通信概论讲义-第四章(85).ppt

1、第四章 信号的数字化处理技术n模拟信号的数字化n多路复用技术n数字复接技术n同步技术n同步数字系列1模拟信号的数字化nA/D变换(模拟/数字变换)nD/A变换(数字/模拟变换)2A/D变换n模拟信号的数字化过程包括n抽样：在时间上将模拟信号离散化；n量化：在幅度上将模拟信号离散化；n编码：将抽样、量化后的信号转换为数字编码脉冲。3抽样过程n抽样：在时间上将模拟信号离散化。n奈奎斯特抽样定律：抽样频率fs要大于等于被抽样信号最高频率fm的二倍，即fs2fm，则抽样后的样值序列可以不失真地还原成原来的信号。4量化过程n抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍然是连续的，还必须进行离

2、散化处理，才能最终用离散的数值来表示。这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。n量化：在幅度上将模拟信号离散化；实际信号可以看成是量化输出信号与量化误差之和，因此只用量化输出信号来代替原信号就会有失真。5编码过程n编码：将抽样、量化后的信号转换为数字编码脉冲。n 抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成数字编码脉冲，这一过程称为编码。n最简单的编码方式是二进制编码。具体说来，就是用n比特二进制码来表示已经量化了的抽样值，每个二进制数对应一个量化值，然后把它们排列，得到由二值脉冲组成的数字信息流。6编码00110110001101100111001011001001100100

3、10t0 xa(t)抽样n0量化nx(n)7D/A变换n与A/D变换过程相反n首先经过解码过程，所收到的信息重新组成原来的样值，最后再恢复成原来的模拟信号。8A-D 和D-A 转换抽样抽样量化量化编码编码解码解码解量化解量化解抽样解抽样模拟模拟模拟模拟模拟模拟数字数字数字数字数字数字A/D调制调制解调解调D/A9多路复用技术n基本概念n频分复用n时分复用n码分复用n波分复用10多路复用技术概述(1)n背景n传输介质带宽是固定的；n用户终端对介质带宽的需求是变化的。n两种情况n物理介质带宽大于用户需求（传输介质资源浪费）n物理介质带宽小于用户需求（无法正常通信）11多路复用技术概述(2)n问题的

4、提出n如何高效率地利用宽带介质？n如何在低速物理介质上传输高速信号？12多路复用技术概述(3)n解决方案：采用复用技术；n多路复用的定义：为提高信道利用率，使多个信号在同一信道传输而不互相干扰。132022/11/10多路复用技术概述(4)n基本模型n基本过程n复用：复用器n传输：n个独立的信道n解复用：分用器MUXDEMUX1条物理条物理链路，路，n个个逻辑信道信道n个个输入入n个个输出出复用模型14多路复用技术概述(5)n复用技术的特点n提高资源利用率n对管理与控制系统的要求更高n多个信号之间仍可能存在干扰15频分复用FDM（1）n适用情况n传输介质的有效带宽超出了被传输信号所要求的带宽。

5、n思路n多路信号占据不同的频带，信号同时被运载；n将每个信号调制到不同的载波频率上。16n利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方式同时在同一条线路上互不干扰地传输。User 1User 2User 3Frequency频分复用（FDM）（3）17频分复用n利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方式同时在同一条线路上互不干扰地传输。式同时在同一条线路上互不干扰地传输。CH2CH2CH1CH1CH3CH3原带宽原带宽CH1CH1CH2CH2CH3CH3移频后带宽移频后带宽MUXMUXCH1CH1 CH2CH2 CH3CH3带宽复用信号带宽

6、复用信号f复用器复用器18频分复用FDM（2）n具体方法n信道的带宽被分成若干相互不重叠的频段（即信道），相邻信道之间设置防护频带；n每路信号经过调制后搬移到适当的频带上；n各路调制后的信号同时被传输；n接收端采用适当的带通滤波器将多路信号分开；n解调，恢复原始基带信号。19频分复用FDM（4）n缺点：很难进行动态分配频率；n适用环境：模拟链路环境、粗粒度的复用（划分上下行频带）；n典型实例n有线电视（CATV）n无线电广播n模拟移动通信n非对称数字用户线路（ADSL）20频分复用FDM（5）n举例一：有线电视(CATV)n一路电视信号传输带宽为6MHz;n多路电视信号可以在CATV电缆上被频

7、分复用；n接收端采用适当的带通滤波器将多路信号分开。21FDM系统发送器副副载波波f1副副载波波f2副副载波波fn m1(t)m2(t)mn(t)s1(t)s2(t)sn(t)发送器送器fcmb(t)s(t)复合基复合基带信号信号FDM信号信号22解解调器器f1解解调器器f2解解调器器fn m1(t)m2(t)mn(t)s1(t)s2(t)sn(t)接收器接收器mb(t)s(t)带通通滤波器波器f1带通通滤波器波器f2带通通滤波器波器fn 复合基复合基带信号信号FDM信号信号FDMFDM系统接收器系统接收器23举例举例2 2：ADSLADSL接入接入SPLITTER24举例举例2 2：ADSL

8、ADSL接入接入n在家庭用户一侧，POTS分线器(POTS Splitter)用于电话和计算机信号的合成/分离，POTS是Plain Old Telephone Service的缩写；ADSL Modem用于计算机信号与模拟信号之间的调制/解调。NSP(网络服务提供商)一侧的核心部分是DSLAM(数字用户线接入复用设备)，它实现网络交换机/电话交换机与多条ADSL线路之间的互连，逻辑上由多个POTS分线器和ADSL Modem组成。25时分复用n时分复用原理n利用各信号在时间上的不相互重叠达到在同一信道上传输多路信号；n将整个信道传输信息的时间划分为若干时间片（时隙），不同时隙分给不同的用户；

9、n每路用户在自己的时隙内独占信道进行数据传输。26时分复用n时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用。A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流复用后的数据流时隙号隙号1231D3D2D1时间片片12时间片片2D1时隙隙D2复用器复用器272022/11/1028时分复用n优点n时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。较高的同步系统n适用环境n时分复用技术与频分复用技术一样，有着非常广泛的应用，电话就是其中最经典

10、的例子，此外时分复用技术在广电也同样取得了广泛的应用，如SDH，ATM，IP网络通信都是利用了时分复用的技术。时分复用n同步时分复用TDM：每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用也称为同步时分复用。n用于电路交换（PSTN）；n位置化信道：依据数字信号在时间轴上的位置区别各路信号；n统计时分复用STDM：TDM的缺点是某用户无数据发送，其他用户也不能占用该时隙，将会造成带宽浪费。n改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入；n用于分组交换和ATM交换；n标志化信道：每个分组前附加标志码，标示输出端。各个分组使用不同的时隙。29ABCD待待发数据数据t1 t2 t3A1B

11、1C1D1C2D2A2B2时间片片1时间片片2同步同步TDM带宽浪费A1B1B2时间片片1时间片片2统计TDM可用带宽C2时分复用302022/11/1031 时分复用例时分复用例n时分复用的典型例子：PCM信号的传输把多个话路的PCM话音数据用TDM的方法装成帧(帧中还包括了帧同步信息和信令信息)每帧在一个时间片内发送每个时隙承载一路PCM信号。对话带的信号进行抽样模拟信号的抽样值模拟信号的抽样值125 s(1/8000 sec)m m模拟信号模拟信号300-3400Hz8000 次次/秒秒32抽样值的时分复用过程Ch 1Ch 2Ch 3Ch 44One sample fromchannel

12、 4Analogue Signals321Ch 3030432130125 s(1/8000 sec)m m33抽样值的量化过程Samples+5+4+3+2+1+0-0-1-2-3-4-5-2+127-127+434抽样编码成八比特的过程Level +91Sample represented by 1 1 0 1 1 0 1 1+91Sign Bit(+ve)7 bit coderepresenting 9135编码过程量化和编码量化和编码1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 1 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 1 8 bits代表信道代表信道2的一个的一个

13、抽样值抽样值43218 bits代表信道代表信道1的一个的一个抽样值抽样值8 bits代表信道代表信道3的一个的一个抽样值抽样值362Mbit/s PCM 的帧(G.704)Frame Alignment时隙时隙16Signalling话音的抽样值话音的抽样值 信道信道 1-151帧帧=125 us(256 bits)Frame Alignment时隙时隙1-15时隙时隙 0话音的抽样值话音的抽样值 信道信道 16-30时隙时隙 0时隙时隙17-31(8 bits)(8 bits)(8 bits)37E1-帧格式n一路数字话音信号为一路数字话音信号为64Kb/s64Kb/s，一帧含有一帧含有3

14、030路话音信号；路话音信号；nE1E1线路也可以用于计算机通信。线路也可以用于计算机通信。0 01 12 216163131时间片时间片时间片时间片125 us=32 125 us=32 125 us=32 125 us=32 时隙时隙时隙时隙 =2.048 Mbps=2.048 Mbps=2.048 Mbps=2.048 Mbps帧同步帧同步信令信令30 30 路话音数据路话音数据(PCM(PCM数据数据)+2)+2 路控制路控制用户话路用户话路用户话路用户话路38欧洲/中国、美国/日本的制式欧洲欧洲日、美日、美2.048Mbit/s1.544Mbit/sT1/DS1E1A-律律m m-律

15、律30 个信道个信道24 个信道个信道392022/11/10402022/11/1041码分复用n码分多址接入（CDMACode Division Multiplexing Access）是与频分复用（FDM）和时分复用（TDM）极不相同的另一类多路信号共享信道的复用技术。n频分复用以及波分复用（WDM）的各路信号在频域上是各自分离的，在时域上则是重叠的，因此它们是靠不同的频率来区分各路信号的；n时分复用正好相反，各路信号在在频域上则可能是重叠的，在时域上则是分离的且交织轮转的，因此它是靠不同的时隙来区分各路信号的；n码分复用允许多路信号在信道的整个频带上同时进行传输，各路信号在时域上和频域

16、上都是重叠的，那么，它是靠什么来区分各路信号的呢？码分复用nCDMA的多路同时传输利用编码原理进行区分；n各路信号采用经过特殊挑选的不同码型，通过对不同的码型识别来消除各路信号间的干扰。42码分复用解释码分复用解释 CDMA酒会你听到什么你听到什么.如果你只懂中文如果你只懂中文?如果你只懂俄语如果你只懂俄语?如果你只懂英语如果你只懂英语?“码码”的使用可使的使用可使cdmacdma系统的用户系统的用户/信道之间保持正交信道之间保持正交;每一用户数据流均有一个唯一的正交扩频码每一用户数据流均有一个唯一的正交扩频码。43码分复用n调制和解调 码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。系统的接收端必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。44码分复用p每一个用户有自己的地址码，这个地址码用于区别每一个用户，地址码彼此之间是互相独立的，也就是互相不影响的，但是由于技术等种种原因，我们采用的地址码不可能做