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  • 1 # 高大美女的

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    (1)抗干擾能力強、無噪聲積累。在模擬通訊中,為了提高信噪比,需要在訊號傳輸過程中及時對衰減的傳輸訊號進行放大,訊號在傳輸過程中不可避免地疊加上的噪聲也被同時放大。隨著傳輸距離的增加,噪聲累積越來越多,以致使傳輸質量嚴重惡化。?

    對於數字通訊,由於數字訊號的幅值為有限個離散值(通常取兩個幅值),在傳輸過程中雖然也受到噪聲的干擾,但當信噪比惡化到一定程度時,即在適當的距離採用判決再生的方法,再生成沒有噪聲干擾的和原發送端一樣的數字訊號,所以可實現長距離高質量的傳輸。?

    (2)便於加密處理。資訊傳輸的安全性和保密性越來越重要,數字通訊的加密處理的比模擬通訊容易得多,以話音訊號為例,經過數字變換後的訊號可用簡單的數字邏輯運算進行加密、解密處理。

    (3)便於儲存、處理和交換。數字通訊的訊號形式和計算機所用訊號一致,都是二進位制程式碼,因此便於與計算機聯網,也便於用計算機對數字訊號進行儲存、處理和交換,可使通訊網的管理、維護實現自動化、智慧化。?

    (4)裝置便於整合化、微型化。數字通訊採用時分多路複用,不需要體積較大的濾波器。裝置中大部分電路是數位電路,可用大規模和超大規模積體電路實現,因此體積小、功耗低。?

    (5)便於構成綜合數字網和綜合業務數字網。採用數字傳輸方式,可以透過程控數字交換裝置進行數字交換,以實現傳輸和交換的綜合。另外,電話業務和各種非話業務都可以實現數字化,構成綜合業務數字網。?

    (6)佔用通道頻帶較寬。一路模擬電話的頻帶為4kHz頻寬,一路數字電話約佔64kHz,這是模擬通訊目前仍有生命力的主要原因。隨著寬頻帶通道(光纜、數字微波)的大量利用(一對光纜可開通幾千路電話)以及數字訊號處理技術的發展(可將一路數字電話的數位元速率由64kb/s壓縮到32kb/s甚至更低的數位元速率),數字電話的頻寬問題已不是主要問題了。

    以上介紹可知,數字通訊具有很多優點,所以各國都在積極發展數字通訊。近年來,中國數字通訊得到迅速發展,正朝著高速化、智慧化、寬頻化和綜合化方向邁進。?

    數字訊號的產生

    (1)模擬訊號?

    訊號波形模擬著資訊的變化而變化,模擬訊號其特點是幅度連續(連續的含義是在某一取值範圍內可以取無限多個數值)。模擬訊號,其訊號波形在時間上也是連續的,因此它又是連續訊號。模擬訊號按一定的時間間隔T抽樣後的抽樣訊號,由於其波形在時間上是離散的,它又叫離散訊號。但此訊號的幅度仍然是連續的,所以仍然是模擬訊號。電話、傳真、電視訊號都是模擬訊號。??

    (2)數字訊號

    數字訊號其特點是幅值被限制在有限個數值之內,它不是連續的而是離散的。二進碼,每一個碼元只取兩個幅值(0,A):四進碼,每個碼元取四(3、1、-1、-3)中的一個。這種幅度是離散的訊號稱數字訊號。

    訊號數字化過程

    訊號的數字化需要三個步驟:抽樣、量化和編碼。抽樣是指用每隔一定時間的訊號樣值序列來代替原來在時間上連續的訊號,也就是在時間上將模擬訊號離散化。量化是用有限個幅度值近似原來連續變化的幅度值,把模擬訊號的連續幅度變為有限數量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規律,把量化後的值用二進位制數字表示,然後轉換成二值或多值的數字訊號流。這樣得到的數字訊號可以透過電纜、微波幹線、衛星通道等數字線路傳輸。在接收端則與上述模擬訊號數字化過程相反,再經過後置濾波又恢復成原來的模擬訊號。上述數字化的過程又稱為脈衝編碼調製。

    抽樣?

    話音訊號是模擬訊號,它不僅在幅度取值上是連續的,而且在時間上也是連續的。要使話音訊號數字化並實現時分多路複用,首先要在時間上對話音訊號進行離散化處理,這一過程叫抽樣。所謂抽樣就是每隔一定的時間間隔T,抽取話音訊號的一個瞬時幅度值(抽樣值),抽樣後所得出的一系列在時間上離散的抽樣值稱為樣值序列,如圖2-4所示。抽樣後的樣值序列在時間上是離散的,可進行時分多路複用,也可將各個抽樣值經過量化、編碼變換成二進位制數字訊號。理論和實踐證明,只要抽樣脈衝的間隔T≤12fm(或≥2fm)(fm是話音訊號的最高頻率),則抽樣後的樣值序列可不失真地還原成原來的話音訊號。??

    例如,一路電話訊號的頻帶為300~3400Hz,fm=3400Hz,則抽樣頻率fs≥2×3400=6800Hz。如按6800Hz的抽樣頻率對300~3400Hz的電話訊號抽樣,則抽樣後的樣值序列可不失真地還原成原來的話音訊號,話音訊號的抽樣頻率通常取8000Hz/s。對於PAL制電視訊號。影片頻寬為6MHz,按照CCIR601建議,亮度訊號的抽樣頻率為13.5MHz,色度訊號為6.75MHz。?

    量化

    抽樣把模擬訊號變成了時間上離散的脈衝訊號,但脈衝的幅度仍然是模擬的,還必須進行離散化處理,才能最終用數碼來表示。這就要對幅值進行舍零取整的處理,這個過程稱為量化。量化有兩種方式,示於圖2-5中。圖2-5(a)所示的量化方式中,取整時只舍不入,即0~1伏間的所有輸入電壓都輸出0伏,1~2伏間所有輸入電壓都輸出1伏等。採用這種量化方式,輸入電壓總是大於輸出電壓,因此產生的量化誤差總是正的,最大量化誤差等於兩個相鄰量化級的間隔Δ。圖(b)所示的量化方式在取整時有舍有入,即0~0.5伏間的輸入電壓都輸出0伏,0.5~1?5伏間的輸出電壓都輸出1伏等等。採用這種量化方式量化誤差有正有負,量化誤差的絕對值最大為Δ/2。因此,採用有舍有入法進行量化,誤差較小。

    實際訊號可以看成量化輸出訊號與量化誤差之和,因此只用量化輸出訊號來代替原訊號就會有失真。一般說來,可以把量化誤差的幅度機率分佈看成在-Δ/2~+Δ/2之間的均勻分佈。可以證明,量化失真功率?,即與最小量化間隔的平方成正比。最小量化間隔越小,失真就越小。最小量化間隔越小,用來表示一定幅度的模擬訊號時所需要的量化級數就越多,因此處理和傳輸就越複雜。所以,量化既要儘量減少量化級數,又要使量化失真看不出來。一般都用一個二進位制數來表示某一量化級數,經過傳輸在接收端再按照這個二進位制數來恢復原訊號的幅值。所謂量化位元數是指要區分所有量化級所需幾位二進位制數。例如,有8個量化級,那麼可用三位二進位制數來區分,因為,稱8個量化級的量化為3位元量化。8位元量化則是指共有個量化級的量化。?

    量化誤差與噪聲是有本質的區別的。因為任一時刻的量化誤差是可以從輸入訊號求出,而噪聲與訊號之間就沒有這種關係。可以證明,量化誤差是高階非線性失真的產物。但量化失真在訊號中的表現類似於噪聲,也有很寬的頻譜,所以也被稱為量化噪聲並用信噪比來衡量。?

    上面所述的採用均勻間隔量化級進行量化的方法稱為均勻量化或線性量化,這種量化方式會造成大訊號時信噪比有餘而小訊號時信噪比不足的缺點。如果使小訊號時量化級間寬度小些,而大訊號時量化級間寬度大些,就可以使小訊號時和大訊號時的信噪比趨於一致。這種非均勻量化級的安排稱為非均勻量化或非線性量化。數字電視訊號大多采用非均勻量化方式,這是由於模擬影片訊號要經過校正,而校正類似於非線性量化特性,可減輕小訊號時誤差的影響。?

    對於音訊訊號的非均勻量化也是採用壓縮、擴張的方法,即在傳送端對輸入的訊號進行壓縮處理再均勻量化,在接收端再進行相應的擴張處理。??

    目前國際上普遍採用容易實現的A律13折線壓擴特性和μ律15折線的壓擴特性。中國規定採用A律13折線壓擴特性。?

    採用13折線壓擴特性後小訊號時量化信噪比的改善量可達24dB,而這是靠犧牲大訊號量化信噪比(虧損12dB)換來的。?

    編碼?

    抽樣、量化後的訊號還不是數字訊號,需要把它轉換成數字編碼脈衝,這一過程稱為編碼。最簡單的編碼方式是二進位制編碼。具體說來,就是用n位元二進位制碼來表示已經量化了的樣值,每個二進位制數對應一個量化值,然後把它們排列,得到由二值脈衝組成的數字資訊流,整個過程見圖2-7。編碼過程在接收端,可以按所收到的資訊重新組成原來的樣值,再經過低通濾波器恢復原訊號。用這樣方式組成的脈衝串的頻率等於抽樣頻率與量化位元數的積,稱為所傳輸數字訊號的數位元速率。顯然,抽樣頻率越高,量化位元數越大,數位元速率就越高,所需要的傳輸頻寬就越寬。??

    除了上述的自然二進位制碼,還有其他形式的二進位制碼,如格雷碼和摺疊二進位制碼等,表2-1示出了這三種二進位制碼。這三種碼各有優缺點:(1)自然二進位制碼和二進位制數一一對應,簡單易行,它是權重碼,每一位都有確定的大小,從最高位到最低位依次為,可以直接進行大小比較和算術運算。自然二進位制碼可以直接由數/模轉換器轉換成模擬訊號,但在某些情況,例如從十進位制的3轉換為4時二進位制碼的每一位都要變,使數位電路產生很大的尖峰電流脈衝。(2)格雷碼則沒有這一缺點,它在相鄰電平間轉換時,只有一位生變化,格雷碼不是權重碼,每一位碼沒有確定的大小,不能直接進行比較大小和算術運算,也不能直接轉換成模擬訊號,要經過一次碼變換,變成自然二進位制碼。(3)摺疊二進位制碼沿中心電平上下對稱,適於表示正負對稱的雙極性訊號。它的最高位用來區分訊號幅值的正負。摺疊碼的抗誤碼能力強。

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