27、数字通信系统设计：电话信道与调制解调器发射机

数字通信系统设计：电话信道与调制解调器发射机

在当今数字化的时代，通信系统的设计至关重要。本文将深入探讨电话信道的特性以及调制解调器发射机的设计原理，包括数字调制、带宽约束、信号处理等方面的内容。

1. 电话信道特性

电话信道本质上是连接两个用户的铜线。由于全球电话线路数量众多，实际使用的电线数量相对较少，并且在通话时会在用户之间进行切换。电话网络（也称为POTS，即“普通老式电话系统”）的结构如下：
- 每个物理电话通过双绞线（一对普通铜线）连接到最近的中心局（CO），通常每个电话距离中心局不超过几公里。
- 中心局之间通过网络中的干线相互连接，主叫方拨打的数字由CO解释为与被叫号码关联的CO的连接指令。

1.1 带宽限制

为了理解电话信道的限制，我们需要回顾过去的模拟时代。当时，CO由机电开关组成，网络内传输的语音信号通过简单的运算放大器进行增强。实际上，连接到中心局的双绞线的带宽可达数MHz，但电话公司通常会在线路中引入加载线圈，以补偿网络中较长电线的电容效应带来的衰减。这些线圈的副作用是使第一级链路变成了一个截止频率约为4kHz的低通滤波器。因此，实际上电话信道的官方通带限制在f min = 300Hz和f max = 3000Hz之间，总可用正带宽W = 2700Hz。如今，虽然大多数网络实际上是数字化的，但官方带宽仍约为8kHz（即正带宽为4kHz），这样可以在同一电缆或卫星链路上复用更多的通话。目前，电话信道的标准采样率为8kHz，带宽限制仅由CO处的抗混叠滤波器施加，最大带宽超过W = 3400Hz。由于传输过程中可能出现的大幅衰减，频段的上下两端无法使用。特别是，电话线在f = 0（也称为直流电平）处有一个明显的陷波，