华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 按复用方式分有:频分复用(FDM)系统,时分复用(TDM)系统和码分复 用(CDM)系统等。 按数字系列和技术体制分有:异步数字系列(PDH),同步数字系列(SDH) 和异步转移模式(ATM),互连网( Internet or IP)等通信系统。 13模拟信号数字化 模拟信号结构比较复杂、易受外界干扰和占用带宽较窄等属性使模拟通信系 统具有设备复杂,抗干扰性差,噪声沿线累积,复用方式落后等先天性缺点, 但因其带宽利用率高而在带宽资源受限的铜缆传输时代,成为主要的通信系 统 数字信号结构简单,抗干扰性强,易整形、再生和占用带宽较宽等属性虽然 使数据通信系统,特别是基于二进制的系统具有设备简单,抗干扰性好,噪 声不沿线累积,复用方式先进和灵活多样,易加密,安全可靠等先天性优点 但因其带宽利用率低而在带宽资源受限的铜缆传输时代,难以成为主要的通 信系统 自20世纪80年代以来,模拟信号数字化技术,数字处理技术,数字集成电 路技术已十分成熟,特别是光纤通信技术的发展和广泛应用突破了带宽资源 的瓶颈,以及因特网日益深入社会生活,迎来了数据通信的辉煌时代,也宣 告了模拟通信时代的结束。 我国已基本完成了通信系统的数字化,除固定电话话机和电视终端以及把它 们接入网络的用户线尚以模拟技术为主外,交换、传输、网管等通信主要设 施均已全部数字化 1.3.1话音的脉冲编码调制(PCM)技术 话音和图像信号都是连续变化的模拟信号,把它们数字化是现代通信网络支 持各种通信业务的基础。 模拟信号数字化必须经过三个过程,即抽样、量化和编码。现以实现话音数 字化的脉冲编码调制(PcM, Pulse Coding Modulation)技术为例简要说明 如下: 1.抽样( Samping 抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值,变为在时间轴上 离散的抽样信号的过程。例如,话音信号带宽被限制在03~34kHz内,用 8kHz的抽样频率(fs),就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对
华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 5 按复用方式分有：频分复用（FDM）系统，时分复用（TDM）系统和码分复 用（CDM）系统等。 按数字系列和技术体制分有：异步数字系列（PDH），同步数字系列（SDH） 和异步转移模式（ATM）， 互连网（Internet or IP）等通信系统。 1.3 模拟信号数字化 模拟信号结构比较复杂、易受外界干扰和占用带宽较窄等属性使模拟通信系 统具有设备复杂，抗干扰性差，噪声沿线累积，复用方式落后等先天性缺点， 但因其带宽利用率高而在带宽资源受限的铜缆传输时代，成为主要的通信系 统。 数字信号结构简单，抗干扰性强，易整形、再生和占用带宽较宽等属性虽然 使数据通信系统，特别是基于二进制的系统具有设备简单，抗干扰性好，噪 声不沿线累积，复用方式先进和灵活多样，易加密，安全可靠等先天性优点， 但因其带宽利用率低而在带宽资源受限的铜缆传输时代，难以成为主要的通 信系统。 自 20 世纪 80 年代以来，模拟信号数字化技术，数字处理技术，数字集成电 路技术已十分成熟， 特别是光纤通信技术的发展和广泛应用突破了带宽资源 的瓶颈，以及因特网日益深入社会生活，迎来了数据通信的辉煌时代，也宣 告了模拟通信时代的结束。 我国已基本完成了通信系统的数字化，除固定电话话机和电视终端以及把它 们接入网络的用户线尚以模拟技术为主外，交换、传输、网管等通信主要设 施均已全部数字化。 1.3.1 话音的脉冲编码调制（PCM）技术 话音和图像信号都是连续变化的模拟信号，把它们数字化是现代通信网络支 持各种通信业务的基础。 模拟信号数字化必须经过三个过程，即抽样、量化和编码。现以实现话音数 字化的脉冲编码调制（PCM，Pulse Coding Modulation）技术为例简要说明 如下： 1. 抽样(Samping) 抽样是把模拟信号以其信号带宽 2 倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上 离散的抽样信号的过程。例如，话音信号带宽被限制在 0.3～3.4 kHz 内，用 8 kHz 的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对
华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制(PAM)信号 如图1-5所示。对抽样信号进行检波和平滑滤波,即可还原出原来的模拟信号 抽样_口∏几 脉冲 PAM 图1-5对模拟正弦信号的抽样 2.量化( quantizing) 抽样信号虽然是时间轴上离散的信号,但仍然是模拟信号,其样值在一定的 取值范围内,可有无限多个值。显然,对无限个样值一一给出数字码组来对 应是不可能的。为了实现以数字码表示样值,必须采用“四舍五入”的方法 把样值分级“取整”,使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。 这一过程称为量化。 量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较,当然有所失真,且不再是模 拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声,并称为量化噪 声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式,分的级数越多,即 量化级差或间隔越小,量化噪声也越小。 3.3.编码( Coding) 量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值,且信号正 负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等,正、负向的量化级对称分布 若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列,并对应地依次赋予一个十 进制数字代码(例如,赋予样值0的十进制数字代码为0),在码前以“+”、 ”号为前缀,来区分样值的正、负,则量化后的抽样信号就转化为按抽 样时序排列的一串十进制数字码流,即十进制数字信号。简单高效的数据系 统是二进制码系统,因此,应将十进制数字代码变换成二进制编码。根据十 进制数字代码的总个数,可以确定所需二进制编码的位数,即字长。这种把 量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码 例如,话音信号的样值有±128(2=128)个,即256(2=256)个,对应 的十进制数字代码为土(0~127),并可变换成字长8位的二进制编码。通 常,将二进制码元“0”或“1”的时长定义为1比特(Bit),并将8位二进制 码称为一个字节(Byte)
华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 6 一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号， 如图 1-5所示。对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。 输入 信号 抽样 脉冲 PAM 信号 t t t 图1-5 对模拟正弦信号的抽样 2. 量化（quantizing） 抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的 取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对 应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法 把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。 这一过程称为量化。 量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模 拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪 声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即 量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。 3. 3. 编码（Coding） 量化后的抽样信号在一定的取值范围内仅有有限个可取的样值，且信号正、 负幅度分布的对称性使正、负样值的个数相等，正、负向的量化级对称分布。 若将有限个量化样值的绝对值从小到大依次排列，并对应地依次赋予一个十 进制数字代码（例如，赋予样值 0 的十进制数字代码为 0），在码前以“＋”、 “－”号为前缀，来区分样值的正、负，则量化后的抽样信号就转化为按抽 样时序排列的一串十进制数字码流，即十进制数字信号。简单高效的数据系 统是二进制码系统，因此，应将十进制数字代码变换成二进制编码。根据十 进制数字代码的总个数，可以确定所需二进制编码的位数，即字长。这种把 量化的抽样信号变换成给定字长的二进制码流的过程称为编码。 例如，话音信号的样值有±128（27 ＝128）个，即 256（28 ＝256）个，对应 的十进制数字代码为±（0～127），并可变换成字长 8 位的二进制编码。通 常，将二进制码元“0”或“1”的时长定义为 1 比特（Bit）,并将 8 位二进制 码称为一个字节（Byte）
华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 话音PCM的抽样频率为8kHz,每个量化样值对应一个8位二进制码,故话 音数字编码信号的速率为8bts×8kHz=64kb/s。 量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。量化级数增多即样值个数 增多,就要求更长的二进制编码。因此,量化噪声随二进制编码的位数增多 而减小,即随数字编码信号的速率提高而减小。 132话音信号非均匀量化的必要性和实现方法 均匀量化是在抽样信号的取值范围内均匀划分量化等级的量化方法。它产生 的量化噪声也是均匀的,与信号在取样点的幅度无关。因此,均匀量化会出 现话音弱时的信噪比低、干扰大,而话音强时的信噪比高、干扰小的反常情 况。原 CCITT有关建议要求,在8位二进制编码的条件下,话音的量化信噪 比应大于26dB。由于话音大都集中在小信号范围内,均匀量化编码在话音幅 度小时不能满足信噪比大于26dB的要求,而在话音幅度大时满足要求却卓卓 有余。 因此,在维持8位二进制编码条件,即量化级总数不变的前提下,把话音的 取值范围分成若干个区间,在样值小的区间增多量化级数,而在样值大的区 间减少量化级数的非均匀量化方案就应运而生了。 非均匀量化的具体办法是压缩、扩张法,即在发送端对抽样信号先进行压缩 处理再均匀量化,如图16所示。 玉缩器均匀量 轴出 扩展特性曲线 图16非均匀量化的压缩、扩张法 压缩器特性曲线在小信号时的斜率大,大信号时的斜率小,使抽样信号的小 样值部分被充分放大,大样值部分被适当压缩。被压缩的抽样信号虽然再经 过均匀量化,但在接收端,解码后的被压缩量化抽样信号之量化信噪比却得
华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 7 话音 PCM 的抽样频率为 8 kHz，每个量化样值对应一个 8 位二进制码，故话 音数字编码信号的速率为 8 bits×8kHz ＝ 64 kb/s。 量化噪声随量化级数的增多和级差的缩小而减小。量化级数增多即样值个数 增多，就要求更长的二进制编码。因此，量化噪声随二进制编码的位数增多 而减小，即随数字编码信号的速率提高而减小。 1.3.2 话音信号非均匀量化的必要性和实现方法 均匀量化是在抽样信号的取值范围内均匀划分量化等级的量化方法。它产生 的量化噪声也是均匀的，与信号在取样点的幅度无关。因此，均匀量化会出 现话音弱时的信噪比低、干扰大，而话音强时的信噪比高、干扰小的反常情 况。原 CCITT 有关建议要求，在 8 位二进制编码的条件下，话音的量化信噪 比应大于 26dB。由于话音大都集中在小信号范围内，均匀量化编码在话音幅 度小时不能满足信噪比大于 26dB 的要求，而在话音幅度大时满足要求却卓卓 有余。 因此，在维持 8 位二进制编码条件，即量化级总数不变的前提下，把话音的 取值范围分成若干个区间，在样值小的区间增多量化级数，而在样值大的区 间减少量化级数的非均匀量化方案就应运而生了。 非均匀量化的具体办法是压缩、扩张法，即在发送端对抽样信号先进行压缩 处理再均匀量化，如图 1-6所示。 输输 输输 输输 输输 非非非非非非非非非非非非非非 非非压 非非非非 编编 解编 非非压 信信 非非非非压压 非扩非非压压 图1-6 非均匀量化的压缩、扩张法 压缩器特性曲线在小信号时的斜率大，大信号时的斜率小，使抽样信号的小 样值部分被充分放大，大样值部分被适当压缩。被压缩的抽样信号虽然再经 过均匀量化，但在接收端，解码后的被压缩量化抽样信号之量化信噪比却得
华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 到了均衡,故能在较高的信噪比下,用与压缩器特性正好相反的扩张器恢复 被压缩抽样信号的本来面目。 非均匀量化的实现方法通常有两种:一种是北美和日本的μ律压扩;另一种 是欧洲和我国所采用A律压扩。 A律压扩的13折线分段方法如图1-7所示。Y轴被均匀分为8段,每段又均 分为16份,每份表示一个量化级,则Y轴一共有16×8=128个量化级。X 轴的划分与Y轴不同,它用不均匀分段的方法以达到非均匀量化的目的,划 分规律是每次按被分段长的二分之一来进行分段 7/8v 6/8V下----- 5/8V 2/8V 1/8V42 2/8V 5/8V -78V 图1-713折线示意图
华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 8 到了均衡，故能在较高的信噪比下，用与压缩器特性正好相反的扩张器恢复 被压缩抽样信号的本来面目。 非均匀量化的实现方法通常有两种：一种是北美和日本的μ律压扩；另一种 是欧洲和我国所采用 A 律压扩。 A 律压扩的 13 折线分段方法如图 1-7所示 。Y 轴被均匀分为 8 段，每段又均 分为 16 份，每份表示一个量化级，则 Y 轴一共有 16×8＝128 个量化级。X 轴的划分与 Y 轴不同，它用不均匀分段的方法以达到非均匀量化的目的，划 分规律是每次按被分段长的二分之一来进行分段。 x V 7/8V 6/8V 5/8V 4/8V 3/8V 2/8V 8 7 6 5 4 3 2 -V 1 V 4 V 1/8V -1/8V -2/8V -3/8V -4/8V -5/8V -6/8V -7/8V 8 -V 7 6 5 4 3 2 1 0 y 2 V 2 V － 4 V － - - 图1-7 13 折线示意图
华为产品维护资料汇编 TELLIN智能网维护资料 通信技术概论 其他相关技术入门 第1章信号与通信系统 1.33数字信号与数据信号的特征和异同 本节将从基本物理概念上说明数字信号和数据信号的特征,而不试图探讨它 们在学术上的定义。明白了数字信号与数据信号的物理本质,数字通信与数 据通信的特征和异同也就不言而喻了。 如前所述,数字信号得名于模拟信号数字化过程中抽样信号量化样值的编码 值。鉴于最早和最典型的话音信号编码PCM技术采用8kHz频率抽样(抽样 周期或帧长为125μs),8位(比特)二进制码,并把一个字节的长度定为8 比特。因此,数字信号可认为是以字节为单元的成帧码流。帧是以帧头为起 点,有给定长度(即帧长并用抽样周期或其间包含的字节总个数表示)的字 节串。帧头由一个或多个具有预定值的字节构成,即帧头是收、发信双方预 先约定码元分布(图案)的一段编码 我们把有限个特定并规范化的简单明晰的独立图案之集合称为符号集,并可 给一个符号集中的每个符号一个唯一的代码或编码。例如,作为标准汉字集 的“通用字表”和“信息交换用汉字编码字符集·基本集”以及众多的汉字 编码输入法都是规范的符号和代码集。以给定的符号集为基础,用符号的组 合序列来表示的信息或消息是时序上离散的消息,例如一篇文章,一份电报。 所谓“数据”就是指用离散的数字代表的文字或符号 “数据”可长可短,信息量蕴含在所选用的符号和其排序中,一般无传送及 时性要求。既可将“数据”的符号序列依序沿一条实际路由传送,也可以将 数据”分组并依序标示各分组的序号,然后各分组不分先后,不定路由, 不计时间地传送。只要所有分组能无误地到达目的地,就可按序号重组原“数 据”。“数据”主要用于人通过数据终端与计算机通信或计算机与计算通信。 其非实时性特征与话音的实时性特征徊然有别。 数据信号就是“数据”流。若采用二进制编码,数据信号可视为以比特为单 位的不成帧信号,也可以是成帧信号,特别是在分组传送时。不成帧数据信 号也可以通过分组打包,变成成帧的数字信号。 因为字节由8比特组成,所以数字信号也可认为是一类成帧的数据信号。 由此看来,就二进制码元“1”和“0”的组合而言,数字信号和数据信号并 无本质差别。无论是数字通信系统还是数据通信系统,原则上都能传送数字 信号和数据信号。当然,在帧的标识和对码流的处理等实现传输的某些具体 环节和技术上会有所不同
华为产品维护资料汇编 TELLIN 智能网维护资料 其他相关技术入门 通信技术概论 第 1 章 信号与通信系统 9 1.3.3 数字信号与数据信号的特征和异同 本节将从基本物理概念上说明数字信号和数据信号的特征，而不试图探讨它 们在学术上的定义。明白了数字信号与数据信号的物理本质，数字通信与数 据通信的特征和异同也就不言而喻了。 如前所述，数字信号得名于模拟信号数字化过程中抽样信号量化样值的编码 值。鉴于最早和最典型的话音信号编码 PCM 技术采用 8 kHz 频率抽样（抽样 周期或帧长为 125μs），8 位（比特）二进制码，并把一个字节的长度定为 8 比特。因此，数字信号可认为是以字节为单元的成帧码流。帧是以帧头为起 点，有给定长度（即帧长并用抽样周期或其间包含的字节总个数表示）的字 节串。帧头由一个或多个具有预定值的字节构成，即帧头是收、发信双方预 先约定码元分布（图案）的一段编码。 我们把有限个特定并规范化的简单明晰的独立图案之集合称为符号集，并可 给一个符号集中的每个符号一个唯一的代码或编码。例如，作为标准汉字集 的“通用字表”和“信息交换用汉字编码字符集·基本集”以及众多的汉字 编码输入法都是规范的符号和代码集。以给定的符号集为基础，用符号的组 合序列来表示的信息或消息是时序上离散的消息，例如一篇文章，一份电报。 所谓“数据”就是指用离散的数字代表的文字或符号。 “数据”可长可短，信息量蕴含在所选用的符号和其排序中，一般无传送及 时性要求。既可将“数据”的符号序列依序沿一条实际路由传送，也可以将 “数据”分组并依序标示各分组的序号，然后各分组不分先后，不定路由， 不计时间地传送。只要所有分组能无误地到达目的地，就可按序号重组原“数 据”。“数据”主要用于人通过数据终端与计算机通信或计算机与计算通信。 其非实时性特征与话音的实时性特征徊然有别。 数据信号就是“数据”流。若采用二进制编码，数据信号可视为以比特为单 位的不成帧信号，也可以是成帧信号，特别是在分组传送时。不成帧数据信 号也可以通过分组打包，变成成帧的数字信号。 因为字节由 8 比特组成，所以数字信号也可认为是一类成帧的数据信号。 由此看来，就二进制码元“1”和“0”的组合而言，数字信号和数据信号并 无本质差别。无论是数字通信系统还是数据通信系统，原则上都能传送数字 信号和数据信号。当然，在帧的标识和对码流的处理等实现传输的某些具体 环节和技术上会有所不同