數(shù)字電視技術(shù)及其應(yīng)用

眾所周知，數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)相比有很多優(yōu)越性，如在噪聲方面，只要噪聲電平低于一定值，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)處理后就可以把噪聲去除；在失真方面，通過(guò)選擇取樣頻率、提高量化精度和改善誤碼率，失真問(wèn)題也可以解決。此外，在信號(hào)產(chǎn)生、處理和存儲(chǔ)方面，數(shù)字信號(hào)也有很多優(yōu)點(diǎn)，并且可通過(guò)編碼對(duì)信號(hào)加密和實(shí)現(xiàn)信號(hào)帶寬壓縮等等。

電視數(shù)字化后，可大大增加電視頻道。現(xiàn)在的有線電視只可提供70個(gè)以下的電視頻道（6-8MHz/ch），而數(shù)字衛(wèi)星電視可以提供200套節(jié)目。隨著人們對(duì)電視節(jié)目和其他信息的要求，必然需要增加頻道數(shù)。如果應(yīng)用數(shù)字壓縮技術(shù)，現(xiàn)在就可在6-8MHz帶寬內(nèi)傳輸4-10套節(jié)目，從而傳輸700套節(jié)目。電視數(shù)字化后還便于提供交互式業(yè)務(wù)，如電話、數(shù)據(jù)傳輸、節(jié)目點(diǎn)播、家庭購(gòu)物、遠(yuǎn)程教學(xué)等。

一、數(shù)字信號(hào)與模擬信號(hào)

信號(hào)可以分為模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)兩大類(lèi)。模擬信號(hào)對(duì)應(yīng)于時(shí)間軸有連續(xù)的無(wú)窮多個(gè)值，它完全準(zhǔn)確地表示信號(hào)電平，如語(yǔ)音、圖像……是模擬信號(hào)。數(shù)字信號(hào)只有有限多個(gè)值，離散并且近似地表示信息，如數(shù)字電視、電報(bào)……是數(shù)字信號(hào)。

傳輸模擬電視信號(hào)的系統(tǒng)叫做模擬電視系統(tǒng)，傳輸數(shù)字電視信號(hào)的系統(tǒng)叫做數(shù)字電視系統(tǒng)，數(shù)字電視是未來(lái)的發(fā)展方向。

在日常生活中，我們用0、1、2、3、4、5、6、7、8、9這10個(gè)數(shù)字來(lái)構(gòu)成十進(jìn)制進(jìn)行計(jì)算，而數(shù)字電視卻是基于二進(jìn)制的原理來(lái)工作的。二進(jìn)制不同于十進(jìn)制，二進(jìn)制只有0和1兩個(gè)數(shù)字，不是逢十進(jìn)一，是逢二進(jìn)一。有信號(hào)或無(wú)信號(hào)，開(kāi)關(guān)的通或斷，真或假，這些都可以用數(shù)字0或1來(lái)表示，即表示為二進(jìn)制的兩個(gè)狀態(tài)。開(kāi)關(guān)、繼電器、晶體管、觸發(fā)器以及類(lèi)似的電子器件都可作為二進(jìn)制器件。

二、脈沖調(diào)制與數(shù)字調(diào)制

調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相這3種調(diào)制方式都是連續(xù)改變正弦載波振蕩的某一參數(shù)（振幅、頻率或相位）來(lái)完成調(diào)制的，所得調(diào)制信號(hào)是模擬信號(hào)，這類(lèi)調(diào)制叫做連續(xù)波的模擬調(diào)制。

脈沖調(diào)制的載波不是正弦波，而是周期性的離散脈沖序列，如圖1（a）所示。脈沖的波形參數(shù)有4個(gè)：脈沖振幅E、脈沖寬度t、脈沖位置以及脈沖重復(fù)頻率fs（即重復(fù)周期Ts的倒數(shù)）。若用調(diào)制信號(hào)控制上述4個(gè)參數(shù)中之一使之發(fā)生變化，則可得到4種基本的脈沖調(diào)制方式：脈沖振幅調(diào)制（PAM，Pulse Amplitude Modulation）、脈沖寬度調(diào)制（PWM，Pulse Width Modulation）、脈沖位置調(diào)制（PPM，Pulse Position Modulation）和脈沖頻率調(diào)制（PFM，Pulse Frequency Modulation）。在圖1中，（b）是調(diào)制信號(hào)，（c）、（d）、（e）、（f）分別是這4種脈沖調(diào)制波形，圖1中垂直虛線表示未調(diào)制脈沖序列中每個(gè)脈沖的位置（即參考位置）。

圖1 脈沖調(diào)制示意圖

從圖1中可以看出，脈沖調(diào)制不是完整的傳送調(diào)制信號(hào)的每一個(gè)瞬時(shí)值，而只是傳送調(diào)制信號(hào)在相隔一定時(shí)間間隔（即周期Ts）的那些瞬時(shí)值；這些瞬時(shí)值叫做取樣值，如（b）中垂直線段所示。從連續(xù)信號(hào)取出取樣值的過(guò)程叫做取樣。因此，脈沖調(diào)制首先必須將調(diào)制信號(hào)取樣，然后用各取樣值去控制脈沖序列的某一參數(shù)。由于調(diào)制信號(hào)本身是連續(xù)變化的，因而取樣值的大小可能為任意數(shù)值。這就是說(shuō)，各取樣值在時(shí)間上是離散的，而在取值（振幅、寬度、位置、頻率）上卻具有連續(xù)的性質(zhì)，它們是時(shí)間上的離散的模擬信號(hào)。這樣，上述幾種脈沖調(diào)制可統(tǒng)稱(chēng)為模擬脈沖調(diào)制。

數(shù)字調(diào)制不僅在時(shí)間上是離散的，而且在取值上也是離散的，這種信號(hào)叫做數(shù)字信號(hào)。它不傳送每個(gè)取樣的真實(shí)數(shù)值，而是傳送每個(gè)取樣的近似值。為此，必須先取樣進(jìn)行量化處理，即預(yù)先確定若干個(gè)（有限個(gè)）標(biāo)準(zhǔn)數(shù)值（叫做量化值），并從其中選擇與真實(shí)取樣最接近的量化值來(lái)代替該真實(shí)取樣值。

為什么要進(jìn)行量化呢？其原因是：

（1）信號(hào)在傳送過(guò)程中，總是會(huì)混進(jìn)噪聲和干擾，在接收端，無(wú)論是人或電子線路，都不可能有很強(qiáng)的鑒別力去分辨信號(hào)的細(xì)節(jié)。這樣，不管發(fā)送出來(lái)的取樣值多么準(zhǔn)確，接收端畢竟無(wú)力恢復(fù)真實(shí)的取樣值，所以準(zhǔn)確地傳送真實(shí)取樣值是沒(méi)有必要的。

（2）如果發(fā)送的是量化值，即使在傳送過(guò)程中混進(jìn)了噪聲和干擾，但只要不是太大，還不足以使所收到的量化值增大或減小到相鄰的另一個(gè)量化電平，接收端就能夠很容易地判斷發(fā)出的是哪一個(gè)量化電平，并重新準(zhǔn)確地把它再生出來(lái)。這樣就從根本上消除了傳輸過(guò)程中的噪聲和干擾。

（3）通常是用一組一組的脈沖電碼來(lái)表示各取樣的量化值的，這一過(guò)程叫做脈沖編碼。由于量化值為有限個(gè)，所以所需的不同脈沖電碼的組數(shù)也是有限的，這是可實(shí)現(xiàn)的。但是，如果不經(jīng)量化處理而要脈沖電碼傳送實(shí)際取樣值，那么，由于實(shí)際取樣值有無(wú)限多個(gè)，這就需要用無(wú)限組不同的電碼來(lái)代表它們，顯然這是無(wú)法實(shí)現(xiàn)的。所以，只有量化才使脈沖編碼成為可能，而編碼是模擬信號(hào)數(shù)字化和提高數(shù)字信號(hào)傳輸有效性的重要措施。

在數(shù)字電子技術(shù)中，數(shù)字脈沖調(diào)制屬于信源編碼，其具體方案有很多種。其中比較重要的有兩種：脈種編碼調(diào)制（PCM，Pulse Code Modulation）和增量調(diào)制（DM，Delta Modulation）。前者利用若干個(gè)脈沖所組成的一組一組的電碼來(lái)表示每個(gè)取樣的量化值；后者是前者的特例，每組脈沖電碼只由一個(gè)脈沖構(gòu)成，但它不表示各取樣的量化值，而是表示兩個(gè)相鄰取樣值之間增量的極性，或者說(shuō)它表示信號(hào)的變化率。

綜上所述，取樣是脈沖調(diào)制（脈沖調(diào)頻除外）的共同特點(diǎn)，量化則是數(shù)字脈沖調(diào)制所獨(dú)有的特征?，F(xiàn)在，絕大多數(shù)應(yīng)用都是數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)取代模擬信號(hào)是電子技術(shù)發(fā)展的必然趨勢(shì)。

三、取樣和取樣定理

模擬信號(hào)經(jīng)取樣得到了時(shí)間上離散的取樣值，能否用這些值唯一而又完全地代表原來(lái)的連續(xù)信號(hào)呢？

為了回答這個(gè)問(wèn)題，我們先看一個(gè)簡(jiǎn)單例子。如果要繪制一條連續(xù)的實(shí)驗(yàn)曲線，眾所周知，一般不需要連續(xù)地測(cè)量出每一個(gè)實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，而只需要測(cè)出若干個(gè)對(duì)橫坐標(biāo)來(lái)說(shuō)是離散的數(shù)據(jù)就行。每個(gè)數(shù)據(jù)描出一個(gè)點(diǎn)，只要這些點(diǎn)取得足夠密，就能根據(jù)它們作出一條光滑的實(shí)驗(yàn)曲線。這曲線唯一地、足夠精確地表示實(shí)驗(yàn)結(jié)果，根據(jù)經(jīng)驗(yàn)我們還知道，如果曲線變化比較平緩，點(diǎn)可以取得稀一些；如果曲線變化急劇，則應(yīng)當(dāng)把點(diǎn)取得密一些。從這個(gè)粗淺的例子可以看出，一個(gè)連續(xù)函數(shù)是可以用它的一些離散數(shù)值（取樣值）來(lái)代替的，但這些取樣值應(yīng)要求密集到一定程度。那么，對(duì)連續(xù)信號(hào)進(jìn)行取樣的時(shí)間將應(yīng)當(dāng)短到什么程度，或者說(shuō)取樣速率（或取樣頻率）應(yīng)當(dāng)高到什么程度，才能由各取樣值恢復(fù)連續(xù)信號(hào)呢？取樣定理回答了這個(gè)問(wèn)題。

取樣定理：假設(shè)一個(gè)頻帶有限的信號(hào)頻譜的最高頻率為fM，如果取樣頻率fs等于或大于信號(hào)最高頻率fM的兩倍，則可以由取樣恢復(fù)原信號(hào)，而不會(huì)產(chǎn)生失真，2fM叫做奈奎斯特頻率，取樣時(shí)間間隔Ts則為1/（2fM）。

取樣定理規(guī)定了最低取樣速度，即在信號(hào)頻譜最高頻率所對(duì)應(yīng)的一個(gè)周期中，至少應(yīng)進(jìn)行兩次取樣。這樣，不必傳送信號(hào)本身，只要傳送信號(hào)的離散取樣，即可在接收端根據(jù)這些取樣恢復(fù)原來(lái)的連續(xù)信號(hào)。

四、從模擬電視到數(shù)字電視

模擬電視信號(hào)變成數(shù)字電視信號(hào)，首先要進(jìn)行模——數(shù)轉(zhuǎn)換，如前所述，這就必須對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行取樣和量化。連續(xù)的模擬信號(hào)經(jīng)取樣處理后得到實(shí)際取樣值，實(shí)際取樣值經(jīng)量化處理后變成為時(shí)間上和取值上都是離散的信號(hào)，是近似取樣值。常用二進(jìn)制來(lái)表示取樣值，將取樣值用一組脈沖電碼來(lái)表示，這個(gè)過(guò)程叫做編碼。

圖2 從模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)的方框圖

1、量化

量化就是將信號(hào)可能具有的整個(gè)幅度范圍進(jìn)行分層（或分級(jí)），每一層就是一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電平，叫做量化電平，如圖3中各水平線所示。為了簡(jiǎn)單起見(jiàn)，圖3中只取了8個(gè)量化電平，分別為0、1、2、3、4、5、6、7。相鄰量化電平之間的差距叫做量化級(jí)距或量化間隔，級(jí)距等于總的信號(hào)幅度的1/8。圖3中還畫(huà)出了信號(hào)和它的編號(hào)為1、2、3、4、5等五個(gè)取樣值，其實(shí)際取樣值分別為1.6、4.4、6.4、5.8、3.6。我們現(xiàn)在傳送的不是這些實(shí)際取樣值，而是8個(gè)量化電平中分別與實(shí)際取樣值最接近的那幾個(gè)數(shù)值，即2、4、6、6、4等5個(gè)數(shù)值。這里采取了近似的辦法，與算術(shù)運(yùn)算中的四舍五入近似法相同。

圖3 信號(hào)的量化

顯然，圖3中如圓圈所示的量化值只是各個(gè)真實(shí)取樣值的近似值，其間存在著的誤差叫量化誤差。不難看出，最大量化誤差為量化級(jí)距的一半，即量大誤差為總的信號(hào)幅度的1/16。量化誤差具有隨機(jī)的性質(zhì)，因?yàn)閭魉偷牧炕蹬c各實(shí)際取樣值之間的差值完全是不可預(yù)測(cè)的。量化誤差的不斷出現(xiàn)就形成了一種干擾噪聲，叫做量化噪聲。為了減小量化噪聲，需要增加量化電平的數(shù)目，亦即減小量化間隔。但是，量化電平取得越多，用來(lái)傳送它們的不同脈沖電碼組就需要越多，因而對(duì)每組電碼所包含的脈沖個(gè)數(shù)也需要越多。這就要求提高傳輸速度或者說(shuō)需要增加頻帶寬度。因此，應(yīng)當(dāng)選擇恰當(dāng)?shù)牧炕?jí)數(shù)，不能過(guò)大，也不要過(guò)小。例如，選取128個(gè)量化電平，需要7位二進(jìn)制電碼來(lái)表示每一個(gè)量化電平（27=128）。

由于最大量化誤差總是量化間隔的一半，因此對(duì)于小信號(hào)來(lái)說(shuō)，信號(hào)與量化噪聲之比就要大于大信號(hào)情況的信號(hào)與量化噪聲之比，這對(duì)小信號(hào)是不利的。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，可以采用非均勻量化，即在小信號(hào)情況，把電平取得密一些（或者說(shuō)量化間隔取得小一些），而在大信號(hào)情況，把量化間隔取得大一些。相應(yīng)地，在接收機(jī)中則應(yīng)當(dāng)進(jìn)行擴(kuò)展，以恢復(fù)原來(lái)信號(hào)的比例。

2、編碼

編碼是將每一個(gè)量化電平用一個(gè)整數(shù)來(lái)代表，一組量化電平與一組整數(shù)一一對(duì)應(yīng)。這樣，就把信號(hào)波形變成為與各個(gè)取樣時(shí)刻對(duì)應(yīng)的一組數(shù)字，即把信號(hào)波形數(shù)字化了。這些數(shù)字可用二進(jìn)制來(lái)表示，相應(yīng)地可以用二進(jìn)制電碼來(lái)傳送。所謂二進(jìn)制電碼，就是一組一組的電脈沖，每個(gè)脈沖只有兩個(gè)電平（對(duì)于單向脈沖是0和1，對(duì)于雙向脈沖是+1和-1），不同排列組合的各組脈沖就可以代表二進(jìn)制表示的不同整數(shù)數(shù)字。例如，用3位二進(jìn)制電碼表示8個(gè)量化電平。每個(gè)脈沖位置對(duì)應(yīng)于1位二進(jìn)制數(shù)字，叫做1個(gè)比特。3個(gè)一組的脈沖表示一個(gè)數(shù)值，叫做三比特電碼。很顯然，由于脈沖有兩種可能狀態(tài)，3個(gè)脈沖形成的不同排列組合應(yīng)該有23=8種，4個(gè)脈沖形成的不同排列組合應(yīng)該有24=16種，N個(gè)脈沖形成的不同排列組合應(yīng)該有2N種。這就是說(shuō)，用N個(gè)脈種構(gòu)成的一組電碼（即N比特電碼）可以表示2N個(gè)不同的數(shù)值。

除二進(jìn)制電碼外，也可以用兩個(gè)以上的多電平脈沖來(lái)進(jìn)行編碼。每個(gè)脈沖可能取的電平數(shù)目為M，就叫做M進(jìn)制電碼。在M進(jìn)制電碼中，若每組有N個(gè)脈沖，則可以用它們表示MN個(gè)不同的量化值。這是因?yàn)椋總€(gè)脈沖振幅有M種可能值，因此N個(gè)脈沖可以有MN種不同的排列組合。

3、二次數(shù)字調(diào)制

上述由模擬信號(hào)到數(shù)字信號(hào)是一次調(diào)制，得到的是數(shù)字基帶信號(hào)，可采用專(zhuān)用數(shù)字電視設(shè)備通過(guò)電纜或光纜傳輸。為了在一定的可靠性和質(zhì)量要求條件下，節(jié)省功率和提高頻帶利用率，需要將數(shù)字基帶信號(hào)再進(jìn)行二次數(shù)字調(diào)制以實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)復(fù)用，然后將二次數(shù)字調(diào)制信號(hào)上變頻到有線電視頻段。

二次數(shù)字調(diào)制是用數(shù)字基帶信號(hào)去調(diào)制射頻正弦振蕩的參數(shù)（振幅、頻率或相位），因此，二次調(diào)制有調(diào)幅、調(diào)頻和調(diào)相3種形式，包括振幅鍵控（ASK）、移頻鍵控（FSK）、最小頻移鍵控（MSK）、移相鍵控（PSK）、正交幅度調(diào)制（QAM）、X進(jìn)制殘留邊帶調(diào)制（VSB）等多種調(diào)制方式。PSK又分2PSK、QPSK、8PSK；QAM又分4QAM、16QAM、64QAM、256QAM幾種。調(diào)制方式不同，數(shù)字系統(tǒng)的有效性（頻帶利用率）和可靠性（比特差錯(cuò)率）不同，因此選擇何種數(shù)字調(diào)制方式是非常重要的。

正交幅度調(diào)制、移相鍵控、殘留邊帶調(diào)制常常用于數(shù)字電視，它們具有極高的頻譜利用率，是在一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)電視頻道中傳輸多路數(shù)字電視的主要調(diào)制方式。

4、數(shù)字信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)

（1）在遠(yuǎn)距離傳送時(shí)，各個(gè)中繼站能夠完整地將所收到的數(shù)字信號(hào)再生出來(lái)，從根本上消除了傳輸過(guò)程中的噪聲和干擾。各中繼站重新發(fā)出來(lái)的都是沒(méi)有噪聲的信號(hào)（當(dāng)然量化噪聲總是存在的）。這就是說(shuō)，在各中繼站之間，信號(hào)傳輸過(guò)程中所混入的干擾就不會(huì)積累起來(lái)。

（2）調(diào)制和解調(diào)電路都是數(shù)字電路，很適合于利用集成電路的邏輯設(shè)計(jì)，因此可靠性和穩(wěn)定性都很高。

（3）數(shù)字信號(hào)便于存儲(chǔ)。

（4）可以減少消息信號(hào)不必要的重復(fù)，進(jìn)行數(shù)字壓縮。

（5）合適的編碼可以減少噪聲和干擾的影響。每增加一個(gè)比特就將信號(hào)與量化噪聲之比（功率比）提高6分貝，這就是說(shuō)，信號(hào)頻帶寬度的加寬能提高信噪比。

五、數(shù)字系統(tǒng)方框圖

數(shù)字系統(tǒng)方框圖如圖4所示。在發(fā)送端，調(diào)制信號(hào)m（t）加至壓縮器，壓縮幅度較大的信號(hào)，以保證對(duì)于大小不同的信號(hào)具有相差不多的信號(hào)/量化噪聲比。取樣電路將壓縮器處理后的調(diào)制信號(hào)進(jìn)行取樣，然后與經(jīng)過(guò)同樣處理（即壓縮和取樣）的其它信道信號(hào)一起加至復(fù)用器，形成時(shí)分多路信號(hào)。量化和編碼這兩種作用是由模——數(shù)轉(zhuǎn)換器來(lái)完成的，它將各信道的取樣信號(hào)進(jìn)行量化，并將每一量化后的取樣用一組二進(jìn)制電碼來(lái)傳送。信道轉(zhuǎn)換開(kāi)頭將各路電碼以串聯(lián)方式傳送至信道中，直接經(jīng)光纜、電纜傳送，或者進(jìn)行二次調(diào)制，對(duì)正弦載波調(diào)制以后經(jīng)發(fā)射機(jī)發(fā)送出去。

圖4 數(shù)字系統(tǒng)方框圖

在接收端，可能是直接從光纜、電纜得到各路信號(hào)以串聯(lián)方式傳送過(guò)來(lái)的二進(jìn)制電碼，也可能是由接收機(jī)收到的某一種已調(diào)波。在后一種情況下，經(jīng)解調(diào)后即可得到二進(jìn)制電碼。二進(jìn)制電碼進(jìn)入量化器后，去掉傳輸過(guò)程中混入的噪聲和干擾，并重新形成比較純凈的二進(jìn)制電碼。分配器將各路二進(jìn)制電碼分開(kāi)以并聯(lián)方式傳送到解碼器中。解碼器就是一個(gè)數(shù)——模轉(zhuǎn)發(fā)器，它將各組電碼轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的有一定高度的脈沖。因此，各路信號(hào)分別對(duì)應(yīng)于一路調(diào)幅脈沖，各路調(diào)幅脈沖是時(shí)分復(fù)用在一起的。分路器將各路調(diào)幅脈沖分開(kāi)來(lái)，分別傳送到各信道的取樣保持放大的電路中，使每個(gè)脈沖的高度在一個(gè)取樣周期內(nèi)得以保持，于是將調(diào)幅脈沖變成階梯波，它是發(fā)送端經(jīng)預(yù)處理后的調(diào)制信號(hào)的近似波形。低通濾波器將量化噪聲濾去，將階梯波還原成連續(xù)信號(hào)，它仍然是發(fā)送端被預(yù)處理后的調(diào)制近似波形。擴(kuò)展器去掉由于發(fā)送端的壓縮器人為造成的調(diào)制信號(hào)的失真，于是就得到最后的輸出信號(hào)m′（t），它是最初的調(diào)制信號(hào)m（t）的近似。

如果用光纜傳輸，由于電發(fā)射端機(jī)多數(shù)輸出的是有正負(fù)極性的雙極性碼，這種碼型不宜驅(qū)動(dòng)光發(fā)射機(jī)。光發(fā)射機(jī)是光強(qiáng)度調(diào)制，需要單極性脈沖驅(qū)動(dòng)。因此，在電發(fā)射端機(jī)和光發(fā)射機(jī)之間需要加入雙極性到單極性碼型接口。

現(xiàn)在，已有專(zhuān)用數(shù)字電視傳輸系統(tǒng)面市，可通過(guò)光纜傳輸非壓縮電視、32路立體聲，如果配置其他設(shè)備，也能夠傳輸MPEG-2多路壓縮電視信號(hào)。該系統(tǒng)可選一次群E1（2Mb）和三次群E3（34Mb）接口板傳輸數(shù)據(jù)和電話，它還可與SDH網(wǎng)絡(luò)相銜接，使數(shù)據(jù)、有線電視，通信三網(wǎng)合一。

六、數(shù)字系統(tǒng)性能參數(shù)

1、傳送速率

二進(jìn)制數(shù)字出現(xiàn)的頻率即是單位時(shí)間內(nèi)傳送的二進(jìn)制數(shù)字的位數(shù)，叫做傳送速率。傳送速率用來(lái)衡量數(shù)字系統(tǒng)的效率，有碼元速率和信息速率兩種表示法。

（1）碼元速率 又叫做符號(hào)速率、數(shù)碼率、鍵控速率，指每秒傳送的碼元個(gè)數(shù)，單位為“波特”（Baud），以Ds表示。當(dāng)數(shù)字信號(hào)用二進(jìn)制表示時(shí)，稱(chēng)為二進(jìn)制碼元速率；當(dāng)數(shù)字信號(hào)用多進(jìn)制表示時(shí)，稱(chēng)為M進(jìn)制碼元速率。

（2）信息速率 又叫做比特率，指每秒傳送的信息單位數(shù)，單位為比特/秒（bit/s或b/s或bps），以Rb表示。

碼元速率與信息速率的關(guān)系是：

Rb=Ds×Log2M

式中 M——碼元進(jìn)制數(shù)。

特別指出的是，當(dāng)M=2時(shí)，Rb=Ds，即碼元速率等于信息速率。

2、Eb/No

Eb/No用來(lái)衡量傳送的信號(hào)質(zhì)量，表示有用信號(hào)的每比特能量Eb與單邊帶噪聲密度No之比。

模擬信號(hào)在進(jìn)行模/數(shù)轉(zhuǎn)換后，處于任意兩個(gè)量化電平中間的部分，就會(huì)與其后數(shù)/模轉(zhuǎn)換出來(lái)的信號(hào)有微小差別，這相當(dāng)于在原始信號(hào)上疊加了一個(gè)噪聲，叫做量化噪聲。量化噪聲是白噪聲，符合噪聲疊加規(guī)律。在傳送過(guò)程中還有各種干擾和噪聲。

假定一個(gè)二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)s（t），其碼元寬度為T(mén)，則該信號(hào)每比特能量為：

Eb=2（t）dt

在實(shí)際工程計(jì)算時(shí)，往往以發(fā)射端發(fā)射功率除以信息速率來(lái)得到每比特能量。

3、頻帶利用率

頻帶利用率是衡量數(shù)字系統(tǒng)效率的重要指標(biāo)，指單位帶寬內(nèi)所能實(shí)現(xiàn)的傳送速率，單位是bit/s/Hz或b/s/Hz。

傳送數(shù)字信號(hào)和傳送模擬信號(hào)一樣，要占有一定的頻帶寬度。數(shù)字信號(hào)是“1”和“0”的不同排列組合，例如，可以都是1，也可以都是0，也可以是0和1交替出現(xiàn)，通常則是0和1的雜亂的排列組合。0和1交替出現(xiàn)這種數(shù)字信號(hào)包含的最高頻譜成分最高，如圖5（a）中波形的帶寬要大于（b）中波形的帶寬。

圖5 脈沖編碼調(diào)制信號(hào)的最高頻率

在接收端，為了沒(méi)有差錯(cuò)地恢復(fù)脈沖編碼信號(hào)，只需要在圖5中箭頭所示的每個(gè)時(shí)刻正確區(qū)別是1還是0（圖中是用脈沖的正負(fù)來(lái)分別代表1和0的）。若將信號(hào)通過(guò)一個(gè)低通濾波器，該低通濾波器的帶寬恰好能夠讓圖所示的正弦波通過(guò)，該正弦波的頻率等于圖中脈沖波形的重復(fù)頻率，即二進(jìn)制數(shù)字0和1出現(xiàn)的頻率的一半。這時(shí)，接收端就可以根據(jù)濾波器所輸出的正弦波正確區(qū)別1和0。因此，為了能夠在接收端無(wú)錯(cuò)誤地恢復(fù)原波形，所需頻帶寬度至少應(yīng)等于二進(jìn)制數(shù)字出現(xiàn)的頻率的一半。

在比較數(shù)字系統(tǒng)效率時(shí)，單看傳送速率是不行的，因?yàn)椴捎貌煌恼{(diào)制方式，即使傳送速率相同，所占用的帶寬也不相同，見(jiàn)表1。

4、比特差錯(cuò)率和誤碼率

當(dāng)發(fā)送端發(fā)“1”，接收端收到“0”；或當(dāng)發(fā)射端發(fā)“0”，接收端卻收到“1”。這種收發(fā)碼不一致的情況叫誤碼。

誤碼產(chǎn)生的原因很多，包括噪聲和脈沖抖動(dòng)的影響，工業(yè)干擾和雷電干擾等等。影響誤碼率大小的因素很多，如信號(hào)調(diào)制方式，判別門(mén)限值的高低。誤碼率越小，要求視頻信噪比越高。比如，為了使某數(shù)字系統(tǒng)的誤碼率達(dá)到10-9，要求信噪比為21.6dB左右。

（1）比特差錯(cuò)率 用來(lái)衡量數(shù)字系統(tǒng)正確傳送信號(hào)的可靠程度，指二進(jìn)制碼元被傳錯(cuò)的概率，常用Pe表示。在傳送大量二進(jìn)制碼元的條件下：

Pe=被傳錯(cuò)的二進(jìn)制碼元數(shù)/二進(jìn)制數(shù)碼流總的碼元數(shù)

（2）誤碼率 也用來(lái)衡量數(shù)字系統(tǒng)正確傳送信號(hào)的可靠程度，指碼元或符號(hào)（可以是二進(jìn)制，也可以是M進(jìn)制）被傳錯(cuò)的概率，常用Pes表示。

誤碼率和比特差錯(cuò)率不同，只有在二進(jìn)制時(shí)，兩者數(shù)值才相等。數(shù)字信號(hào)可以用二進(jìn)制表示，也可以用M進(jìn)制表示，由于二進(jìn)制的表示形式有多種，誤碼率和比特差錯(cuò)率沒(méi)有唯一的對(duì)應(yīng)關(guān)系。

對(duì)于自然二進(jìn)制碼，其比特差錯(cuò)率比誤碼率小，誤碼率和比特差錯(cuò)率的對(duì)應(yīng)關(guān)系式為：

1/2＜Pe/Pes＜2/3

對(duì)于二進(jìn)制格雷碼，誤碼率和比特差錯(cuò)率的對(duì)應(yīng)關(guān)系式為：

Pe=Pes/n

式中 n=Log2M

調(diào)制方式不同，頻帶利用率也不相同，見(jiàn)表2。

由表2知道，2PSK、QPSK、MSK的Pes較小，正確傳送信號(hào)的可靠程度高，但頻帶利用率低；其余多電平調(diào)制方式提高了頻帶利用率，卻降低了正確傳送信號(hào)的可靠程度。

5、抖動(dòng)性能

抖動(dòng)是數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中的一種瞬時(shí)不穩(wěn)定現(xiàn)象。它表示數(shù)字信號(hào)的各瞬間對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)時(shí)間位置的偏差。抖動(dòng)包括兩個(gè)方面，一是輸入信號(hào)脈沖在某一平均位置左右變化；二是提取的時(shí)鐘信號(hào)在中心位置上的左右變化，這種抖動(dòng)現(xiàn)象相當(dāng)于對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行了相位調(diào)制。如果用示波器觀察這種信號(hào)，則在穩(wěn)定的脈沖圖樣的前沿和后沿上出現(xiàn)某低頻干擾調(diào)制，其頻率一般為0-2KHz。抖動(dòng)嚴(yán)重時(shí)，由于脈沖移位使接收機(jī)把有脈沖誤認(rèn)為無(wú)脈沖（或相反）。系統(tǒng)的傳輸速率越高，抖動(dòng)的影響也越大。

產(chǎn)生抖動(dòng)的原因很多，除了與定時(shí)提取電路的性能有關(guān)外，還與輸入信號(hào)的狀態(tài)有關(guān)；當(dāng)輸入碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”碼時(shí)，定時(shí)提取困難，也會(huì)產(chǎn)生定時(shí)抖動(dòng)；在多級(jí)中繼的系統(tǒng)中，每個(gè)中繼器產(chǎn)生的抖動(dòng)還會(huì)出現(xiàn)積累，使性能更加惡化。

由于抖動(dòng)難以完全消除，因此在實(shí)際工程中，往往提出一些系統(tǒng)容許的最大抖動(dòng)指標(biāo)，作為對(duì)抖動(dòng)的限制條件。