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第二章 数字通信技术 -2数字通信技术 -1 主要内容1 、差错控制编码的基本思想。2 、 PCM 的三个基本过程。3 、抽样定理。4 、语音信号的抽样周期。5 、量化的基本思想。6 、均匀量化的弊端。

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2.2.2 量化—非均匀量化关于非均匀量化的主要内容：1 、掌握其基本思想2 、了解 A 律 13 折线量化方法，分级情况（ 2 ）非均匀量化

基本思想：使信号辐度小时，量化间隔△ u 小些，信号幅度区间大时，量化间隔△ u 大些，以使大小信号相对量化误差（量化信噪比）趋于一致。

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2.2.2 量化实现方法：

为达到使大小信号量化信噪比趋于一致的目的，可采取一种等效途径：首先通过人为变换，对样值进行处理χ→y ，

以增大小信号样值，减小大信号的样值。然后再对处理后的 y 样值区间进行均匀量化以保证量化间隔△ u′ 一致（△ u 变为△ u′ ）。

达到大小信号量化信噪比趋于一致的目的。

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压缩处理后，再对 y 均匀量化等效于对x 非均匀量化因此，压缩器的功能，加上均匀量化的功能，等效于非均匀量化。

压缩处理 + 均匀量化 = 非均匀量化

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2.2.2 量化目前数字压扩特性国际上有两种不同的标准：A 律十三折线压扩特性

13 折线 A 律主要用于英、法、德等欧洲各国的 PCM 设备中，我国也采用 A 律 13 折线。

μ 律十五折线压扩特性15 折线 μ 律主要用于美国、日本和加拿大等国的 PCM 设备中。

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2.2.2 量化13 折线 A 律压扩曲线

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2.2.2 量化A 律 13 折线的生成：

13 折线 A 律是从非均匀量化的基点出发，设法用许多折线来逼近 A 律对数压扩特性的。设在直角坐标系中， x 轴和 y 轴分别表示输入信号和输出信号，并假定输入信号和输出信号的最大取值范围都是＋ 1 ～－ 1 ，即都是归一化的。为达到非均匀量化的目的， A 律 13 折线分两步生成：

第一步，把 x 轴的区间［－ 1 ， 1 ］不均匀地分成 16 大段，正半轴 8 大段，负半轴 8 大段。

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2.2.2 量化其具体分法如下 :

将区间 [0 ， 1] 一分为二，其中点为 1/2, 取区间 [1/2,1] 作为第八段 ;将剩下的区间 [0,1/2] 再一分为二，其中点为 1/4, 取区间 [1/4,1/2] 作为第七段 ;将剩下的区间 [0,1/4] 再一分为二，其中点为 1/8, 取区间 [1/8,1/4] 作为第六段 ;将剩下的区间 [0,1/8] 再一分为二，其中点为 1/16,取区间 [1/16,1/8] 作为第五段 ;…….最后剩下的区间 [0,1/128] 作为第一段。其中第一、第二两段长度相等，都是 1 ／ 128 。

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2.2.2 量化第二步，将以上 8 个不均匀大段的每一段，再均匀地分成 16 等份，每一等份代表一个量化级。

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2.2.2 量化因此，将 x 轴的 0 ～ 1 的变化域分成了 16×8＝ 128 个非均匀量化级，以使输入信号的抽样值进行非均匀量化；另外，对 -x 轴也作同样的分段处理，则 x 轴共有 256 个非均匀量化级。对于 y （或 -y ）轴的 0 ～ 1 的变化域被均匀地分成 8 大段，每大段再均匀地分成 16 等份，故y 轴同样也被分成 128×2 ＝ 256 个量化级，不过它是均匀量化级。

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2.2.3 编码1 、常用编码方法

常用的编译码是根据 A 律 13 折线非均匀量化间隔的划分直接对样值编码，称为非均匀编码（在编码过程中实现了非均匀量化），接收端再进行非均匀解码，即直接非均匀编解码法。编码由编码器完成，译码由译码器完成。

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2.2.3 编码2 、编码的位数和码位的安排

量化级数 N ＝ 2 （正负极性） ×8 （段） ×16（等份）＝ 256 ，所以需 8位二进制码。用 1位二进制码（称为极性码）表示正负（如“ 1”表示正，“ 0”表示负）、 3位二进制码（称为段落码）表示 8 大段落、 4位二进制码（称为段内码）表示每一大段的 16 等份 a1 ， a2a3a4 ， a5a6a7a8极性码 段落码 段内码

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2.2.3 编码3 、常用码型指的是把模拟信号抽样值量化后的所有量化级，按其量化值的大小次序排列起来，并列出各自对应的码组，这个整体称为码型。PCM 通常采用的码型

一般二进码循环码（格雷码）折叠码

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2.2.3 编码自然二进制码

码组中每位码都代表一定数值，叫做权值。二进制码组和所对应的量化级之间的关系是：A ＝ an2n-1+an-12n-2+……+a120。

其中 n 表示码位， an 、 an-1……a1 表示每位二进制码的取值是“ 1”还是“ 0”。优点：译码器结构可以简化，每位可单独译码缺点：编码电路复杂，正负极性码型完全不同

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2.2.3 编码折叠二进制码

特点是正、负两半部分，除去最高位后，呈倒影、折叠关系，最高位上半部分为“ 1”, 下半部分为“ 0”。利用这种码编码时，对于双极性信号，可用最高位表示信号的正、负极性，叫做极性码用其余的码表示信号的绝对值，叫做幅度码优点：编码电路简单，只要加一个极性判别电路，则正、负极性信号可以共用一个编码电路。

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2.2.3 编码循环码：又称格雷码是另外一种折叠码，也有极性码和幅度码两部分组成。特点 :相邻码之间只有一个码字不同，这样误一位码造成的偏差的平均值小一些。循环码在排列上的这一特点使得在传输过程中若产生一位误码，错到相邻量化级时，因仅差一个量化台阶，不致于影响听觉上的感觉相差很大。但这种码与其所表示的数值之间无直接联系，如每位码没有固定的权值，它不能逐个码元独立进行编译码，因而它不具有自然二进制码的优点。 所以编码电路比较复杂，一般较少采用。

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2.2.3 编码3 、码型的选取 选取码型主要考虑的是各种码型传输时的效果。语声信号幅度大信号出现的概率小，小信号出现的概率大，所以我们更关心小信号传输的效果。例如小信号情况时，有一样值量化编码为 000 ，设传输中错一位，可有三种情况：

001 、 010 、 100

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2.2.3 编码

二 进 码

循 环 码

折 叠 码

误 码情 况

1量 化 级 2量 化 级 4量 化 级 0量 化 级

实 际 码 ： 0 0 0

平 均误 差

3差1差 7差

1差2差1差

4差2差1差731

2 1 4

7 3／

11 3／

4 3／

0

3

0 0 1 0 1 0 1 0 0

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2.2.3 编码结论：

小信号情况选用折叠码，错一位引起的平均误差最小。所以在语音信号 PCM 通信系统中一般都采用折叠码二进制编码。

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2.2.3 编码上述将模拟信号取样、量化、再将量化所得离散幅值用一组二进制码表示（即编码）的过程，就是所谓脉冲编码调制（ PCM ）过程。在 PCM 通信系统中，一路带宽为 4kHz 的模拟语音信号是如何变成 64kbit/s 的数字语音信号的？

抽样： 8kHz速率的取样；非均匀量化：每个样值又非均匀量化为 256个不同量化级中的一个；编码：每个量化值再编码为 8位折叠二进制码码速为： 8000× 8=64 K

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§2.3 数字传输技术数字基带传输数字频带传输

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2.3.1 数字基带传输1 、数字基带信号

数字终端设备直接产生A/D转换后从波形上看，数字信号一般是由不同电压极性（如＋ 5V 或－ 5V ）表示的矩形脉冲矩形脉冲的固有频宽称做基本频带，即基带，上述数字信号又统称为数字基带信号。

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2.3.1 数字基带传输2 、基带传输将基带信号直接送往信道中传输的传输方式；

简单说来，就是将数字信号 1 或 0 直接用两种不同的电压来表示，然后送到线路上去传输。如短距离的脉冲编码调制（ PCM ）局间中继、局域网计算机间的数据传送常采用基带传输方式。

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2.3.1 数字基带传输3 、基带传输码型选码原则

（ 1 ）不应含有直流分量和只有很小的低频分量 ；（ 2 ）便于从信号中提取位同步定时信息；（ 3 ）传输码型应具有误码检测功能；（ 4 ）对任何信源具有透明性，解决长连‘ 1’和长连‘ 0’问题 ；（ 5 ）编译码的设备应尽量简单。

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2.3.1 数字基带传输常用码型曼彻斯特码（又称分相码、数字双相码）传号交替反转码（ AMI 码）传号反转码（ CMI 码）三阶高密度双极性码（ HDB3 码）

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2.3.1 数字基带传输曼彻斯特码001 110 常用于计算机通信网络中

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2.3.1 数字基带传输传号交替反转码（ AMI:Alternate Mark Inversion Code ）

0 不变， 1交替变为 +1 和 -1北美系列一、二、三次群的线路码型

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2.3.1 数字基带传输三阶高密度双极性码（ HDB3 码： High Density Bipolar ）

AMI 码中没有四个连‘ 0’时， AMI 码就是 HDB3 码AMI 码中有四个连‘ 0’时：

第四个 0 用 V 代表， V 的极性与这四个 0 的前一个非 0 码极性相同。为保证 V 的极性不同（若径上面变换出现相同情况），则第一个 0 用 B 代表， B 的极性与前一非0符号极性相反。

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2.3.1 数字基带传输消息带码：

1 000 0 1 1 000 0 1 1 000 0 1AMI 码：-1 000 0 +1 -1 000 0 +1 –1 000 0 +1

HDB3 码-1 000-V 0 +1 –1 +B00+V -1 +1-B00+V

+1HDB3 码是 CCITT建议 PCM30/32 标准系列的基群、二次群、三次群的线路码型。

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2.3.1 数字基带传输传号反转码（ CMI 码： Code Mark Inversion ）

001 100/11交替。CCITT建议四次群接口码型。1 0 1 1 1 0 0 1 111 01 00 11 00 01 01 11 00

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2.3.2 数字频带传输1 、定义利用数字基带信号去控制载波，从而实现数字信号对载波的调制，以形成数字信号的载波传输。必须经过调制器（频带调制器），将数字信号调制成模拟信号后再送往信道传输，称之为数字信号的频带传输。

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2.3.2 数字频带传输2 、常用调制方法调制：使载波信号的某个参量随即带信号的变化而变化。由于数字调制方式中调制信号是“ 1” 或“ 0” ，对载波参数的控制相当于开关，所以数字调制方式通常称之为“键控法”。载波 S(t)=Asin(ω t+Φ)

A ：振幅 ω ：角频率 Φ ：相位

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2.3.2 数字频带传输（ 1 ）幅移键控方式（ ASK ， Amplitude-Shift Keying ）有载波代表“ 1”码，无载波代表“ 0”码实现容易，技术简单，抗干扰能力差。

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2.3.2 数字频带传输（ 2 ）频移键控方式（ FSK ， Frequency-

Shift Keying ）用两种不同频率的载波分别代表数字“ 1”和数字“ 0”。主要应用于低速或中低速的数据传输中（是因为在相同传信率下，需要比数字调幅和数字调相更宽的传输频带）。

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2.3.2 数字频带传输（ 3 ）相移键控方式（ PSK ， Phase-Shift

Keying ）载波的初相角为 0°代表“ 1”，初相角为 180°代表“ 0”码（或相反）主要用于中速和中高速 (1200bit/s----4800bit/s) 的数据传输系统中改进： DPSK 相对相移键控载波相位变化为 0º 代表“ 0”码，变化 180º代表“ 1”码（或相反）