIFTKEYING）最小移頻鍵控MSK是二進制連續相位FSK的一種特殊形式，它比2PSK有更高的頻譜利用率，并且有更強的抗噪聲性能，從而得到了廣泛的應用。3、高斯最小移頻鍵控（GMSK）GMSK調制方式能滿足移動通信環境下對鄰道干擾的嚴格要求，它以良好的性能而被泛歐數字蜂窩移動通信系統（GSM）所采用。4、正交頻分復用（OFDM）其基本原理是將發送的數據流分散到許多個子載波上，使各子載波的信號速率大為降低，從而能夠提高抗多徑和抗衰落的能力。正交頻分復用的特性具有較強的抗多徑傳播和頻率選擇性衰落的能力以及較高的頻譜利用率正交頻分復用的應用應用于接入網中的高速數字環路HDSL、非對稱數字環路ADSL，高清晰度電視HDTV的地面廣播系統。在移動通信領域，OFDM是第三代、第四代移動通信系統準備采用的技術之一。5、擴頻調制擴頻系統具有以下主要特點抗干擾和抗衰落、抗阻塞能力強；多址通信時頻譜利用率高；信號的功率譜密度很低，有利于信號的隱蔽。擴頻通信系統的工作方式直接序列擴頻跳變頻率擴頻跳變時間擴頻混合擴頻第四節通信中的編碼技術通信中的編碼技術主要有信源編碼和信道編碼信源編碼的作用一是設法減少碼元數目和降低碼元速率，即通常所說的數據壓縮。碼元速率將直接影響傳輸所占的帶寬，而傳輸帶寬又直接反映了通信的有效性。二是當信息源給出的是模擬語音信號時，信源編碼器將其轉換成數字信號，以實現模擬信號的數字化傳輸信道編碼的作用是為了降低誤碼率，提高數字通信的可靠性一、信源編碼1、模擬信號在數字通信系統中傳輸的步驟（1）把模擬信號數字化，即模數轉換（A/D）（2）進行數字方式傳輸；（3）把數字信號還原為模擬信號，即數模轉換（D/A）。2、模擬信號數字化的方法波形編碼是直接把時域波形變換為數字代碼序列，比特率通常在1664KB/S范圍內，接收端重建信號的質量好，典型方法有脈沖編碼調制（PCM）、自適應差分脈沖編碼調制（ADPCM）、增量調制（DM）。參數編碼是利用信號處理技術，提取語音信號的特征參數，再轉換成數字代碼，其比特率在16KB/S以下，但接收端重建（恢復）信號的質量不好，如線性預測編碼LP。（一）PCM原理1、概念脈沖編碼調制是一種用一組二進制數字代碼來代替連續信號的抽樣值，從而實現通信的方式。A/DTM抽樣LPF譯碼量化編碼信道TMTQ干擾PCM系統原理框圖2、基本原理在發送端進行波形編碼（主要包括抽樣、量化和編碼三個過程），把模擬信號變換為二進制碼組。編碼后的PCM碼組的數字傳輸方式可以是直接的基帶傳輸，也可以是對微波、光波等載波調制后的調制傳輸。在接收端，二進制碼組經譯碼后還原為量化后的樣值脈沖序列，然后經低通濾波器濾除高頻分量，便可得到重建信號。3、抽樣定義抽樣是按抽樣定理把時間上連續的模擬信號轉換成一系列時間上離散的抽樣值的過程抽樣定理如果對一個頻帶有限的時間連續的模擬信號抽樣，當抽樣速率達到一定數值時，則根據他的抽樣值就能重建原信號低通抽樣定理一個頻帶限制在（0，HF）內的時間連續信號，如果以的時間間隔TM2/1HSFT對它進行等間隔（均勻）抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。T抽樣定理告訴我們若的頻譜在某一頻率以上為零，則中的全部信息MHT完全包含在其間隔不大于的均勻抽樣序列里。換句話說，在信號最高頻率分量的每一個周期內起碼應抽樣兩次。或者說抽樣速率（每秒內的抽樣點數）應不小于，即SFHF2。其中，是最大允許抽樣間隔，稱為奈奎斯特間隔，相對應的最低HSF2HSFT2/1抽樣速率稱為奈奎斯特速率。SF若抽樣速率，則會產生失真，這種失真稱作混疊失真。HS帶通抽樣定理一個帶通信號，其頻率限制在與之間，帶寬為，若最高頻率TMLFHLHFB為帶寬的整數倍，即NB，則最小抽樣速率2B；若最高頻率不為帶寬的整HFHFSF數倍，即KNFH式中，N是一個不超過的最大整數，。BFH/10此時，最小抽樣速率為2NKFS當時，趨近于2B。所以當時，不論是否為帶寬的整數倍，BFLSFBLHF都可簡化為。S24、量化定義是把幅度上仍連續（無窮多個取值）的抽樣信號進行幅度離散，即利用預先規定的有限個電平來表示模擬信號抽樣值的過程量化的物理過程可以看出，量化后的信號是對原來信號的近似，當抽樣速率一定，量化級TMQTM數（量化電平數）增加并且量化電平選擇適當時，可以使與的近似程度提高。TQ與之間的誤差稱為量化誤差。對于語音、圖像等隨機信號，量化誤SQKTMS差也是隨機的，它像噪聲一樣影響通信質量，因此又稱為量化噪聲。量化誤差的平均功率與量化間隔的分割有關，如何使量化誤差的平均功率最小或符合一定規律，是量化的理論所要研究的問題。均勻量化的量化信噪比為2MNSQ量化信噪比隨量化電平數M的增加而提高，系統質量越好。通常量化電平數應根據對量化信噪比的要求來確定，量化方法有兩種。（1）均勻量化把輸入信號的取值域按等距離分割的量化稱為均勻量化。在均勻量化中，每個量化區間的量化電平平均取在各區間的中點，其量化間隔取決于輸入信號的I變化范圍和量化電平數。均勻量化廣泛應用于線性A/D變換接口，例如在計算機的A/D變換中；另外，在遙測遙控系統、儀表、圖像信號等的數字化接口中，也都使用均勻量化。（2）非均勻量化。非均勻量化是一種在整個動態范圍內量化間隔不相等的量化。換言之，非均勻量化根據輸入信號的概率密度函數來分布量化電平，以改善量化性能。實現非均勻量化的方法之一是把輸入量化器的信號X先進行壓縮處理，再把壓縮的信號Y進行均勻量化。所謂壓縮器就是一個非線性變換電路，微弱的信號被放大，強的信號被壓縮。接收端采用一個與壓縮特性相反的擴張器來恢復。通常使用的壓縮器中，大多采用對數式壓縮，即YLNX。廣泛采用的兩種對數壓擴特性是U律壓擴特性和A律壓擴特性。美國采用U律壓擴，我國和歐洲各國均采用A律壓擴。早期的A律和U律壓擴特性是用非線性模擬電路獲得的。由于對數壓擴特性是連續曲線，且隨壓擴參數的不同而不同，在電路上實現這樣的函數規律是相當復雜的，因而精度和穩定度都受到限制。隨著數字電路特別是大規模集成電路的發展，另一種壓擴技術數字壓擴，日益獲得廣泛的應用。它是利用數字電路形成許多折線來逼近對數壓擴特性。在實際中常采用的方法有兩種一種是采用13折線近似A律壓縮特性；另一種是采用15折線近似U律壓縮特性。A律13折線壓縮特性主要用于英、法、德等歐洲各國德PCM30/32路基群中，我國的PCM30/32路基群也采用A律13折線壓縮特性。U律15折線壓縮特性主要用于美國、加拿大和日本等國的PCM24路基群中。CCITT建議G711規定上述兩種折線近似壓縮律為國際標準，且在國際間數字系統相互連接時，要以A律為標準。5、編碼和譯碼把量化后的信號電平值變換成二進制碼組的過程稱為編碼，其逆過程稱為解碼或譯碼編碼需要考慮以下兩個問題碼字和碼型的選擇自然二進碼折疊二進碼格雷二進碼碼位的選擇與安排碼位數的多少，決定了量化分層的多少，反之，若信號量化分層數一定，則編碼位數也被確定8位碼的安排分為極性碼、段落碼、段內碼三部分極性碼段落碼段內碼C1C2C3C4C5C6C7C8其中第一位碼C1的數值“1”或“0”分別表示信號的正、負極性，稱為極性碼。第2至第4位碼C2C3C4位段落碼，表示信號絕對值處在那個段落。C5C6C7C8表示信號絕對值處在那個量化區間。（二）增量調制增量調制簡稱M或DM，它是繼PCM后出現的又一種模擬信號數字傳輸的方法，其目的在于簡化語音編碼方法增量調制的優點具有編譯碼設備簡單低比特率時的量化信噪比高抗誤碼特性好增量調制的缺點傳輸語音信號時，M在語音清晰度和自然度方面都不如PCM（三）自適應差分脈沖編碼調制自適應差分脈沖編碼調制（ADPCM）是語音壓縮中復雜度較低的一種編碼方法，它可在32KB/S的比特率上達到64KB/S的PCM數字電話質量。二、信道編碼（一）概述信道編碼技術的基本思想是通過對信息序列作某種變換，使原來彼此獨立，相關性極小的信息碼元產生某種相關性，從而在接收端利用這種規律檢查或糾正信息碼元在信道傳輸中所造成的差錯1、差錯類型隨機差錯隨機差錯由隨機噪聲的干擾引起，差錯互相獨立、互不相關，恒參高斯白噪聲信道是典型的隨機信道突發差錯突發差錯由突發噪聲的干擾引起，錯誤通常成串出現，錯誤之間具有相關性，具有脈沖干擾的信道是典型的突發信道2、差錯控制方式檢錯重發方式其特點是需要反饋信道，譯碼設備簡單，對突發錯誤和信道干擾較嚴重時有效，但實時性差，主要應用在計算機數據通信中前向糾錯方式其特點是單向傳輸，實時性好，但譯碼設備較復雜混合糾錯方式具有自動糾錯和檢錯重發的優點，可達到較低的誤碼率3、糾錯碼的分類線性碼和非線性碼根據糾錯碼各碼組信息元和監督元的函數關系，可分為線性碼和非線性碼。如果函數關系是線性的，即滿足一組線性方程式，則稱為線性碼，否則為非線性碼分組碼和卷積碼根據碼組信息元和監督元的函數關系涉及的范圍，可分為分組碼和卷積碼。分組碼的各碼元僅與本組的信息元有關；卷積碼中的碼元不僅與本組的信息元有關，而且還與前面若干組的信息元有關檢錯碼和糾錯碼根據碼的用途，可分為檢錯碼和糾錯碼。檢錯碼以檢錯為目的，不一定糾錯；而糾錯碼以糾錯為目的，一定能檢錯4、糾錯編碼的基本原理碼距與最小碼距碼長分組碼一般可用（N，K）表示，其中，K是每組二進制信息碼元的數目，N是碼組的碼元總位數，又稱為碼組長度，簡稱碼長碼重在分組碼中，非零碼元的數目稱為碼字的漢明重量，簡稱碼重。例如，碼字10110，碼重W3碼距兩個等長碼組之間相應位取值不同的數目稱為這兩個碼組的漢明距離，簡稱碼距。例如11000與10011之間的距離D3。碼組集中任意兩個碼字之間距離的最小值稱為碼的最小距離，用D0表示檢錯和糾錯能力碼的最小距離D0直接關系著碼的檢錯和糾錯能力；任一（N，K）分組碼，在碼字內應滿足檢測E個隨機錯誤，則要求碼的最小距離10ED糾正T個隨機錯誤，則要求碼的最小距離2T糾正T個同時檢測E（）個隨機錯誤，則要求碼的最小距離T10D5、編碼效率定義衡量有效性的編碼效率RNK對糾錯碼的基本要求檢錯和糾錯能力盡量強編碼效率盡量高編碼規律盡量簡單（二）常用的幾種簡單編碼1、奇偶監督碼奇偶監督碼是在原信息碼后面附加一個監督元，使得碼組中“1”的個數是奇數或偶數。或者說，它是含一個監督元，碼重為奇數或偶數的（N，N1）系統分組碼。奇偶監督碼又分為奇監督碼和偶監督碼。2、恒比碼碼字中1的數目與0的數目保持恒定比例的碼稱為恒比碼。由于恒比碼中，每個碼組均含有相同數目的1和0，因此恒比碼又稱為等重碼，定1碼。這種碼在檢測時，只要計算接收碼元中1的數目是否正確，就知道有無錯誤。目前我國電傳通信中普遍采用32碼，又稱“5中取3”的恒比碼，即每個碼組的長度為5，其中3個“1”。這時可編成的不同碼組數目等于從5中取3的組合數。實踐證明，采用這種碼后，我國漢字電報的差錯率大為降低。第五節數字基帶傳輸系統一、數字基帶傳輸系統與數字基帶信號數字基帶傳輸數字頻帶傳輸研究基帶傳輸系統的意義在采用對稱電纜構成的近距離數據通信系統中廣泛采用了這種傳輸方式；數字基帶傳輸包含頻帶傳輸的許多基本問題任何一個采用線性調制的頻帶傳輸系統可等效為基帶傳輸系統來研究。（一）數字基帶傳輸系統的構成信道信號形成器同步提取信道接收濾波器抽樣判決器數字基帶信號CRTN數字基帶傳輸系統圖中各部分的作用如下信道信號形成器基帶傳輸系統的輸入是由終端設備或編碼器產生的脈沖序列，往往不適合直接送到信道中傳輸。信道信號形成器的作用就是把原始基帶信號變換成適合于信道傳輸的基帶信號。這種變換主要是通過碼型變換和波形變換來實現的。其目的是與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串擾，利于同步提取和抽樣判決。信道它是允許基帶信號通過的媒質，通常為有線信道，如市話電纜、架空明線等。信道的傳輸特性通常不滿足無失真傳輸條件，甚至是隨機變換的。另外信道還會進入噪聲。在通信系統的分析中，常常把噪聲N（T）等效，集中在信道中引入。接收濾波器它的主要作用是濾除帶外噪聲，對信道特性均衡，使輸出的基帶波形有利于抽樣判決。抽樣判決器它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規定時刻（由位定時脈沖控制）對接收濾波器的輸出波形進行抽樣判決，以恢復或再生基帶信號。而用來抽樣的位定時脈沖則依靠同步提取電路從接收信號中提取，位定時的準確與否將直接影響判決效果。（二）數字基帶信號1、單極性不歸零波形E000011112、雙極性不歸零波形EE00011113、單極性歸零波形E000011114、雙極性歸零波形EE00011115、差分波形EE00011116、多電平波形00000101011011113EEE3E（三）數字基帶信號的頻譜特性二進制基帶信號的功率譜密度可表示為|1|2212SMSSSSSMFFGPFPFFP數字基帶信號功率譜集中在低頻部分。隨機序列的帶寬主要依賴單個碼元波形的頻譜函數或，兩者之中應取1F2F較大帶寬的一個作為序列帶寬。時間波形的占空比越小，頻帶越寬。二、數字基帶傳輸的常用碼型1、對基帶信號的要求原始消息代碼必須編成適合于傳輸用的碼型。電波形應適合于基帶系統的傳輸。2、選擇碼型需要考慮的因素相應的基帶信號無直流分量，且低頻分量少；便于從信號中提取定時信息。信號中高頻分量盡量少，以節省傳輸頻帶并減少碼間串擾。具有內在的檢錯能力，傳輸碼型應具有一定規律性，以便利用這一規律性進行宏觀監測。編碼譯碼設備要盡可能簡單。（一）AMI碼傳號交替反轉碼1、編碼規則將二進制消息代碼“1”（傳號）交替地變換為傳輸碼的“1”和“1”，而“0”（空號）保持不變例如消息代碼1001100000001100AMI碼1001100000001100AMI碼對應的基帶信號是正負極性交替的脈沖序列，而0電平保持不變的規律2、AMI碼的優點AMI碼的功率譜中不含直流分量，高、低頻分量少，能量集中在頻率為1/2碼速處AMI碼的編譯碼電路簡單，便于利用傳號極性交替歸零觀察誤碼情況3、AMI碼的缺點當原信碼出現連“0”串時，信號的電平長時間不跳變，造成提取定時信號的困難4、應用AMI碼是CCITT建議采用的傳輸碼型之一（二）HDB3碼3階高密度雙極性碼1、編碼規則當信碼的連“0”個數不超過3時，仍按AMI碼的規則編，即傳號極性交替；當連“0”個數超過3時，則將第4個“0”改為非“0”脈沖，記為V或V，稱之為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現，以確保編好的碼中無直流。為了便于識別，V碼的極性應與其前一個非“0”脈沖的極性相同，否則，將四連“0”的第一個“0”更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為B或B；破壞脈沖之后的傳號碼極性也要交替。消息代碼100001000011000011AMI碼100001000011000011HDB3碼1000V1000V11B00V112、HDB3碼的優點HDB3碼保持了AMI碼的優點外，同時還將連“0”碼限制在3個以內，故有利于位定時信號的提取3、應用A律PCM四次群以下的接口碼型均為HDB3碼（三）數字雙相碼曼徹斯特碼1、編碼規則“0”碼用“01”兩位碼表示，“1”碼用“10”兩位碼表示例如信息代碼1100101雙相碼101001011001102、應用范圍計算機以太網中常采用這種碼型（四）CMI碼傳號反轉碼1、編碼規則“1”碼交替用“11”和“00”兩位碼表示；“0”碼固定地用“01”表示例如信息代碼1100101雙相碼101001011001102、應用CCITT推薦的PCM高次群采用的接口碼型（五）NBMB碼1、編碼規則NBMB碼是把原信息碼流的N位二進制碼作為一組，編成M位二進制碼的新碼2、應用光纖傳輸系統中第六節通信中的復用和多址技術一、復用技術1、復用“復用”是將若干個彼此獨立的信號合并為一個可以在同一信道上傳輸的復合信號的方法目前采用的復用方法有頻分復用（FDM）、時分復用（TDM）、碼分復用（CDM）和波分復用（WDM）。其中頻分復用主要用于傳統的模擬通信，時分復用廣泛用于數字微波通信等，碼分復用主要用于移動通信，波分復用主要用于光纖通信，衛星通信中還有空分復用（SDM）。（一）頻分復用（FREQUENCYDIVISIONMULTIPLEXING）1、概念頻分復用（FDMFREQUENCYDIVISIONMULTIPLEXING）是指按照頻率的不同來復用多路信號的方法2、原理信道的帶寬被分成若干互相不重疊的頻段，每路信號占用其中一個頻帶，因而在接收端可以采用適當的帶通濾波器將多路信號分開，從而恢復出所需要的信號（二）時分復用（TIMEDIVISIONMULTIPLEXING）1、概念時分復用是利用各信號的抽樣值在時間上不相互重疊來達到在同一信道中傳輸多路信號的一種方法2、原理時分復用（TDM）將時間幀劃分成若干時隙和各路信號占有各自時隙3、優點采用數字方式處理多路信號的復接和分路，通用性和一致性好對信道的非線性失真要求低4、時分復用標準PDH（準同步數字系列）SDH（同步數字系列）5、PCM基群幀結構PCM30/32路（A律壓擴特性）制式、PCM24路（U律壓擴特性）制式PCM30/32路制式基群幀結構共由32路組成，其中30路用來傳輸用戶話語，2路用作同步和信令。每路語音信號的抽樣速率FS8000HZ，故對應的每幀時間間隔為125US。一幀共有32個時間間隔，稱為時隙。6、PCM高次群7、數字復接技術數字復接實質上是對數字信號的時分多路復用碼速調整復接定時1234分接恢復定時1234同步復接器分接器合路支路支路數字復接系統組成原理圖（三）碼分復用（CODEDIVISIONMULTIPLEXING）碼分復用（CDM）系統的全部用戶共享一個無線信道，用戶信號的區分靠所用碼型的不同，目前移動通信中采用的CDMA蜂窩系統具有擴頻通信系統所固有的優點，如抗干擾、抗多徑衰落和具有保密性等，碼分多址（CDMA）是最具有競爭力的多址方式。（四）波分復用（WAVELENGTHDIVISIONMULTIPLEXING）波分復用的特點充分利用光纖的巨大帶寬資源同時傳輸多種不同類型的信號節省線路投資降低器件的超高速要求高度的組網靈活性、經濟性和可靠性二、多址技術1、多址通信系統在同一通信網內各個通