數字通信系統課件

現代通信技術概論現代通信技術概論2第2章數字通信系統2.1數字通信概述2.2模擬信號數字化2.3數字信號的基帶傳輸2.4數字信號的頻帶傳輸2.5數字同步與復接技術2.6數字傳輸的差錯控制2第2章數字通信系統2.1數字通信概述32.1數字通信概述傳輸數字信號的通信系統稱為數字通信系統。數字通信以其抗干擾能力強、無噪聲累積、便于計算處理、便于加密、易于小型化、集成化等優勢，成為當代通信領域的主流技術。

本章將介紹關于數字通信的基本知識，包括數字通信系統的組成及特點、模擬信號數字化方法、數字信號的基帶傳輸和頻帶傳輸、數字復接與同步技術、差錯控制技術等。32.1數字通信概述傳輸數字信號的通信系統稱為數字通42.1.1數字通信系統的組成數字通信系統組成框圖如下:42.1.1數字通信系統的組成數字通信系統組成框圖如下:5數字通信系統各部分的作用信源編碼與解碼：A/D變換+D/A變換。數字復接與分接：提高信道利用率。難點是碼速

同步問題。信道編碼與解碼：即抗干擾編碼，目的是提高傳

輸的可靠性。調制與解調：頻帶傳輸時需要。再生中繼：放大整形并完全恢復原始數字信號。信道噪聲：導致誤碼，難以避免。5數字通信系統各部分的作用信源編碼與解碼：A/D變換+D/A62.1.2數字通信系統的特點與模擬通信系統相比數字通信系統有下列一些特點：抗干擾能力強，無噪聲累積數據形式統一，便于計算處理易于集成化，小型化易于加密處理占用較大的傳輸帶寬技術上較復雜62.1.2數字通信系統的特點與模擬通信系統相比數72.2模擬信號數字化數字通信系統的典型特征就是信源和信宿都是模擬信號，因此需要進行模擬/數字（A/D）變換，把模擬信號轉換成數字信號再行傳輸。

模擬信號的數字化需經過抽樣、量化、編碼三個階段。常用的技術包括脈沖編碼調制（PCM）、差值脈沖編碼（DPCM）和增量調制（DM）等。72.2模擬信號數字化數字通信系統的典型特征就是信源82.2.1模數（A/D）變換抽樣量化編碼二進制數字序列：抽樣：在時間上將模擬信號離散化。量化：在幅度上將抽樣信號離散化。編碼：把量化幅度值用二進制數值來表示。整個過程稱為脈沖編碼調制（PCM）。82.2.1模數（A/D）變換抽樣量化編碼二進制數9抽樣抽樣定理：如果一個連續信號f(t)所含有的最高頻率不超過fh，則當抽樣頻率fs≥2fh時，抽樣后得到的離散信號就包含了原信號的全部信息。9抽樣抽樣定理：如果一個連續信號f(t)所含有的最高10量化量化就是進行“舍零取整”處理。將抽樣信號在某個抽樣時間點的瞬時幅度值近似為最接近該點幅值的某個固定整數電平值上就完成了量化。均勻量化示意圖10量化量化就是進行“舍零取整”處理。將抽樣信號在某個11非均勻量化─13折線A律非均勻量化能夠讓小信號放大，而大信號得到壓縮，目的是降低小信號時的量化信噪比。13折線A律示意圖粒度粗細的調整11非均勻量化─13折線A律非均勻量化能夠讓小信號放大12編碼量化后的離散抽樣幅值以二進制數值來表示。最多需要log2N位二進制數，N是量化級數。量化段號極性碼數值范圍（△）段落碼段落起始值（△）量化間隔△i（△）段內碼權值（△）a7a6a5a4a3a2a1a010/10~1600001842120/116~31001161842130/132~630103221684240/164~12701164432168450/1128~2551001288643216860/1256~5111012561612864321670/1512~102311051232256128643280/11024~20471111024645122561286413折線A律二進制編碼值（256級，8比特）12編碼量化后的離散抽樣幅值以二進制數值來表示。量化段132.2.2數模（D/A）變換數模變換是模數變換的反過程。接收端通過數模變換把收到的二進制數字信號序列還原成相應幅度的模擬信號。132.2.2數模（D/A）變換數模變換是模數變換的反142.2.3PCM30/32路數字電話系統國際上有兩種標準化制式的多路數字電話通信系統，即PCM30/32路制式（E體系）和PCM24路制式（T體系），我國和歐洲采用E體系。

下面以PCM30/32多路數字電話通信系統為例，具體說明模擬話音數字化傳輸過程。142.2.3PCM30/32路數字電話系統國際上15E體系各項關鍵指標數據PCM30/32路系統稱為基群或一次群，簡稱E1指標名稱指標值話音頻帶（Hz）300-3400抽樣頻率（Hz）8000量化級數256量化壓縮律A律（A=87.6）樣值編碼位數8單路數碼率（kbit/s）64幀長（μs）125時隙數/幀32話路數/幀30一次群復用速率（kbit/s）204815E體系各項關鍵指標數據PCM30/32路系統稱為基群或一16E1體系的幀結構16E1體系的幀結構17每話路64kbit/s的計算為了正確地傳送一路話音信號，每秒必須傳送抽樣值8000次。按照每個抽樣值8bit編碼，則每話路要求傳輸8000次×8bit=64kbit/s。

現在每幀中包含32個話路，每話路占其中8bit，必須傳送8000幀/秒（500個復幀）。于是，32路PCM基群傳輸速率是8000(幀/秒)×32(時隙/幀)×8(bit/時隙)=2.048Mbit/s。高次群以4倍速率增長，即8.448（比8.192略多）Mbit/s…17每話路64kbit/s的計算為了正確地傳送一路話音信號18PCM30/32路數字電話系統終端框圖18PCM30/32路數字電話系統終端框圖192.2.4模擬信號數字化的其它方法利用相鄰抽樣幅值的相對變化特性，對抽樣信號進行編碼也是一類較常用的模數轉換方法。常見的有差值脈沖編碼（DPCM）、自適應差值脈沖編碼（ADPCM）、增量調制（DM）和自適應增量調制（ADM）等。192.2.4模擬信號數字化的其它方法利用相鄰抽樣幅201.差值脈沖編碼調制(DPCM)僅對兩個相鄰抽樣幅值的差值進行編碼，則由于差值信號變化較小，可大大地減少量化級數，從而減少編碼的位數。這樣，在相同傳輸速率下，可以成倍地提高信道的傳輸容量。201.差值脈沖編碼調制(DPCM)僅對兩個相鄰抽樣幅21DPCM舉例對模擬話音信號按照8000Hz/s抽樣，話音信號的變化范圍是±3v，若采用8位二進制數PCM編碼，量化為256級，每級約23.4mv。

假定相鄰抽樣差值變化范圍是±0.1v，把其化分為16個均勻量化級，每級為12.5mv，然后使用4位二進制數進行編碼。編碼后的數據發送速率僅需要4bit×8000=32Kb/s，比采用PCM編碼的64Kb/s速率降低一半，效率提高一倍。21DPCM舉例對模擬話音信號按照8000Hz/s抽樣22DPCM抽樣差值圖示22DPCM抽樣差值圖示232.脈沖增量調制(△M或DM)僅對當前抽樣值與其前一個抽樣值的符號進行編碼，而不對差值的大小編碼。

如果兩個前后抽樣差值為正就編為“1”碼；差值為負就編為“0”碼。因此，“1”和“0”代表的是信號相對于前一時刻的增減，不代表信號的絕對值。232.脈沖增量調制(△M或DM)僅對當前抽樣值與其前24DM波形及編碼結果示意圖24DM波形及編碼結果示意圖252.3數字信號的基帶傳輸模數變換后的數字信號頻譜，往往是含有直流、基波、高次諧波等不同頻率分量的信號，稱為基帶數字序列信號，簡稱基帶信號。

把基帶數字序列信號經適當碼型變換后直接送入信道傳輸，稱為基帶數字序列信號傳輸，簡稱基帶傳輸。252.3數字信號的基帶傳輸模數變換后的數字信號頻譜262.3.1基帶傳輸系統模型碼型變換：基帶信號適應信道特性。波形形成網絡：形成無碼間干擾的波形。262.3.1基帶傳輸系統模型碼型變換：基帶信號適應信道特272.3.2數字基帶傳輸的碼型根據信道頻域特性和基帶數字信號頻域特性匹配的原則，對基帶信號進行適當碼型變換，使之適合于給定信道的頻域特性，有利于延長傳輸距離、提高可靠性。272.3.2數字基帶傳輸的碼型根據信道頻域特性和基281.數字基帶傳輸碼型選擇原則直流或低頻信號衰減快，信號傳輸一定距離后嚴重畸變，所以不應含直流或低頻頻率分量。高頻分量越大，對鄰近信道產生的干擾就越嚴重，所以高頻分量應盡量少。為方便從接收到的基帶信號中提取位同步信息，應包含定時頻率分量。便于增加冗余碼，使碼型帶有規律性。碼型變換過程與信源的統計特性無關，即對信源消息類型無任何限制并具有透明性。281.數字基帶傳輸碼型選擇原則直流或低頻信號衰減快，信292.常用基帶數字傳輸碼型292.常用基帶數字傳輸碼型302.3.3無碼間干擾的基帶數字傳輸基帶傳輸信道（即波形形成網絡）可以等效為一個理想低通濾波器，其傳輸特性及單位沖擊響應如下圖：302.3.3無碼間干擾的基帶數字傳輸基帶傳輸信道（31Nyquist準則如果波形形成網絡具有圖示理想低通濾波器傳輸特性，則該系統傳輸的碼元速率為2fN（碼元周期T=1/2fN）時，系統輸出波形在峰值點（即判決抽樣點）上不會產生前后碼元間的干擾，這一條件稱為奈奎斯特準則。31Nyquist準則如果波形形成網絡具有圖示理想低通32無碼間干擾的接收波形只要按照Nyquist準則傳輸，當處于某個碼元的幅度峰值時，恰好其它碼元幅值是過零點。32無碼間干擾的接收波形只要按照Nyquist準則傳輸33具有滾降特性的波形形成網絡具有滾降特性的波形形成網絡，從技術上實現起來比理想低通容易，而且也滿足Nyquist條件。33具有滾降特性的波形形成網絡具有滾降特性的波形形成網342.4數字信號的頻帶傳輸當基帶數字信號頻率范圍與信道不相匹配時，把基帶數字信號進行調制后再行傳輸，即數字信號的頻帶傳輸。本節將在第1章二進制數字調制基礎上介紹多進制數字調制和復合調制概念。342.4數字信號的頻帶傳輸當基帶數字信號頻率范圍與352.4.1多進制數字調制

多進制數字調制是利用多進制數字信號調制載波信號的幅度、頻率或相位。

與二進制數字調制相比，多進制數字調制可提高比特率或可靠性，但因為需要多電平來表示信號，因而抗噪聲性能較低，實現起來也較復雜。352.4.1多進制數字調制多進制數字調制是利用多進361.多進制數字調幅(MASK)四進制MASK

361.多進制數字調幅(MASK)四進制MASK372.多進制數字調頻（MFSK）k=log2M位碼元為一組對應地轉換成有M種狀態的多進制碼。372.多進制數字調頻（MFSK）k=log2M位碼元為一383.多進制數字調相（MPSK）利用載波的多種不同相位狀態來表征數字信息。與二進制數字相位調制相同，多進制數字相位調制也有絕對相位調制（MPSK）和相對相位調制（MDPSK）。383.多進制數字調相（MPSK）利用載波的多種不同39矢量圖表示的MPSK（A和B方式）39矢量圖表示的MPSK（A和B方式）40QPSK調制與解調框圖兩個相互正交的相干載波cosωct和sinωct分別檢測出兩個分量a和b。40QPSK調制與解調框圖兩個相互正交的相干載波cos412.4.2復合調制與多級調制對同一載波信號的兩個參數同時進行調制稱為復合調制，目的是進一步提升信道利用率。例如，數字微波通信中采用的圖示復合調制，數字調相用于傳送數字信號，模擬調頻用于話音通信。412.4.2復合調制與多級調制對同一載波信號的兩個42調相加調幅實現16進制復合調制42調相加調幅實現16進制復合調制43多級調制多級調制是指把同一基帶信號實施兩次或更多次的調制過程。43多級調制多級調制是指把同一基帶信號實施兩次或更多次442.5數字同步與復接技術數字同步是指數字通信系統中各關鍵節點位置的動作頻率保持一致。數字復接是把若干個低速率分支數字碼流匯接成一路高速數字碼流的過程。為促進數字通信標準化，ITU-T早期推薦準同步數字體系（PDH）；后期推薦同步數字體系（SDH）442.5數字同步與復接技術數字同步是指數字通信系統452.5.1數字同步技術兩種同步方式：位同步和幀同步位同步：收發兩端以比特為單位嚴格對齊必要條件：雙方時鐘頻率完全同頻同相（多采用主從同步方式）幀同步：收發兩端以幀為單位嚴格對齊。必要條件：利用幀同步碼452.5.1數字同步技術兩種同步方式：位同步和幀同步462.5.2數字復接技術數字復接是把支路低次群按時分復用方式合并成一個單一的高次群，其設備由定時、碼速調整和復接單元組成；分接器的功能是把高次群數字信號分解成原來的低次群數字信號，它由同步、定時、分接和碼速恢復等單元組成。462.5.2數字復接技術數字復接是把支路低次群按時471.數字復接系統框圖471.數字復接系統框圖482.數字復接方法按位、按字、按幀復接，下圖是按位和按字復接：482.數字復接方法按位、按字、按幀復接，下圖是按位和按字493.碼速調整被復接的各支路數字信號彼此之間必須同步并與復接器的定時信號同步，否則需要做出適當的碼速調整，以實現對復接后的高速數據碼流的傳輸同步定時控制。通常，碼速調整后速率高于調整前的結果，稱為正碼速調整。493.碼速調整被復接的各支路數字信號彼此之間必須同步并502.5.3準同步數字體系ITU-T早期推薦了兩類從基群到五次群復接等級的數字速率系列。一類以1.544Mb/s為基群速率，另一類以2.048Mb/s為基群速率。因這兩類各次群比特率相對于其標準值有一個規定的容差，而且是異源的，各節點時鐘允許存在少量的頻率漂移誤差，因此這是一種準同步復接方式，統稱為準同步數字體系（PDH）。502.5.3準同步數字體系ITU-T早期推薦了兩511.兩類PDH系列標準表2-4PDH兩類標準數字速率系列和復接等級群號2M系列1.5M系列速率（Mb/s）話路數速率（Mb/s）話路數基群2.048301.54424二次群8.44830×4=1206.31224×4=96三次群34.368120×4=48032.06496×5=480四次群139.264480×4=192097.728480×3=1440五次群564.9921920×4=7680397.2001440×4=5760511.兩類PDH系列標準表2-4PDH兩類標準數字速率522.PDH系列的不足兩種數字系列互不兼容，導致國際之間電信網的建立及營運管理比較復雜和困難；

高、低速率信號的復接和分接都需要逐級進行，復接-分接設備復雜，上下話路價格昂貴；幀結構中管理維護用的比特位較少，難以適應網絡管理靈活、動態、智能化的日益增長需求。主要適用于中、低速率點對點傳輸。522.PDH系列的不足兩種數字系列互不兼容，導致國際之間532.5.4同步數字體系（SDH）鑒于PDH的不足，國際上迫切需要建立統一的全新體制的數字通信網。為此ITU-T經充分討論和協商，于上世紀80年代末，接受了美國貝爾通信研究所提出的同步光網絡（SONET:SynchronousOpticalNetwork）數字體系標準并進行了適當修改，命名為同步數字體系（SDH）532.5.4同步數字體系（SDH）鑒于PDH的不54SDH的特點1）由一系列的SDH網元組成，可在光纖網中實現同步信息傳輸、復用、分插或交叉連接；2）塊狀幀結構中安排了豐富的管理比特，大大增強了網絡管理能力；3）網絡能在極短的時間內從失效的故障狀態自動恢復業務而無需人為干涉；4）有標準化的信息結構等級規范，稱為同步傳輸模塊STM-N。不同廠家的設備只要符合規范就可以在光路上互聯，真正實現橫向兼容；5）具有兼容PDH甚至B-ISDN的能力，所以有廣泛的適用性。54SDH的特點1）由一系列的SDH網元組成，可在光纖網中實552.6數字傳輸的差錯控制噪聲是導致數字通信傳輸中出現差錯（誤碼）的主要原因。

差錯控制的作用就是要檢測出數據碼元在傳輸過程中可能發生的誤碼，并且采取適當的方法加以糾正。

差錯控制通過差錯控制編碼（信道編碼）實現，通常有檢錯編碼和糾錯編碼兩種形式。552.6數字傳輸的差錯控制噪聲是導致數字通信傳輸中56差錯控制編碼的基本原理原始數據碼元序列本來不帶規律性，但通過差錯控制編碼讓其產生規律性并發送出去，接收端根據這一規律性對碼元序列進行檢測，一旦出現違規情況，就認為出現了傳輸錯誤。56差錯控制編碼的基本原理原始數據碼元序列本來不帶規律572.6.1噪聲的分類

根據噪聲和信號之間的混合迭加關系可分為加性噪聲和乘性噪聲；根據噪聲來源的不同，可分為自然噪聲、人為噪聲和內部噪聲；根據噪聲的表現形式可分為單頻噪聲、起伏噪聲和脈沖噪聲。572.6.1噪聲的分類根據噪聲和信號之間的混合迭加關系582.6.2檢錯編碼檢錯編碼只能判斷出所收到的數據是否有錯，但不能判斷出哪些是錯誤碼元，最常用的兩種檢錯編碼方式是奇偶校驗編碼和循環冗余校驗編碼。通常采用反饋重傳(ARQ)技術來糾錯。582.6.2檢錯編碼檢錯編碼只能判斷出所收到的數據591.奇偶校驗位字符校驗碼字abcdefghijW1W2W3W4W5W6W7W8校驗碼字0101010101000110011001000011110010000000011111111111111111111111110000000000101101001100水平垂直偶校驗591.奇偶校驗位字符校驗abcdefghijW10101602.循環冗余校驗g(x)=x4+x3+x2+1（多項式系數是11101），信息碼是110，產生的CRC碼是10010，發送的碼元是110,10010。11011101|110000001110110011011101余數10010602.循環冗余校驗g(x)=x4+x3+x2+1（多61循環冗余校驗用產生的CRC碼110,10010進行反運算，得到的應該是110，即原始信息碼元：11011101|110100101110110111111101余數1001061循環冗余校驗用產生的CRC碼110,10010進622.6.2糾錯編碼糾錯編碼能夠判斷出錯碼元的準確位置并加以自我改正，糾錯編碼需要比檢錯編碼增加更多的冗余碼元。622.6.2糾錯編碼糾錯編碼能夠判斷出錯碼元的準確63本章小結和知識點 數字通信的特點模擬信號的數字化過程：抽樣、量化、編碼差值脈沖編碼（DPCM）和增量調制（DM）基帶傳輸與頻帶傳輸數字復接PDH與SDH標準差錯控制

63本章小結和知識點 數字通信的特點現代通信技術概論現代通信技術概論65第2章數字通信系統2.1數字通信概述2.2模擬信號數字化2.3數字信號的基帶傳輸2.4數字信號的頻帶傳輸2.5數字同步與復接技術2.6數字傳輸的差錯控制2第2章數字通信系統2.1數字通信概述662.1數字通信概述傳輸數字信號的通信系統稱為數字通信系統。數字通信以其抗干擾能力強、無噪聲累積、便于計算處理、便于加密、易于小型化、集成化等優勢，成為當代通信領域的主流技術。

本章將介紹關于數字通信的基本知識，包括數字通信系統的組成及特點、模擬信號數字化方法、數字信號的基帶傳輸和頻帶傳輸、數字復接與同步技術、差錯控制技術等。32.1數字通信概述傳輸數字信號的通信系統稱為數字通672.1.1數字通信系統的組成數字通信系統組成框圖如下:42.1.1數字通信系統的組成數字通信系統組成框圖如下:68數字通信系統各部分的作用信源編碼與解碼：A/D變換+D/A變換。數字復接與分接：提高信道利用率。難點是碼速

同步問題。信道編碼與解碼：即抗干擾編碼，目的是提高傳

輸的可靠性。調制與解調：頻帶傳輸時需要。再生中繼：放大整形并完全恢復原始數字信號。信道噪聲：導致誤碼，難以避免。5數字通信系統各部分的作用信源編碼與解碼：A/D變換+D/A692.1.2數字通信系統的特點與模擬通信系統相比數字通信系統有下列一些特點：抗干擾能力強，無噪聲累積數據形式統一，便于計算處理易于集成化，小型化易于加密處理占用較大的傳輸帶寬技術上較復雜62.1.2數字通信系統的特點與模擬通信系統相比數702.2模擬信號數字化數字通信系統的典型特征就是信源和信宿都是模擬信號，因此需要進行模擬/數字（A/D）變換，把模擬信號轉換成數字信號再行傳輸。

模擬信號的數字化需經過抽樣、量化、編碼三個階段。常用的技術包括脈沖編碼調制（PCM）、差值脈沖編碼（DPCM）和增量調制（DM）等。72.2模擬信號數字化數字通信系統的典型特征就是信源712.2.1模數（A/D）變換抽樣量化編碼二進制數字序列：抽樣：在時間上將模擬信號離散化。量化：在幅度上將抽樣信號離散化。編碼：把量化幅度值用二進制數值來表示。整個過程稱為脈沖編碼調制（PCM）。82.2.1模數（A/D）變換抽樣量化編碼二進制數72抽樣抽樣定理：如果一個連續信號f(t)所含有的最高頻率不超過fh，則當抽樣頻率fs≥2fh時，抽樣后得到的離散信號就包含了原信號的全部信息。9抽樣抽樣定理：如果一個連續信號f(t)所含有的最高73量化量化就是進行“舍零取整”處理。將抽樣信號在某個抽樣時間點的瞬時幅度值近似為最接近該點幅值的某個固定整數電平值上就完成了量化。均勻量化示意圖10量化量化就是進行“舍零取整”處理。將抽樣信號在某個74非均勻量化─13折線A律非均勻量化能夠讓小信號放大，而大信號得到壓縮，目的是降低小信號時的量化信噪比。13折線A律示意圖粒度粗細的調整11非均勻量化─13折線A律非均勻量化能夠讓小信號放大75編碼量化后的離散抽樣幅值以二進制數值來表示。最多需要log2N位二進制數，N是量化級數。量化段號極性碼數值范圍（△）段落碼段落起始值（△）量化間隔△i（△）段內碼權值（△）a7a6a5a4a3a2a1a010/10~1600001842120/116~31001161842130/132~630103221684240/164~12701164432168450/1128~2551001288643216860/1256~5111012561612864321670/1512~102311051232256128643280/11024~20471111024645122561286413折線A律二進制編碼值（256級，8比特）12編碼量化后的離散抽樣幅值以二進制數值來表示。量化段762.2.2數模（D/A）變換數模變換是模數變換的反過程。接收端通過數模變換把收到的二進制數字信號序列還原成相應幅度的模擬信號。132.2.2數模（D/A）變換數模變換是模數變換的反772.2.3PCM30/32路數字電話系統國際上有兩種標準化制式的多路數字電話通信系統，即PCM30/32路制式（E體系）和PCM24路制式（T體系），我國和歐洲采用E體系。

下面以PCM30/32多路數字電話通信系統為例，具體說明模擬話音數字化傳輸過程。142.2.3PCM30/32路數字電話系統國際上78E體系各項關鍵指標數據PCM30/32路系統稱為基群或一次群，簡稱E1指標名稱指標值話音頻帶（Hz）300-3400抽樣頻率（Hz）8000量化級數256量化壓縮律A律（A=87.6）樣值編碼位數8單路數碼率（kbit/s）64幀長（μs）125時隙數/幀32話路數/幀30一次群復用速率（kbit/s）204815E體系各項關鍵指標數據PCM30/32路系統稱為基群或一79E1體系的幀結構16E1體系的幀結構80每話路64kbit/s的計算為了正確地傳送一路話音信號，每秒必須傳送抽樣值8000次。按照每個抽樣值8bit編碼，則每話路要求傳輸8000次×8bit=64kbit/s。

現在每幀中包含32個話路，每話路占其中8bit，必須傳送8000幀/秒（500個復幀）。于是，32路PCM基群傳輸速率是8000(幀/秒)×32(時隙/幀)×8(bit/時隙)=2.048Mbit/s。高次群以4倍速率增長，即8.448（比8.192略多）Mbit/s…17每話路64kbit/s的計算為了正確地傳送一路話音信號81PCM30/32路數字電話系統終端框圖18PCM30/32路數字電話系統終端框圖822.2.4模擬信號數字化的其它方法利用相鄰抽樣幅值的相對變化特性，對抽樣信號進行編碼也是一類較常用的模數轉換方法。常見的有差值脈沖編碼（DPCM）、自適應差值脈沖編碼（ADPCM）、增量調制（DM）和自適應增量調制（ADM）等。192.2.4模擬信號數字化的其它方法利用相鄰抽樣幅831.差值脈沖編碼調制(DPCM)僅對兩個相鄰抽樣幅值的差值進行編碼，則由于差值信號變化較小，可大大地減少量化級數，從而減少編碼的位數。這樣，在相同傳輸速率下，可以成倍地提高信道的傳輸容量。201.差值脈沖編碼調制(DPCM)僅對兩個相鄰抽樣幅84DPCM舉例對模擬話音信號按照8000Hz/s抽樣，話音信號的變化范圍是±3v，若采用8位二進制數PCM編碼，量化為256級，每級約23.4mv。

假定相鄰抽樣差值變化范圍是±0.1v，把其化分為16個均勻量化級，每級為12.5mv，然后使用4位二進制數進行編碼。編碼后的數據發送速率僅需要4bit×8000=32Kb/s，比采用PCM編碼的64Kb/s速率降低一半，效率提高一倍。21DPCM舉例對模擬話音信號按照8000Hz/s抽樣85DPCM抽樣差值圖示22DPCM抽樣差值圖示862.脈沖增量調制(△M或DM)僅對當前抽樣值與其前一個抽樣值的符號進行編碼，而不對差值的大小編碼。

如果兩個前后抽樣差值為正就編為“1”碼；差值為負就編為“0”碼。因此，“1”和“0”代表的是信號相對于前一時刻的增減，不代表信號的絕對值。232.脈沖增量調制(△M或DM)僅對當前抽樣值與其前87DM波形及編碼結果示意圖24DM波形及編碼結果示意圖882.3數字信號的基帶傳輸模數變換后的數字信號頻譜，往往是含有直流、基波、高次諧波等不同頻率分量的信號，稱為基帶數字序列信號，簡稱基帶信號。

把基帶數字序列信號經適當碼型變換后直接送入信道傳輸，稱為基帶數字序列信號傳輸，簡稱基帶傳輸。252.3數字信號的基帶傳輸模數變換后的數字信號頻譜892.3.1基帶傳輸系統模型碼型變換：基帶信號適應信道特性。波形形成網絡：形成無碼間干擾的波形。262.3.1基帶傳輸系統模型碼型變換：基帶信號適應信道特902.3.2數字基帶傳輸的碼型根據信道頻域特性和基帶數字信號頻域特性匹配的原則，對基帶信號進行適當碼型變換，使之適合于給定信道的頻域特性，有利于延長傳輸距離、提高可靠性。272.3.2數字基帶傳輸的碼型根據信道頻域特性和基911.數字基帶傳輸碼型選擇原則直流或低頻信號衰減快，信號傳輸一定距離后嚴重畸變，所以不應含直流或低頻頻率分量。高頻分量越大，對鄰近信道產生的干擾就越嚴重，所以高頻分量應盡量少。為方便從接收到的基帶信號中提取位同步信息，應包含定時頻率分量。便于增加冗余碼，使碼型帶有規律性。碼型變換過程與信源的統計特性無關，即對信源消息類型無任何限制并具有透明性。281.數字基帶傳輸碼型選擇原則直流或低頻信號衰減快，信922.常用基帶數字傳輸碼型292.常用基帶數字傳輸碼型932.3.3無碼間干擾的基帶數字傳輸基帶傳輸信道（即波形形成網絡）可以等效為一個理想低通濾波器，其傳輸特性及單位沖擊響應如下圖：302.3.3無碼間干擾的基帶數字傳輸基帶傳輸信道（94Nyquist準則如果波形形成網絡具有圖示理想低通濾波器傳輸特性，則該系統傳輸的碼元速率為2fN（碼元周期T=1/2fN）時，系統輸出波形在峰值點（即判決抽樣點）上不會產生前后碼元間的干擾，這一條件稱為奈奎斯特準則。31Nyquist準則如果波形形成網絡具有圖示理想低通95無碼間干擾的接收波形只要按照Nyquist準則傳輸，當處于某個碼元的幅度峰值時，恰好其它碼元幅值是過零點。32無碼間干擾的接收波形只要按照Nyquist準則傳輸96具有滾降特性的波形形成網絡具有滾降特性的波形形成網絡，從技術上實現起來比理想低通容易，而且也滿足Nyquist條件。33具有滾降特性的波形形成網絡具有滾降特性的波形形成網972.4數字信號的頻帶傳輸當基帶數字信號頻率范圍與信道不相匹配時，把基帶數字信號進行調制后再行傳輸，即數字信號的頻帶傳輸。本節將在第1章二進制數字調制基礎上介紹多進制數字調制和復合調制概念。342.4數字信號的頻帶傳輸當基帶數字信號頻率范圍與982.4.1多進制數字調制

多進制數字調制是利用多進制數字信號調制載波信號的幅度、頻率或相位。

與二進制數字調制相比，多進制數字調制可提高比特率或可靠性，但因為需要多電平來表示信號，因而抗噪聲性能較低，實現起來也較復雜。352.4.1多進制數字調制多進制數字調制是利用多進991.多進制數字調幅(MASK)四進制MASK

361.多進制數字調幅(MASK)四進制MASK1002.多進制數字調頻（MFSK）k=log2M位碼元為一組對應地轉換成有M種狀態的多進制碼。372.多進制數字調頻（MFSK）k=log2M位碼元為一1013.多進制數字調相（MPSK）利用載波的多種不同相位狀態來表征數字信息。與二進制數字相位調制相同，多進制數字相位調制也有絕對相位調制（MPSK）和相對相位調制（MDPSK）。383.多進制數字調相（MPSK）利用載波的多種不同102矢量圖表示的MPSK（A和B方式）39矢量圖表示的MPSK（A和B方式）103QPSK調制與解調框圖兩個相互正交的相干載波cosωct和sinωct分別檢測出兩個分量a和b。40QPSK調制與解調框圖兩個相互正交的相干載波cos1042.4.2復合調制與多級調制對同一載波信號的兩個參數同時進行調制稱為復合調制，目的是進一步提升信道利用率。例如，數字微波通信中采用的圖示復合調制，數字調相用于傳送數字信號，模擬調頻用于話音通信。412.4.2復合調制與多級調制對同一載波信號的兩個105調相加調幅實現16進制復合調制42調相加調幅實現16進制復合調制106多級調制多級調制是指把同一基帶信號實施兩次或更多次的調制過程。43多級調制多級調制是指把同一基帶信號實施兩次或更多次1072.5數字同步與復接技術數字同步是指數字通信系統中各關鍵節點位置的動作頻率保持一致。數字復接是把若干個低速率分支數字碼流匯接成一路高速數字碼流的過程。為促進數字通信標準化，ITU-T早期推薦準同步數字體系（PDH）；后期推薦同步數字體系（SDH）442.5數字同步與復接技術數字同步是指數字通信系統1082.5.1數字同步技術兩種同步方式：位同步和幀同步位同步：收發兩端以比特為單位嚴格對齊必要條件：雙方時鐘頻率完全同頻同相（多采用主從同步方式）幀同步：收發兩端以幀為單位嚴格對齊。必要條件：利用幀同步碼452.5.1數字同步技術兩種同步方式：位同步和幀同步1092.5.2數字復接技術數字復接是把支路低次群按時分復用方式合并成一個單一的高次群，其設備由定時、碼速調整和復接單元組成；分接器的功能是把高次群數字信號分解成原來的低次群數字信號，它由同步、定時、分接和碼速恢復等單元組成。462.5.2數字復接技術數字復接是把支路低次群按時1101.數字復接系統框圖471.數字復接系統框圖1112.數字復接方法按位、按字、按幀復接，下圖是按位和按字復接：482.數字復接方法按位、按字、按幀復接，下圖是按位和按字1123.碼速調整被復接的各支路數字信號彼此之間必須同步并與復接器的定時信號同步，否則需要做出適當的碼速調整，以實現對復接后的高速數據碼流的傳輸同步定時控制。通常，碼速調整后速率高于調整前的結果，稱為正碼速調整。493.碼速調整被復接的各支路數字信號彼此之間必須同步并1132.5.3準同步數字體系ITU-T早期推薦了兩類從基群到五次群復接等級的數字速率系列。一類以1.544Mb/s為基群速率，另一類以2.048Mb/s為基群速率。因這兩類各次群比特率相對于其標準值有一個規定的容差，而且是異源的，各節點時鐘允許存在少量的頻率漂移誤差，因此這是一種準同步復接方式，統稱為準同步數字體系（PDH）。502.5.3準同步數字體系ITU-T早期推薦了兩1141.兩類PDH系列標準表2-4PDH兩類標準數字速率系列和復接等級群號2M系列1.5M系列速率（Mb/s）話路數速率（Mb/s）話路數基群2.048301.54424二次群8.44830×4=1206.31224×4=96三次群34.368120×4=48032.06496×5=480四次群139.264480×4=192097.728480×3=1440五次群564.9921920×4=7680397.2001440×4=5760511.兩類PDH系列標準表2-4PDH兩類標準數字速率1152.PDH系列的不足兩種數字系列互不兼容，導致國際之間電信網的建立及營運管理比較復雜和困難；

高、低速率信號的復接和分接都需要逐級進行，復接-分接設備復雜，上下話路價格昂貴；幀結構中管理維護用的比特位較少，難以適應網絡管理靈活、動態、智能化的日益增長需求。主要適用于中、低速率點對點傳輸。522.PDH系列的不足兩種數字系列互不兼容，導致國際之間1162.5.4同步數字體系（SDH）鑒于PDH的不足，國際上迫切需要建立統一的全新體制的數字通信網。為此ITU-T經充分討論和協商，于上世紀80年代末，接受了美國貝爾通信研究所提出的同步光網絡（SONET:Synchron