數(shù)字通信系統(tǒng)概述

1、現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 第第4章章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型4.2 數(shù)字復(fù)接技術(shù)數(shù)字復(fù)接技術(shù)4.3 數(shù)字傳輸信號(hào)幀結(jié)構(gòu)數(shù)字傳輸信號(hào)幀結(jié)構(gòu)4.4 數(shù)字傳輸信號(hào)的處理數(shù)字傳輸信號(hào)的處理4.5 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型數(shù)字通信系統(tǒng)模型 4.1.1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu)數(shù)字通信系統(tǒng)模型結(jié)構(gòu) 通信就是信息的傳遞。用以完成信息傳遞整個(gè)過(guò)程的通信系統(tǒng)是由一整套技術(shù)設(shè)備硬件、軟件和傳輸煤質(zhì)所構(gòu)成的總體。第1章我們已經(jīng)講過(guò)，就信號(hào)的傳遞通信系統(tǒng)可以分為兩大類(lèi)，即模擬通信

2、系統(tǒng)和數(shù)字通信系統(tǒng)，我們這里主要講授數(shù)字通信系統(tǒng)。 完成數(shù)字信號(hào)產(chǎn)生、變換、傳遞及接收全過(guò)程的系統(tǒng)稱(chēng)之為數(shù)字通信系統(tǒng)。數(shù)字通信系統(tǒng)的模型可用圖4.1來(lái)描述?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.1 數(shù)字通信系統(tǒng)模型 信息源信源編碼器信道編碼器數(shù)字調(diào)制器信道信道解碼器數(shù)字解調(diào)器受信者信源解碼器噪聲源數(shù)字傳輸系統(tǒng)現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.1中，信息源是信息或信息序列的產(chǎn)生源。它泛指一切發(fā)信者，可以是人也可以是機(jī)器。他（它）們可以產(chǎn)生諸如聲音、數(shù)據(jù)、文字、圖像、代碼等電信號(hào)。 信源編碼的主要功能是把人的話(huà)音以及機(jī)器產(chǎn)生的如文字、圖表及圖像等模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，即所謂的模/

3、數(shù)（A/D）變換。信源和信源編碼可設(shè)在通一物理體內(nèi)，也可以分設(shè)。如現(xiàn)在的一般電話(huà)用戶(hù)輸出話(huà)音模擬信號(hào)（3003400Hz），通過(guò)用戶(hù)線(xiàn)送到數(shù)字程控交換局，通過(guò)話(huà)路模塊（PCM單路編譯碼器）變換成64kb/s的數(shù)字信號(hào)，再進(jìn)行時(shí)隙交換。（如數(shù)字電話(huà)機(jī)的信源輸出就是數(shù)字信號(hào)，計(jì)算機(jī)輸出的數(shù)據(jù)信號(hào)等，無(wú)需信源編碼。此時(shí)就可以省去信源編碼部分。）現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 信源編碼：在完成多路數(shù)字信號(hào)復(fù)接為寬度數(shù)字信號(hào)之后，把此寬帶數(shù)字信號(hào)送到傳輸?shù)男诺乐腥?。根?jù)各種傳輸信道的特性及對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)的要求（如有一定糾錯(cuò)能力、減少誤碼、從信碼中提取時(shí)鐘等），將信號(hào)變換成所謂的傳輸碼型的過(guò)程程之為

4、信道編碼。如PCM基帶傳輸碼型HDB3碼，光纖傳輸碼型NRZ碼、5B6B碼、4B1H碼等。 數(shù)字調(diào)制：根據(jù)信道煤質(zhì)特性對(duì)編碼后的數(shù)字信號(hào)還要經(jīng)過(guò)調(diào)制后送入信道中，如光纖信道中的光調(diào)制；在無(wú)線(xiàn)傳輸中，根據(jù)傳輸?shù)臄?shù)字速率、邊帶利用率、功率利用率及誤碼率、設(shè)備的復(fù)雜程度等，可采用數(shù)字頻移鍵控（FSK）、相移鍵控（PSK）、幅移鍵控（ASK）及組合變換、變型等各種數(shù)字調(diào)制方式?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 信道：指?jìng)鬏斝盘?hào)的通道。根據(jù)信號(hào)特性，信道可以分為模擬信道和數(shù)字信道；根據(jù)傳輸煤質(zhì)的不同，可以分為有線(xiàn)信道（明線(xiàn)、電纜、光纖信道等）和無(wú)線(xiàn)信道（短波電離層、散射信道、微波視距信道和衛(wèi)星遠(yuǎn)程自

5、由空間恒參信道）。在以上信道中，明線(xiàn)和電纜可以用來(lái)傳輸速率低的數(shù)字基帶信號(hào)，其他信道均要進(jìn)行數(shù)字調(diào)制。數(shù)字信號(hào)只經(jīng)信道編碼而不經(jīng)調(diào)制就可以直接送到明線(xiàn)或電纜中去傳輸。我們把不經(jīng)調(diào)制的數(shù)字信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào)，把數(shù)字基帶信號(hào)直接送到信道中傳輸?shù)臄?shù)字通信方式稱(chēng)為基帶傳輸方式。經(jīng)過(guò)調(diào)制后的數(shù)字信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字頻帶信號(hào)，把調(diào)制后的數(shù)字頻帶信號(hào)送到信道中去傳輸為數(shù)字頻帶傳輸。現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 根據(jù)現(xiàn)在接入網(wǎng)的定義，用戶(hù)與交換機(jī)之間的所有機(jī)線(xiàn)設(shè)備稱(chēng)之為用戶(hù)接入網(wǎng)。我們把信源（信源編碼）與信道編碼（交換節(jié)點(diǎn)）之間的傳輸稱(chēng)為接入信道。接入信道也可以分為有線(xiàn)和無(wú)線(xiàn)兩類(lèi)信道，此信道的顯著特點(diǎn)是，突

6、出了終端業(yè)務(wù)是業(yè)務(wù)提供點(diǎn)與最終用戶(hù)之間的連接網(wǎng)絡(luò)。 這里講的信道，主要是指長(zhǎng)途或市話(huà)中繼傳輸?shù)臄?shù)字通道。信號(hào)在長(zhǎng)途傳輸時(shí)，到達(dá)接收端的信號(hào)總是不理想的，因?yàn)樾诺辣旧碛蓄l率響應(yīng)特性及衰減，信號(hào)在傳輸時(shí)會(huì)受到信道的干擾和噪聲的影響。人們長(zhǎng)期以來(lái)在研究、探討并采取各種措施使其衰減、干擾及噪聲降到最低限度。其中，一是采用數(shù)字信號(hào)傳輸-數(shù)字通信，它具有抗干擾性強(qiáng)、噪聲不積累等優(yōu)點(diǎn)；二是研究特性?xún)?yōu)良的傳輸信道，采用傳輸現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 頻帶寬、衰減小、抗干擾性強(qiáng)的信道。現(xiàn)在廣泛應(yīng)用光纖信道以及遠(yuǎn)程自由空間恒參信道（衛(wèi)星通信信道）等來(lái)改善信道質(zhì)量。 數(shù)字解調(diào)，即完成從數(shù)字頻帶信號(hào)中恢復(fù)出

7、原來(lái)的寬帶數(shù)字信號(hào)，再經(jīng)過(guò)信道解碼和碼型反變換后分離成數(shù)字基帶信號(hào)的過(guò)程；也可以是經(jīng)信源解碼，即D/A變換，還原為原始模擬用戶(hù)信號(hào)或分路數(shù)字信號(hào)（不經(jīng)過(guò)信源解碼，如計(jì)算機(jī)信號(hào)等）的過(guò)程。數(shù)字解調(diào)的收端相應(yīng)技術(shù)與設(shè)備是發(fā)端技術(shù)與設(shè)備的逆變換?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.1.2 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 1. 數(shù)字傳輸系統(tǒng)傳輸速率 1) 信息傳輸速率 2) 碼元(符號(hào))傳輸速率 轉(zhuǎn)換公式為 1BfN bM(4.1.1) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2.誤碼 1) 誤碼概念 在數(shù)字通信中使用的是脈沖信號(hào)，即用“1”和“0”攜帶信息。由于噪聲、串音及碼間干擾以及其他突發(fā)因素的

8、影響，當(dāng)干擾幅度超過(guò)脈沖信號(hào)再生判決的某一門(mén)限值時(shí)，將會(huì)造成誤判成為誤碼，如圖4.2所示。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.2 噪聲疊加在數(shù)字信號(hào)上的波形 A2A“1”碼“0”碼0TB判決門(mén)限電平U門(mén)t現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 在傳輸過(guò)程中受到干擾（疊加了噪聲）的數(shù)字信號(hào)在判決點(diǎn)會(huì)出現(xiàn)兩種情況： 以單極性信號(hào)為例：可能把“1”碼誤判為“0”碼，稱(chēng)為減碼，也可能把“0”碼誤判為“1”碼，稱(chēng)為增碼。無(wú)論減碼還是增碼，都稱(chēng)為誤碼，誤碼用誤碼率來(lái)表征，定義為：數(shù)字通信系統(tǒng)中在一定統(tǒng)計(jì)時(shí)間內(nèi)，數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程中發(fā)生錯(cuò)誤的碼元數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比，用符號(hào)Pe表示。limenP產(chǎn)

9、生錯(cuò)誤碼元(個(gè)數(shù)) 傳輸?shù)目偞a元(個(gè)數(shù)) (4.1.2)誤碼率Pe是統(tǒng)計(jì)評(píng)均值，即稱(chēng)為平均誤碼率?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2) 誤碼積累 在實(shí)際的數(shù)字通信系統(tǒng)中，含有多個(gè)再生中繼段，上面講的誤判產(chǎn)生的誤碼率是指在一個(gè)中繼段內(nèi)產(chǎn)生的，當(dāng)它繼續(xù)傳到下一個(gè)中繼段，也有可能再產(chǎn)生誤判，但這種誤判把原來(lái)誤碼糾正過(guò)來(lái)的可能性極少。 1imeBeBiPP(4.1.3) (4.1.4) ieBeBmPP式中：Pe為總誤碼率；i為再生中繼段序號(hào)；PeBi為第i個(gè)再生中繼段的誤碼率。 當(dāng)每個(gè)再生中繼段誤碼率相同，即為PeBi時(shí)，則m個(gè)再生中繼段的誤碼率為現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 3.抖動(dòng)

10、 1) 抖動(dòng)概念 所謂抖動(dòng)，是指在噪聲因素的影響下，數(shù)字信號(hào)的有效瞬間相對(duì)于應(yīng)生成理想時(shí)間位置的短時(shí)偏離。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.3 脈沖抖動(dòng)的意義 發(fā)送脈沖 接收脈沖 抖動(dòng)函數(shù)t1t2t3t4t5t1t2t3t4t5j(t)t現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2) 抖動(dòng)容限 抖動(dòng)容限一般是用峰峰抖動(dòng)Jp-p來(lái)描述的。它是指某個(gè)特定的抖動(dòng)比特的時(shí)間位置相對(duì)于該比特抖動(dòng)時(shí)的時(shí)間位置的最大部分偏離?，F(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.2 數(shù)字復(fù)接技術(shù)數(shù)字復(fù)接技術(shù) 4.2.1 數(shù)字多路通信原理 數(shù)字多路通信也叫做時(shí)分多路通信,所謂時(shí)分多路通信,是利用多路信號(hào)(數(shù)字信號(hào)

11、)在信道上占有不同的時(shí)間間隙來(lái)進(jìn)行通信的。多路通信的基礎(chǔ)源于數(shù)學(xué)上信號(hào)的正交性： 2112( )( )0ttFf tf t dt(4.2.1) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.4 脈沖信號(hào)的正交 f1(t)At1t2T0tf2(t)0t1t2t3T0tt3現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 對(duì)于不是連續(xù)信號(hào),如時(shí)分制中的脈沖信號(hào),只能用離散和來(lái)代替以上積分,即 0120( )( )( )TtR Tf tf t(4.2.2) 根據(jù)離散和計(jì)算有1212012130122123( )( )( )( )( )( )( )( )( )0ttttttR Tf tf tf tf tf tf t

12、f tf t(4.2.3) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 如第2章PCM脈沖編碼技術(shù)所述,由抽樣定理把每路話(huà)音信號(hào)按8000次/s抽樣,對(duì)每個(gè)樣值編8位碼,那么第一個(gè)樣值到第二個(gè)樣值出現(xiàn)的時(shí)間,即1/8000s(=125s),稱(chēng)為抽樣周期T(=125s)。在這個(gè)T時(shí)間內(nèi)可間插許多路信號(hào)直至n路,這就是時(shí)間的可分性(離散性),就能實(shí)現(xiàn)許多路信號(hào)在T時(shí)間內(nèi)的傳輸。其多路通信模型如圖4.5所示。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.5 時(shí)分多路復(fù)用示意圖 m1(t)m2(t)12S1mn(t)n信道n12m1(t)mn(t)m2(t)S2現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.2.

13、2 數(shù)字信號(hào)復(fù)接技術(shù) 數(shù)字復(fù)接,就是利用時(shí)間的可分性,采用時(shí)隙疊加的方法把多路低速的數(shù)字碼流(支路碼流),如圖4.6(a)所示,在同一時(shí)隙內(nèi)合并成為高速數(shù)字碼流的過(guò)程。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.6 按位復(fù)接和按字復(fù)接示意圖(a)一次群(基群)；(b)二次群(按位數(shù)字復(fù)接)；(c)二次群(按字?jǐn)?shù)字復(fù)接)CH1(第一路)10110101PCM30/32基群(1)PCM30/32基群(2)PCM30/32基群(3)PCM30/32基群(4)(a)PCM30/32基群(1)1 1 1 1 0 1 0 1 1 00 1 1 1 1 00 11 1 1 0 1 0 0 0 01 1 1

14、1 1(b)PCM30/32(1)CH1(c)1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 01 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 110現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.3 數(shù)字傳輸信號(hào)幀結(jié)構(gòu)數(shù)字傳輸信號(hào)幀結(jié)構(gòu) 幀結(jié)構(gòu)一般都采用由世界電信組織建議的統(tǒng)一格式,為保證數(shù)字通信系統(tǒng)正常工作,在一幀的信號(hào)中應(yīng)有以下基本信號(hào): 幀同步信號(hào)(幀定位信號(hào))及同步對(duì)告信號(hào); 信息信號(hào); 其他特殊信號(hào)(地址、信令、糾錯(cuò)等信號(hào)); 勤務(wù)信號(hào)。現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.3.1 PCM30/32路基群幀結(jié)構(gòu) 時(shí)隙信號(hào)作如下安排： 1) 30個(gè)話(huà)路時(shí)隙:TS1TS1

15、5,TS17TS31 2) 幀同步時(shí)隙:TS0 3) 信令復(fù)幀時(shí)隙:TS16 每一路時(shí)隙tc為1253.9321250.488328ccBTstsntTstsLnL碼字位數(shù)L=8,故每一位時(shí)隙tB為 (4.3.1) (4.3.2) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.7 PCM30/32制式幀結(jié)構(gòu) 幀同步路話(huà)路話(huà)路信令路話(huà)路話(huà)路F15F0F1F2F15F01幀1復(fù) 幀16幀(2 ms)1幀32個(gè)路時(shí)隙125 s256比特8比特路時(shí)隙3.9 s話(huà)路話(huà)路TS0TS1TS15TS16TS17TS31偶幀幀同步碼保留給國(guó)際用(目前固定為1)奇幀幀失步對(duì)告1001101111A111111保留給

16、國(guó)內(nèi)用(目前固定為1)復(fù)幀同步碼1復(fù)幀對(duì)告碼00001 A211碼位 12345678F0幀F(xiàn)1幀 abcdabcdabcdabcdCH1信令碼CH17信令碼碼字8比特路時(shí)隙3.9 sF15幀CH15信令碼CH31信令碼同步：A10； A20失步：A11； A21現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 數(shù)碼率 1328 80002048/BsBnLfn L fkb stT (4.3.3) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.8 PCM30/32路系統(tǒng)方框圖 匯總碼型變換幀同步碼發(fā)生器發(fā)端定時(shí)分離幀同步碼檢出碼型反變換再生收端定時(shí)二線(xiàn)語(yǔ)音信號(hào)124低通(發(fā))A/D低通(收)D/A單片集成編

17、/解碼器12n信令碼數(shù)據(jù)信號(hào)發(fā)n21信令碼數(shù)據(jù)信號(hào)收四線(xiàn)信道現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.3.2 準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接(PDH)系列幀結(jié)構(gòu)(以PCM30/32路為基礎(chǔ)) 1. 準(zhǔn)同步復(fù)接(PDH)系列 根據(jù)不同需要和不同傳輸介質(zhì)的傳輸能力,要有不同的話(huà)路數(shù)和不同的速率復(fù)接形成一個(gè)系列,由低向高逐級(jí)進(jìn)行復(fù)接，這就是數(shù)字復(fù)接系列。倘若被復(fù)接的幾個(gè)支路(低等級(jí)支路信號(hào))是在同一高穩(wěn)定的時(shí)鐘控制下,它們的數(shù)碼率是嚴(yán)格相等的,即各支路的碼位是同步的。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 表4.1 兩類(lèi)速率復(fù)接系列比較表 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2. 2.048Mb/s速率接口的(P

18、DH)復(fù)接系列二次群幀結(jié)構(gòu) 圖4.9 數(shù)字復(fù)接示意圖 定時(shí)定時(shí)調(diào)整匯接分離恢復(fù)同步外時(shí)鐘(1)(2)(4)(3)(1)(2)(4)(3)低次群低次群高次群復(fù)接器分接器現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 在每支路復(fù)接時(shí)碼率究竟如何調(diào)整呢?CCITT推薦的速率系列PDH二次群速率為8.448Mb/s。CCITTG.742推薦的正碼速調(diào)整(增加碼位)準(zhǔn)同步復(fù)接系列PDH二次群的幀結(jié)構(gòu)中各支路的比特安排如圖4.10(a)所示,它的復(fù)接幀如圖4.10(b)所示,幀長(zhǎng)848比特,幀周期為100.38s。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.10 異步復(fù)接二次群幀結(jié)構(gòu)(a)基群支路插入碼及信息碼分

19、配；(b)復(fù)接幀結(jié)構(gòu)636 637 638 639 640 641 642 643 644 645848429424 425 426 427 428213 214 215 216 217212101112131212345354106 107159 160 161212212比特 組53比特 組53比特 組53比特 組53比特F11F12F13信息碼50比特C11信息碼52比特C12信息碼52比特C13V1信息碼51比特(a)幀同步告警備用信息碼插入標(biāo)志信息碼插入標(biāo)志F11F21F23F33F43504200C11C21C31C41524208C12C22C32C42信息碼插入標(biāo)志插入碼信息碼

20、524208C13C23C33C43V1V2V3V4514204(b)現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 采用三位標(biāo)志碼Cij便于多數(shù)判決以決定分接時(shí)“去塞”與否,其正確判斷的概率為3333393(1)(1)213213 10100.999997eeeeePPPPP 當(dāng)誤碼率Pe=10時(shí),正確判斷的概率為現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 表4.2 34368kb/s復(fù)用幀結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 表4.3 139264kb/s復(fù)用幀結(jié)構(gòu) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 表4.4 PDH接口速率、碼型表 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.3.3 同步數(shù)字復(fù)接

21、(SDH)系列幀結(jié)構(gòu) 1. 同步數(shù)字復(fù)接系列SDH 通信容量越來(lái)越大,業(yè)務(wù)種類(lèi)越來(lái)越多,傳輸?shù)男盘?hào)帶寬越來(lái)越寬,數(shù)字信號(hào)傳輸速率越來(lái)越高。這樣便會(huì)使PDH復(fù)接的層次越來(lái)越多,而在更高速率上的異步復(fù)接/分接需要采用大量的高速電路,這會(huì)使設(shè)備的成本、體積和功耗加大,而且使傳輸?shù)男阅軔夯?現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2. SDH同步數(shù)字復(fù)接系列幀結(jié)構(gòu) 按世界ITUT1995年G.707協(xié)議規(guī)范,SDH的數(shù)字信號(hào)傳送幀結(jié)構(gòu)安排盡可能地使支路信號(hào)在一幀內(nèi)均勻地、有規(guī)律地分布,以便于實(shí)現(xiàn)支路的同步復(fù)接、交叉連接、接入/分出(上/下Add/Drop),并能同樣方便地直接接入/分出PDH系列信號(hào)。

22、為此,ITUT采納了以字節(jié)(Byte)作為基礎(chǔ)的矩形塊狀幀結(jié)構(gòu)(或稱(chēng)頁(yè)面塊狀幀結(jié)構(gòu)),如圖4.11所示。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.11 SDH幀結(jié)構(gòu) 9270 N字節(jié)SOHAU-PTRSOH1234567893行1行5行STM-N凈負(fù)荷(含POH)傳輸方向9N261N270N例現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 1) 信息凈負(fù)荷區(qū)域 信息凈負(fù)荷區(qū)域是幀結(jié)構(gòu)中存放各種信息負(fù)載的地方。 2) 段開(kāi)銷(xiāo)區(qū)域 段開(kāi)銷(xiāo)(SectionOverHead)是STM幀結(jié)構(gòu)中為了保證信息凈負(fù)荷正常、靈活傳送所必須的附加字節(jié),是供網(wǎng)絡(luò)運(yùn)行、管理和維護(hù)使用的字節(jié)。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系

23、統(tǒng)概述 3) 管理單元指針區(qū)域 管理單元指針用來(lái)指示信息凈負(fù)荷的第一個(gè)字節(jié)在STM幀中的準(zhǔn)確位置,以便在接收端能正確地分接信息凈負(fù)荷信號(hào)。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.4 數(shù)字傳輸信號(hào)的處理數(shù)字傳輸信號(hào)的處理4.4.1信道編碼變換根據(jù)電纜信道的特點(diǎn)及傳輸數(shù)字信號(hào)的要求,要滿(mǎn)足以下幾個(gè)條件:碼型中,高、低頻成分少,無(wú)直流分量。在接收端便于定時(shí)提取。碼型應(yīng)具有一定的檢錯(cuò)(檢測(cè)誤碼)能力。設(shè)備簡(jiǎn)單、易于實(shí)現(xiàn)。現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 1.不歸零碼和歸零碼 通常,常見(jiàn)的碼型(脈沖波形)有不歸零碼(NRZ)和歸零碼(RZ),對(duì)應(yīng)波形及頻譜如圖4.12、4.13所示。 現(xiàn)代通信系

24、統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.12 單極性不歸零碼及功率譜A0110TB2TBs(t)101t3TB4TB5TB6TBPS(t)0fB2fB3fB4fBf現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.13 單極性歸零碼及功率譜s(t)10110101TB2TB3TB4TB5TB6TBtPS(t)02fBfB3fB4fBf現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2. 雙極性半占空碼(AMI) AMI碼編碼規(guī)律及頻譜如圖4.14所示。 圖4.14 AMI碼及功率譜 A010TB2TBs(t)0t3TB4TB5TB6TBPS(t)0fB2fB3fB4fBt111A現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述

25、 3. HDB3碼 HDB3碼是三階高密度雙極性碼的簡(jiǎn)稱(chēng)。HDB3碼保留了AMI碼的所有優(yōu)點(diǎn),還可將連零碼限制在3個(gè)以?xún)?nèi),克服了AMI碼如果長(zhǎng)連零過(guò)多對(duì)提取定時(shí)不利的缺點(diǎn)。HDB3碼的功率譜與AMI碼類(lèi)似。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.15 HDB3編碼波形VVVV現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4. CMI碼 準(zhǔn)同步PDH四次群接口碼型采用傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼(CMI),主要適用于光纖通信系統(tǒng)傳輸。CMI碼編碼規(guī)則如表4.5所示。 表4.5 CMI碼編碼規(guī)則 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.4.2 擾碼與解擾碼 在數(shù)字光纖及數(shù)字衛(wèi)星通信等長(zhǎng)途傳輸中,為了保證收端定時(shí)恢復(fù)

26、,使原數(shù)字信息碼流中限制“0”碼或“1”碼的長(zhǎng)度,并使“1”與“0”出現(xiàn)的概率幾乎相等。 擾碼器原理實(shí)際上就是m序列與傳輸數(shù)字信息模二加,完成輸入數(shù)字序列的擾亂,這樣實(shí)現(xiàn)的擾碼器原理框圖如圖4.16(a)所示。由圖可得擾碼器輸出序列LK為1122kkkknk nLdC LC LC L(4.4.1) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.16 擾碼器原理方框圖 (a)擾碼器；(b)解擾器Lk1Lk2Lk iLk ndkLkC1C2CiCn(a)LknLkdkC1C2CiCn(b)Lk1Lk2Lk i現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 在接收端要恢復(fù)出原始數(shù)字序列,需要一個(gè)結(jié)構(gòu)與發(fā)端相同的

27、m序列發(fā)生器與傳輸序列LK模二加實(shí)現(xiàn)解擾,其原理方框圖如圖4.16(b)所示。如圖中所示,它與擾碼器的反饋網(wǎng)絡(luò)相對(duì)應(yīng),可得到解擾方程為1122KKkknk ndLC LC LC L(4.4.2) 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.17 幀同步擾碼器功能圖DQSDQSDQSDQSDQSDQSDQSSTM-X時(shí)鐘幀脈沖數(shù)據(jù)輸入擾碼數(shù)據(jù)輸出現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.4.3 差錯(cuò)控制(糾錯(cuò)編碼) 1.差錯(cuò)控制基本概念 在數(shù)字信號(hào)傳輸過(guò)程中,由于信道受到噪聲或干擾的影響,信號(hào)碼元的波形傳到接收端就可能會(huì)發(fā)生錯(cuò)誤。為了把這些錯(cuò)誤減少到人們預(yù)期要求的最低限度,人們?cè)跀?shù)字碼流中加入一

28、些附加碼元(稱(chēng)監(jiān)督碼元),并采用一種特殊的編碼方式進(jìn)行差錯(cuò)控制。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2. 差錯(cuò)控制編碼基本原理 我們舉例來(lái)說(shuō)明糾錯(cuò)編碼的基本原理。如用兩位二進(jìn)制碼組22=4可表示四種天氣情況:00晴,01云,10陰,11雨,如果四組碼中任意錯(cuò)一位碼,則將一種天氣變?yōu)榱硪环N天氣。如果把碼組增加到3位23=8構(gòu)成碼組來(lái)表示,則有 000晴 001云 010陰 011雨現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 一般分組碼用符號(hào)(n,k)表示,其中,k是每組碼中信息碼元數(shù)目,n為碼組的總位數(shù),又稱(chēng)碼組的長(zhǎng)度(碼長(zhǎng)),附加碼元數(shù)為r,又稱(chēng)監(jiān)督碼元數(shù)。r=n-k,如用ai表示碼位,則糾錯(cuò)編

29、碼碼組結(jié)構(gòu)如圖4.18所示。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.18 分組碼結(jié)構(gòu)圖an1an2anrarar1a0k個(gè)信息碼r 個(gè) 監(jiān)督碼碼長(zhǎng)n k r現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 3.差錯(cuò)控制的編碼方式 差錯(cuò)控制的編碼方式一般分為三類(lèi),一類(lèi)稱(chēng)為“反饋糾錯(cuò)”,另一類(lèi)稱(chēng)為“前向糾錯(cuò)”,在此兩類(lèi)基礎(chǔ)上派生出的第三類(lèi)稱(chēng)為“混合糾錯(cuò)”。 1) 反饋糾錯(cuò) (1)奇偶監(jiān)督碼。 一般的奇偶監(jiān)督碼分兩種,一種叫奇數(shù)監(jiān)督,它的編碼規(guī)則是在一個(gè)碼組中使“1”的數(shù)目為奇數(shù)。 123101nnnaaaaa(4.4.3)現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 (2)行列監(jiān)督碼。 行列監(jiān)督碼是在前面奇偶監(jiān)

30、督碼基礎(chǔ)上發(fā)展而來(lái)的。行列監(jiān)督碼是二維奇偶監(jiān)督碼,又稱(chēng)為矩陣碼,它能用以糾正突發(fā)差錯(cuò)為目標(biāo)的簡(jiǎn)單編碼。矩陣碼原理如圖4.19所示。圖4.19 矩陣碼原理圖現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 (3) 自動(dòng)要求重發(fā)ARQ(AntomaticRepeatRequest)。自動(dòng)要求重發(fā)是一種實(shí)用的反饋糾正方法,如圖4.20所示。 圖4.20 ARQ系統(tǒng)編碼器和緩沖存儲(chǔ)器重發(fā)控制反饋信道正向信道輸出緩沖存儲(chǔ)器信源調(diào)制器解調(diào)器譯碼器收信者指令產(chǎn)生器含收/發(fā)設(shè)備、傳輸路徑與轉(zhuǎn)發(fā)器正確時(shí)輸出錯(cuò)誤時(shí)刪除現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2) 前向糾錯(cuò) (1)循環(huán)碼。 循環(huán)碼是一種分組碼,它是在嚴(yán)密的數(shù)學(xué)模

31、型基礎(chǔ)上建立起來(lái)的,它有三個(gè)主要的數(shù)字特征: 循環(huán)碼的碼組中,任意兩個(gè)碼組之和(模二加)必定為該碼組集合中的一個(gè)碼組。 循環(huán)碼每個(gè)碼組中,各碼元之間存在一個(gè)循環(huán)依賴(lài)關(guān)系。 循環(huán)碼的碼組之間具有循環(huán)性,即循環(huán)碼中任一組循環(huán)一位(將最右端的碼移至左端或反之)以后仍為該碼組集合中的一個(gè)碼組。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 表4.6 循環(huán)碼示例 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 (2) 卷積碼。 卷積碼又稱(chēng)連環(huán)碼,它與上述的循環(huán)碼(分組碼)不同,這種編碼也是在信碼之中插入監(jiān)督碼元,但不實(shí)行分組監(jiān)督,而是每一監(jiān)督碼元都要對(duì)前后的信息單元起監(jiān)督作用。整個(gè)編/解碼過(guò)程是一環(huán)扣一環(huán)連續(xù)地進(jìn)行下去的

32、,所以稱(chēng)連環(huán)碼。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.數(shù)字加密技術(shù) 1)數(shù)字信號(hào)傳輸加密 在數(shù)字信息進(jìn)入傳輸信道前進(jìn)行加密處理,可以以很小的代價(jià),換取對(duì)信息很大的安全保護(hù)。信息加密處理是由各種加密算法來(lái)實(shí)現(xiàn)的。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2) 數(shù)字終端加密技術(shù) 對(duì)于特殊用戶(hù)的數(shù)字信號(hào),如銀行的數(shù)據(jù)信號(hào)、信用卡的數(shù)字信號(hào)以及其他終端的數(shù)字信號(hào)，在加密后傳輸,收端予以認(rèn)證即可。這就要求終端有一個(gè)安全模塊(SM),能存放個(gè)人識(shí)別碼IPN密鑰Ki和加密算法等信息,并帶有CPU,能執(zhí)行加密算法和認(rèn)證等功能。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.5 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)數(shù)字信號(hào)的調(diào)

33、制與解調(diào) 4.5.1 數(shù)字信號(hào)的無(wú)線(xiàn)傳輸 數(shù)字信號(hào)通過(guò)空間以電磁波為載體傳輸?shù)綄?duì)方,稱(chēng)為無(wú)線(xiàn)傳輸。我們把要傳送的數(shù)字信號(hào)稱(chēng)為數(shù)字基帶信號(hào)。攜帶數(shù)字基帶信號(hào)的電磁波為一振蕩波,通常稱(chēng)為載波,最簡(jiǎn)單的就是正弦波或余弦波f(t)=Asin(t+)。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 4.5.2 數(shù)字信號(hào)的調(diào)制與解調(diào) 1. 三種基本調(diào)制方式 1) 幅移鍵控 幅移鍵控就是數(shù)字信號(hào)振幅調(diào)制。 2) 頻移鍵控 頻移鍵控就是數(shù)字信號(hào)頻率鍵控。 3) 相移鍵控 相移鍵控就是數(shù)字信號(hào)相位控制。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.21 二進(jìn)制基帶碼的三種調(diào)制方式 (a)2ASK；(b)2FSK；(c)

34、2PSK相乘器相乘器相加倒相fc1fc2相乘器(門(mén)電路)載波 fc(70 MHz)1.0s(t)基帶 f (t)1.01.0f(t)基帶信號(hào)0.1s(t)(a)(b)倒相相加相乘器相乘器載頻倒相(c)0fcs(t)輸出基帶信號(hào)(1.0)現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.22 二進(jìn)制基帶信號(hào)的調(diào)制波形1100110011ttttt數(shù)字序列bks(t)s(t)(a) 2ASK(b) 2FSK(c) 2PSK(d) 2DPSKs(t)s(t)現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 2. 二相相對(duì)調(diào)相與解調(diào) 所謂相對(duì)調(diào)相,不是像絕對(duì)調(diào)相那樣對(duì)應(yīng)數(shù)字信號(hào)“1”和“0”以固定的相位關(guān)系,而是一種相

35、對(duì)的關(guān)系,其調(diào)制規(guī)律為:當(dāng)遇到基帶信號(hào)“1”碼時(shí),載波的相位相對(duì)于前一個(gè)碼元相位改變(即倒相)；當(dāng)遇到“0”碼時(shí),載波的相位相對(duì)于前一個(gè)碼元相位不變。此規(guī)律也可反用之。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.23 2DPSK信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)(a)調(diào)制器原理方框圖；(b)解調(diào)器原理框圖碼變換電路絕對(duì)調(diào)相電路基帶信號(hào)絕對(duì)碼相對(duì)碼2DPSK已調(diào)波相乘器低通、判決碼型反變換全流整流窄帶濾波限幅二分頻(a)s(t)s(t)2fc相干載波基帶信號(hào)(b)現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 3. 四相相對(duì)調(diào)相與解調(diào) (1)四相相對(duì)調(diào)制(QPSK)方式。 QPSK采用“反射編碼”(格雷碼)相位邏輯編碼方

36、法,這種方法用得較多。圖4.24是QPSK調(diào)制器的組成框圖(圖(a)和工作原理矢量圖(圖(b)。圖4.25為QPSK相干解調(diào)方框圖。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.24 QPSK調(diào)制器(a)4PSK框圖；(b)矢量圖 電平產(chǎn)生載 波發(fā)生器 90電平產(chǎn)生串/并轉(zhuǎn)換I(t)ai二進(jìn)制信息bkCkA cosfctA sin2fctQ(t)已調(diào)信號(hào)01(1)00(0)11(2)cosct10(3)sinct相移現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.25 QPSK相干解調(diào)器 LPF位定時(shí)恢復(fù)LPF判決判決載波恢復(fù) 90并/串變換QPSK信號(hào)I(t)Q(t)二進(jìn)制信息LPF： 低通濾波

37、相移現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 (2) OK-QPSK調(diào)制方式。 在衛(wèi)星通信中還使用一種OK-QPSK調(diào)制方式。 OK-QPSK調(diào)制方式是偏移四相相移調(diào)制方式,主要在衛(wèi)星通信中應(yīng)用。 圖4.26 OK-QPSK的碼序列時(shí)間ss2時(shí)間同相(I)通路數(shù)據(jù)正交(Q)通路數(shù)據(jù)現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 采用這種調(diào)制方式后,前后碼元之間只有0、90、-90三種相位變化,從而克服了因180相位變化帶來(lái)的缺點(diǎn)。OK-QPSK調(diào)制器、解調(diào)器的組成方框圖如圖4.27所示。 現(xiàn)代通信系統(tǒng)第4章 數(shù)字通信系統(tǒng)概述 圖4.27 OK-QPSK調(diào)制器、解調(diào)器的組成方框圖差分編碼調(diào)制器調(diào)制器差分編碼串/并變換發(fā)信濾波延遲Tb并