数字通信原理第7章ppt课件

.,吉林大学通信工程学院第7章数字信号传输,.,本章首先研究数字信号传输的基本理论，然后讨论传输码型及数字信号的频带传输问题，最后介绍SDH传输网。,.,.,7.1数字信号传输基本理论,7.1.1数字信号传输方式1.基带传输基带传输就是编码处理后的数字信号（此信号叫基带数字信号）直接在信道中传输，基带传输的信道是电缆信道。,.,2.频带传输频带传输是将基带信号的频带搬到适合于光纤、无线信道传输的频带上再进行传输。显然频带传输的信道是光纤或微波、卫星等无线信道。,.,7.1.2数字信号波形与功率谱数字信号波形的种类很多，其中较典型的是二进制矩形脉冲信号，它可以构成多种形式的信号序列，如图7-1所示。,.,.,7.1.3基带传输系统的构成数字信号基带传输系统的基本构成模型如图7-4所示。,.,.,抽样判决器对判决点的波形R（t）进行抽样判决，以恢复原数字信号序列。图7-4可简化为如图7-7。,.,7.1.4数字信号传输的基本准则无码间干扰的时域条件（不考虑噪声干扰）为：,.,7.2传输码型,7.2.1对传输码型的要求适合于基带传输的传输码型应满足以下几个要求：1.传输码型的功率谱中应不含直流分量，同时低频分量要尽量少,.,2.传输码型的功率谱中高频分量应尽量少3.便于定时时钟的提取,.,4.传输码型应具有一定的检测误码能力5.对信源统计依赖性最小6.要求码型变换设备简单、易于实现,.,7.2.2常见的传输码型1.单极性不归零码（即NRZ码）编码器直接编成这种最原始的码型输出。单极性不归零码（全占空）的码型及其功率谱如图7-13所示。,.,.,单极性NRZ码不符合要求，它不适合在电缆信道中传输。,.,2.单极性归零码（即RZ码）单极性归零码（=/2）的码型及功率谱如图7-14所示。,.,.,RZ码与NRZ码相比，成份不为零，其他缺点仍然存在。所以单极性归零码也不适合在电缆信道中传输。,.,3.传号交替反转码（AMI码）传号交替反转码的码型及功率谱如图7-15所示。由于传号码（我们称“1”码为传号码，“0”码为空号码）的极性是交替反转的，所以称为传号交替反转码，简称AMI码（这是一种伪三进码）。,.,AMI码与二进码序列（指编码器输出的单极性二进码序列）的关系是：二进码序列中的“0”码仍编为“0”码，而二进码序列中的“1”码则交替地变为“+1”及“-1”码。,.,.,从AMI码的功率谱中可以看出它有以下优点：（1）无直流成份，低频成份也少。（2）高频成份少。,.,（3）码型功率谱中虽无定时钟频率成份，但经全波整流，可将AMI码变换成单极性半占空码，就会含有定时钟成份，便可从中提取定时钟成份。,.,（4）AMI码具有一定的检错能力。由于上述优点，AMI码广泛用于PCM基带传输系统中，它是CCITT建议采用的传输码型之一。,.,但AMI码的缺点是二进码序列中的“0”码变换后仍然是“0”码，如果原二进码序列中连“0“码过多，AMI码中便会出现长连“0”，这就不利于定时钟信息的提取。为了克服这一缺点，引出了HDB3码。,.,4.三阶高密度双极性码（HDB3码）HDB3码编码规则如下：,.,（1）进码序列中的“0”码在HDB3码中原则上仍编为“0”码，但当出现4个连“0”码时，用取代节000V或B00V代替。取代节中V码、B码均代表“1”码，它们可正可负（即V+代表+1，V-代表-1，B+代表1，B-代表-1）。,.,（2）取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。,.,000V取代节的安排要满足以下两个要求：各取代节之间的V码要极性交替出现（为了保证传号码极性交替出现,不引入直流成份）。,.,V码要与前一个传号码的极性相同（为了在接收端能识别出哪个是原二进码序列中的“1”码原始传号码，哪个是V码和B码，以恢复成原二进码序列）。,.,当上述两个要求能同时满足时，用000V代替原二进码序列中的4个“0”(用000V+)或000V-）；而当上述两个要求不能同时满足时，则改用B00V（B+00V+）或B-00V-，实质上是将取代节000V中第一个“0”码改成B码）。,.,（3）HDB3码序列中的传号码（包括“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。,.,例：二元码：10000101000001110000000001HDB3码：,000V-,B+V+,-1,+1,0,-1,B+00V+,0,-1+1-1,000V-,B+00V+,0,-1,验证条件：1.V码极性交替；2.B码加“1”码极性交替；3.两个V码之间的B码加“1”码的个数为奇数；4.V码与其前面的B码或“1”码极性相同。（V码称为破坏点）,.,码型反变换的原则是：接收端当遇到连着3个“0”前后“1”码极性相同时，后边的“1”码（实际是V码）还原成“0”；当遇到连着2个“0”前、后“1”码极性相同时，前、后2个“1”（前边的“1”是B码，后边的“1”是V码）均还原成“0”。另外，其他的1一律还原为+1，其他的“0”不变。,.,5.传号反转码（CMI码）CMI码变换规则:,.,“10”作为禁字不准出现。收方码流中一旦出现“10”判为误码，借此监测误码。,.,7.2.3传输码型的误码增殖数字信号在线路中传输时，由于信道不理想和噪声干扰，接收端会出现误码，当线路传输码中出现n个数字码错误时，在码型反变换后的数字码中出现n个以上的数字码错误的现象称为误码增殖。误码增殖是由各码元的相关性引起的。,.,7.2.4传输码型特性的分析比较以上介绍了几种传输码型，下面主要将AMI码、HDB3码和CMI码的性能作一分析比较。,.,1.最大连“0”数及定时钟提取最大连“0”数及定时钟提取见表7-5。,.,2.检测误码能力AMI码、HDB3码和CMI码均具有一定的检测误码能力。,.,3.误码增殖由前面分析可见：AMI码和CMI码无误码增殖，而HDB3码有误码增殖。,.,4.电路实现AMI码和CMl码的实现电路（即码型变换电路）简单，HDB3码实现电路比较复杂一些，也可以实现。,.,由以上分析可见，AMI码、HDB3码和CMI码各有利弊。综合考虑，选择HDB3码作为基带传输的主要码型（主要从对定时钟提取有利方面考虑），当然AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型。,.,另外，HDB3码作为PCM一三次群的接口码型，而CMI码则作为PCM四次群的接口码型。,.,7.3数字信号的频带传输,7.3.1频带传输基本概念1.频带传输的概念所谓数字信号的频带传输是对基带数字信号进行调制，将其频带搬移到光波频段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。,.,2.数字调制的概念和分类对基带数字信号进行调制称为数字调制。通过调制把基带数字信号进行了频率搬移，而且数字信号转换成了模拟信号，所以频带传输实际传输的是模拟信号。,.,数字调制的具体实现是利用基带数字信号控制载波（正弦波）的幅度、相位、频率变化，因此，有三种基本数字调制方法：数字调幅（ASK，也称幅移键控）、数字调相（PSK，也称相移键控）、数字调频（FSK，也称频移键控）。,.,7.3.2数字信号的频带传输系统数字信号的频带传输系统主要有光纤数字传输系统、数字微波传输系统和数字卫星传输系统，下面分别加以介绍。,.,1.光纤数字传输系统光纤通信是利用光导纤维传输光波信号的通信方式。光纤数字传输系统是对数字信号进行光调制（“1”码发光，“0”码不发光）将其转换为光信号，然后在光纤中传输的系统。其构成方框图如图7-17所示。,.,.,光纤数字传输系统由电端机、光端机、光中继机、光纤线路和光活动连接器等组成。,.,2.数字微波传输系统数字微波通信是以微波作为载体传送数字信号的一种通信手段。数字微波传输系统的方框图如图7-18所示。,.,图7-18中显示的是SDH数字微波传输系统，它由SDH终端复用器、调制解调器、微波收发信设备及微波信道等组成。,.,3.数字卫星传输系统数字卫星传输系统利用人造卫星作中继站，在地球上的无线电通信站之间传送数字信号。其方框图如图7-19所示。,.,.,.,.,7.4SDH传输网,7.4.1SDH传输网的拓扑结构SDH网还有五种基本拓扑类型，见图7-20所示。,.,.,7.4.3SDH自愈网所谓自愈网就是无需人为干预，网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出了故障。,.,自愈网的实现手段多种多样，目前主要采用的有线路保护倒换、环形网保护、DXC保护及混合保护等。下面分别加以介绍。,.,1.线路保护倒换线路保护倒换方式有：11方式。l1方式采用并发优收，即工作段和保护段在发送端永久地连在一起（桥接），信号同时发往工作段（主用）和保护段（备用），在接收端择优选择接收性能良好的信号。,.,1：n方式。所谓l：n方式是保护段由n个工作段共用，当其中任意一个出现故障时，均可倒换至保护段（一般n的取值范围为114）。l：1方式是1：n方式的一个特例。,.,2.环形网保护采用环形网实现自愈的方式称为自愈环。,.,目前自愈环的结构种类很多，按环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向来分，可以分为单向环和双向环；按保换倒换的层次来分，可以分为通道倒换环和复用段倒换环；按环中每一对节点间所用光纤的最小数量来分，可以划分为二纤环和四纤环。,.,（1）二纤单向通道倒换环二纤单向通道倒换环如图7-23（a）所示。,.,.,二纤单向通道保护环采用l1保护方式，即利用S1光纤和P1光纤同时携带业务信号并分别沿两个方向传输，但接收端只择优选择其中的一路。,.,（2）二纤双向通道倒换环二纤双向通道倒换环的保护方式有两种：ll方式和1：1方式。ll方式的二纤双向通道倒换环如图7-24(a)所示。,.,.,（3）二纤单向复用段倒换环二纤单向复用段倒换环采用1：1倒换方式，保护换环时遵照APS协议。如图7-25(a)所示。,.,.,二纤单向复用段倒换环采用1：1倒换方式，保护换环时遵照APS协议。,.,（4）四纤双向复用段倒换环四纤双向复用段倒换环采用1：1倒换方式，保护换环时遵照APS协议。如图7-26(a)所示。,.,图7-26四纤双向复用段倒换环,.,（5）二纤双向复用段倒换环二纤双向复用段倒换环采用时隙交换（TSI）技术，使S1光纤和P2光纤上的信号都置于一根光纤（称S1P2光纤），利用S1/P2光纤的一半时隙（例如时隙1到M）传S1光纤的业务信号，另一半时隙（时隙M1到N，其中MN/2）传P2光纤的保护信号。,.,同样S2光纤和P1光纤上的信号也利用时隙交换技术置于一根光纤（称S2P1光纤）上。由此，四纤环可以简化为二纤环。二纤双向复用段倒换环如图7-27（a）所示。,.,.,二纤双向复用段倒换环采用1：1倒换方式，保护换环时遵照APS协议。,.,7.4.4SDH传输网的分层结构我国的SDH网络结构分为四个层面，如图7-30所示。,.,.,7.4.5SDH传输网的网同步1.网同步的基本概念（1）网同步的概念所有数字网都要实现网同步。所谓网同步是使网中所有交换节点的时钟频率和相位保持一致，以便使网内各交换节点的全部数字流实现正确有效的交换。,.,（2）网同步的必要性网同步的方式有好几种，目前在数字网中为了防止滑动，必须使全网各节点的时钟频率保持一致。,.,（3）网同步的方式各国公用网中交换节点时钟的同步主要采用主从同步方式。,.,所谓主从同步方式是在网内某一主交换局设置高精度高稳定度的时钟源（称为基准主时钟或基准时钟），并以其为基准时钟通过树状结构的时钟分配网传送到（分配给）网内其他各交换局，各交换局采用锁相技术将本局时钟频率和相位锁定在基准主时钟上，使全网各交换节点时钟都与基准主时钟同步。,.,主从同步方式示意图如图7-32所示。,.,.,主从同步方式一般采用等级制，目前ITU-T将时钟划分为四级：一级时钟一一基准主时钟，由G.81l建议规范；二级时钟一一转接局从时钟，由G.812建议规范；,.,三级时钟端局从时钟，也由G.8l2建议规范；四级时钟数字小交换机（PBX）、远端模块或SDH网络单元从时钟，由G.81S建议规范。,.,（4）从时钟工作模式