第6章 数字通信系统概述

1、第第6 6章章 数字通信系统概述数字通信系统概述 6.1 数字通信系统模型数字通信系统模型6.2 数字复接技术数字复接技术6.3 数字传输信号帧结构数字传输信号帧结构6.4 数字传输信号的处理数字传输信号的处理6.5 数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调 6.1 6.1 数字通信系统模型数字通信系统模型 6.1.1 6.1.1 数字通信系统模型结构数字通信系统模型结构 数字通信系统是指完成数字信号产生、变换、传递数字通信系统是指完成数字信号产生、变换、传递及接收全过程的系统，图及接收全过程的系统，图6.16.1为数字通信系统模型结构示为数字通信系统模型结构示意图。意图。 信息源：信息源：信

2、息或信息序列的产生源；信息或信息序列的产生源； 信源编码：信源编码：模拟信号变换成数字信号；模拟信号变换成数字信号； 信道编码：信道编码：数字信号变换为适合信道传输的码型；数字信号变换为适合信道传输的码型； 数字调制器：数字调制器：调制编码后的数字信号；调制编码后的数字信号； 信道：信道：传输信号的通道；传输信号的通道； 数字解调：数字解调：从频带数字信号恢复宽带数字信号；从频带数字信号恢复宽带数字信号； 信道解码：信道解码：通过码型反变换恢复通过码型反变换恢复基带基带数字信号；数字信号； 信源解码：信源解码：数字信号变换为模拟信号；数字信号变换为模拟信号； 受信者：受信者：信息信息或信息序列

3、的接收源或信息序列的接收源。图图6.1 数字通信系统数字通信系统 信息源信源编码器信道编码器数字调制器信道信道解码器数字解调器受信者信源解码器噪声源数字传输系统6.1.2 6.1.2 数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标1 1 数字传输系统传输速率数字传输系统传输速率 1) 信息传输速率信息传输速率 单位时间内传送的信息量，单位是比特单位时间内传送的信息量，单位是比特/秒。秒。 2) 码元传输速率码元传输速率 单位时间传输的码元数，单位为波特。单位时间传输的码元数，单位为波特。 信息传输速率信息传输速率fB和码元传输速率和码元传输速率N的转换公式：的转换公式： 其中：其中：M为

4、码元进制数。为码元进制数。(6.1.1) MNfB2log2 2 误码误码 1) 误码概念误码概念 干扰幅度超过脉冲信号干扰幅度超过脉冲信号再生判决的门限时，会造成再生判决的门限时，会造成误判成为误码，如图误判成为误码，如图6.2所示。所示。 误码用误码率表征，误码率误码用误码率表征，误码率Pe指指传输过程中发生错传输过程中发生错误的码元数与传输的总码元数之比误的码元数与传输的总码元数之比limenP产生错误码元产生错误码元(个数个数) 传输总码传输总码元元(个数个数) (6.1.2)图图6.2 噪声叠加在数字信号上的波形噪声叠加在数字信号上的波形 A2A“1”码“0”码0TB判决门限电平U门

5、t 2) 误码积累误码积累 数字通信系统中含有多个再生中继段，传输系统的数字通信系统中含有多个再生中继段，传输系统的的误码率与每个再生中继段内的误码率相关，即误码具的误码率与每个再生中继段内的误码率相关，即误码具有累计特性。有累计特性。 一个有一个有m个再生中继段的传输系统，总误码率为：个再生中继段的传输系统，总误码率为： 其中，其中，i为再生中继段序号，为再生中继段序号， 为第为第i个再生中继段的个再生中继段的误码率。误码率。 若每个再生中继段的误码率相同，则总误码率为：若每个再生中继段的误码率相同，则总误码率为： ieBeBmPP1imeBeBiPP(6.1.3) (6.1.4) ieBP

6、3 3 抖动抖动 1) 抖动概念抖动概念 噪声因素影响下数字信号的有效瞬间对应理想时间噪声因素影响下数字信号的有效瞬间对应理想时间位置的位置的短时偏离，图短时偏离，图6.3为脉冲抖动意义示意图。为脉冲抖动意义示意图。 2) 抖动容限抖动容限 抖动容限一般是用峰抖动容限一般是用峰峰抖动峰抖动 来描述，指某特定来描述，指某特定的抖动比特的时间位置相对于该比特抖动时的时间位置的抖动比特的时间位置相对于该比特抖动时的时间位置的最大部分偏离。的最大部分偏离。 数字脉冲数字脉冲1比特宽为比特宽为T，偏离位置用，偏离位置用 表示，则抖动表示，则抖动容限为容限为 ppJ)%(100UIT图图6.3 脉冲抖动的

7、意义脉冲抖动的意义 发送脉冲 接收脉冲 抖动函数t1t2t3t4t5t1t2t3t4t5j(t)t6.2 6.2 数字复接技术数字复接技术 6.2.1 6.2.1 数字多路通信原理数字多路通信原理1 数字多路通信的理论基础数字多路通信的理论基础 数字多路通信也叫时分多路通信，利用多路数字信号数字多路通信也叫时分多路通信，利用多路数字信号在信道上占有不同的时间间隙来进行通信。在信道上占有不同的时间间隙来进行通信。 数字多路通信的理论基础源于信号的数字多路通信的理论基础源于信号的正交性：正交性： 2112( )( )0ttFftft dt(6.2.1) 对于数字信号，用离散和代替积分对于数字信号，

8、用离散和代替积分 图图6.4为脉冲信号的正交示意图：为脉冲信号的正交示意图： 说明两个数字信号符合正交条件，利用数字信号的说明两个数字信号符合正交条件，利用数字信号的正交性可实现时分多路通信。正交性可实现时分多路通信。 0)()()()()()()()()()()(03322110212121021021TttttttTtftftftftftftftftftfTR0120()( )( )TtR Tftft(6.2.2) (6.2.3) 图图6.4 6.4 脉冲信号的正交脉冲信号的正交 f1(t)At1t2T0tf2(t)0t1t2t3T0tt32 数字多路通信模型数字多路通信模型3 模拟话音信

9、号的抽样频率为模拟话音信号的抽样频率为8000Hz，其抽样周，其抽样周期期T=1/8000s=125s。利用时间的可分性在。利用时间的可分性在T内间插内间插n路路数字信号，数字信号，即能实现多路数字信号的传输。即能实现多路数字信号的传输。4 图图6.5为多路通信模型示意图，为多路通信模型示意图，两端旋转开关的两端旋转开关的起始位置和旋转速度要完全相同，旋转开关旋转一圈起始位置和旋转速度要完全相同，旋转开关旋转一圈为一个周期，为一个周期，对应于对应于抽样周期抽样周期T=125s。5 发端，用单片发端，用单片PCM编编/解码器把每路话音信号抽解码器把每路话音信号抽样编码为数字信号，利用时间间隙合路

10、后传输信道；样编码为数字信号，利用时间间隙合路后传输信道；收端，先分路各路数字信号，然后用收端，先分路各路数字信号，然后用PCM编编/解码器恢解码器恢复各路话音信号。复各路话音信号。图图6.5 时分多路复用示意图时分多路复用示意图 m1(t)m2(t)12S1mn(t)n信道n12m1(t)mn(t)m2(t)S26.2.2 6.2.2 数字信号复接技术数字信号复接技术 数字复接指利用时间的可分性，采用时隙叠加方法数字复接指利用时间的可分性，采用时隙叠加方法把多路低速数字码流把多路低速数字码流(支路码流支路码流)在同一时隙内合并成高速在同一时隙内合并成高速数字码流的过程。数字码流的过程。 数字

11、复接方式：按位复接、按字复接和按帧复接。数字复接方式：按位复接、按字复接和按帧复接。按位复接指按一个码位时隙宽度进行时隙叠加；按字复按位复接指按一个码位时隙宽度进行时隙叠加；按字复接指按一个码字时隙宽度进行时隙叠加。接指按一个码字时隙宽度进行时隙叠加。 图图6.6为按位复接和按字复接示意图，采用时隙叠加为按位复接和按字复接示意图，采用时隙叠加使原来每位码或每个码字宽度缩小，提高了码率，实现使原来每位码或每个码字宽度缩小，提高了码率，实现了低速数字码流变为高速数字码流。了低速数字码流变为高速数字码流。 图图6.6 按位复接和按字复接示意图按位复接和按字复接示意图(a)一次群一次群(基群基群)；(

12、b)二次群二次群(按位数字复接按位数字复接)；(c)二次群二次群(按字数字复接按字数字复接)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 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 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 1 106.3 6.3 数字传输信号帧结构

13、数字传输信号帧结构 帧结构一般采用帧结构一般采用CCITT建议的统一格式，一帧信号建议的统一格式，一帧信号中应包含以下信号：中应包含以下信号： 帧同步信号帧同步信号(帧定位信号帧定位信号)及同步对告信号；及同步对告信号； 信息信号；信息信号； 特殊信号特殊信号(信令、纠错、加密信号等信令、纠错、加密信号等)； 勤务信号勤务信号(监测、告警信号等监测、告警信号等)。6.3.1 PCM30/326.3.1 PCM30/32路基群帧结构路基群帧结构 CCITT建议两种基本数字基群系列：建议两种基本数字基群系列：PCM 30/32PCM 30/32路路系统一次群和系统一次群和PCM 24PCM 24路

14、一次群系统，路一次群系统，下面主要介绍我国下面主要介绍我国及欧洲采用的及欧洲采用的PCM 30/32PCM 30/32路系统帧结构。路系统帧结构。 图图6.76.7为为PCM 30/32PCM 30/32路制式帧结构示意图，帧周期为路制式帧结构示意图，帧周期为PCMPCM单路信号抽样周期单路信号抽样周期125s，每帧由，每帧由3232个时隙个时隙TS0TS31组成组成(每个时隙有每个时隙有8位二进制码位二进制码)，TS0为同步时隙，为同步时隙， TS16为信令时隙，为信令时隙，TS1TS15 ，TS17TS31为话路时隙，为话路时隙，所以称基群所以称基群 30/3230/32路系统。路系统。图

15、图6.7 PCM30/32制式帧结构制式帧结构 帧同步路话路话路信令路话路话路F15F0F1F2F15F01帧1复 帧16帧(2 ms)1帧32个路时隙125 s256比特8比特路时隙3.9 s话路话路TS0TS1TS15TS16TS17TS31偶帧帧同步码保留给国际用(目前固定为 1)奇帧帧失步对告1001101111 A111111保留给国内用(目前固定为 1)复帧同步码 1复帧对告码00001 A211码位 12345678F0帧F1帧 abcdabcdabcdabcdCH1信令码CH17信令码码字8比特路时隙3.9 sF15帧CH15信令码CH31信令码同步：A1 0； A2 0失步：

16、A1 1； A2 1 1) 话路时隙话路时隙 TS1TS15分别传送分别传送CH1CH15路的话音数字信号，路的话音数字信号，TS17TS31分别传送分别传送CH17CH31路的话音数字信号；路的话音数字信号； 2) 帧同步时隙帧同步时隙 偶帧偶帧TS0发帧同步码发帧同步码0011011；奇帧；奇帧TS0传送帧失步告传送帧失步告警码警码(A1为为“0”表示帧同步，为表示帧同步，为“1”表示帧失步表示帧失步)。 3) 信令复帧时隙信令复帧时隙 1个复帧有个复帧有16帧帧(F0F15)，F0帧的帧的TS16传送复帧同步传送复帧同步码与复帧码与复帧失步告警码失步告警码(A2为为“0”表示帧同步，为表

17、示帧同步，为“1”表示表示帧失步帧失步)。F0F15 帧帧TS16时隙分别传送时隙分别传送30个话路的信令码。个话路的信令码。 每一路时隙每一路时隙tc为为 码字位数码字位数L=8,故每一位时隙故每一位时隙tB为为 数码率数码率 一般称基群帧接口速率为一般称基群帧接口速率为2 Mb/s速率接口，图速率接口，图6.8为为PCMPCM基群基群30/3230/32路系统方框图，即路系统方框图，即2M接口结构方框图。接口结构方框图。1253.9321250.48832 8ccBTstsntTstsLnL(6.3.1) (6.3.2) 132 8 80002048/BsBnLfn L fkb stT (

18、6.3.3) 图图6.8 PCM30/32路系统方框图路系统方框图 汇总码型变换帧同步码发生器发端定时分离帧同步码检出码型反变换再生收端定时二线语音信号124低通(发)A/D低通(收)D/A单片集成编/解码器12n信令码数据信号发n21信令码数据信号收四线信道6.3.2 6.3.2 准同步数字复接系列帧结构准同步数字复接系列帧结构1 1 准同步复接系列准同步复接系列 PDH PDH系列系列 数字复接系列：数字复接系列：不同话路数和不同速率由低向高逐级不同话路数和不同速率由低向高逐级复接形成的系列。复接形成的系列。 同步数字复接系列同步数字复接系列(SDH系列系列)：被复接被复接各支路码位同各支

19、路码位同步步(各各支路支路的数码率严格相等的数码率严格相等)，各支路码元直接在时间压，各支路码元直接在时间压缩、移相后复接缩、移相后复接形成的系列形成的系列。 准同步数字复接系列准同步数字复接系列(PDH系列系列)：被复接被复接各支路的码各支路的码位不同步位不同步(各各支路支路的数码率不是严格相等的数码率不是严格相等)，复接前要调整，复接前要调整各支路码速使之严格相等，然后在时间压缩、移相后复接各支路码速使之严格相等，然后在时间压缩、移相后复接形成的系列形成的系列。 国际上有两大国际上有两大PDH系列：系列：PCMPCM基群基群2424路系列和路系列和PCMPCM基群基群30/3230/32路

20、系列路系列( (常称为常称为1.5M1.5M和和2M2M接口速率接口速率) )，如，如表表6.1所示。所示。表表6.1 两类速率复接系列比较表两类速率复接系列比较表 2 2M2 2M速率接口的速率接口的(PDH)(PDH)复接系列二次群帧结构复接系列二次群帧结构 参加复接的各低次群参加复接的各低次群 (支路支路)采用各自的时钟，时钟采用各自的时钟，时钟偏差不同偏差不同(尽管标称速率均为尽管标称速率均为2.048Mb/s)，所以复接前要，所以复接前要调整码率，使得各支路码率严格相等后才能复接，图调整码率，使得各支路码率严格相等后才能复接，图6.9为数字复接示意图。为数字复接示意图。 CCITT推

21、荐的推荐的PDH系列二次群速率为系列二次群速率为8.448 Mb/s，图图6.10为异步复接二次群的帧结构示意图，准同步复接为异步复接二次群的帧结构示意图，准同步复接系列系列PDH二次群帧结构中各支路的比特安排如图二次群帧结构中各支路的比特安排如图6.10(a)所示，复接帧结构如图所示，复接帧结构如图6.10(b)所示。所示。定时定时调整汇接分离恢复同步外时钟(1)(2)(4)(3)(1)(2)(4)(3)低次群低次群高次群复接器分接器 图图6.9 数字复接示意图数字复接示意图 图图6.10 异步复接二次群帧结构异步复接二次群帧结构(a)基群支路插入码及信息码分配；基群支路插入码及信息码分配；

22、(b)复接帧结构复接帧结构636637638639640641642643644645848429424425426427428213214215216217212101112131212345354106107159160161212212比特 组53比特 组53比特 组53比特 组53比特F11F12F13信息码 50比特C11信息码 52比特C12信息码 52比特C13V1信息码 51比特(a)帧同步告警备用信息码插入标志信息码插入标志F11F21F23F33F43504 200C11C21C31C41524 208C12C22C32C42信息码插入标志插入码信息码524 208C13C

23、23C33C43V1V2V3V4514 204(b) 复接帧长复接帧长848比特，帧周期比特，帧周期100.38s。各低次群。各低次群2.048Mb/s复接为复接为8.448Mb/s，则，则各支路每秒要插入各支路每秒要插入64kb的码位使之调整为的码位使之调整为2112kb/s。 每支路每支路212比特中要插入同步码、监测、告警及速率比特中要插入同步码、监测、告警及速率调整码位等，调整码位等，212比特分为比特分为4组，每组组，每组53比特。比特。 Fij：用于帧同步、监测、备用，用于帧同步、监测、备用，i为支路编号、为支路编号、j为为F的码位编号；的码位编号； Cij：用于码率调整的塞入标志

24、，用于码率调整的塞入标志，i为支路编号，为支路编号，j为为C的码位编号；的码位编号； Vi：塞入脉冲，塞入脉冲，i为支路数，需要提高支路码率时为为支路数，需要提高支路码率时为塞入脉冲，不需要提高支路码率时为信息码。塞入脉冲，不需要提高支路码率时为信息码。 复接帧：复接帧：F F1111F F2121F F3131F F4141FF3333F F4343共共1212比特，前比特，前1010比特为比特为帧同步码（帧同步码（11110100001111010000），后两位为对端告警和备用；），后两位为对端告警和备用；C C1111C C4141，C C1212C C4242，C C1313C C4

25、343是各基群支路的插入标志；是各基群支路的插入标志；V V1 1V V2 2V V3 3V V4 4为插入脉冲码位。每个支路的信息码位为为插入脉冲码位。每个支路的信息码位为205205或或206(206(未插入未插入) )比特，一帧共有信息码位比特，一帧共有信息码位820820 824824比特。比特。 采用三位标志码采用三位标志码Cij便于多数判决以决定分接时是否便于多数判决以决定分接时是否“去塞去塞”，正确判断的概率，正确判断的概率 误码率误码率Pe=103时，正确判断的概率时，正确判断的概率 表表6.2、表、表6.3分别为分别为PDH三次群、四次群复接帧结三次群、四次群复接帧结构，表构

26、，表6.4为为PDH接口速率、码型。接口速率、码型。 3232231)1 ()1 (3eeeeePPPPP999997. 0102103196Pe(6.3.4) 表表6.2 34368kb/s复用帧结构复用帧结构 表表6.3 139264kb/s复用帧结构复用帧结构 表表6.4 PDH接口速率、码型表接口速率、码型表 6.3.3 6.3.3 同步数字复接同步数字复接(SDH)(SDH)系列帧结构系列帧结构 1 1 同步数字复接系列同步数字复接系列SDH SDH CCITT为完成更高速率、更多路数字信号复接提出为完成更高速率、更多路数字信号复接提出同步数字复接系列同步数字复接系列SDH，以同步传

27、输模块，以同步传输模块STM形式传输。形式传输。 同步数字复接系列同步数字复接系列SDH以基本模块以基本模块155.520Mb/s速率速率的同步传输模块为第一级的同步传输模块为第一级STM-1，更高的同步数字系列信，更高的同步数字系列信号为号为STM-4(622.080Mb/s)、STM-16(2488.320Mb/s)以及以及STM-64(9953.280Mb/s)，即用，即用STM-1信号以信号以4倍的字节间倍的字节间插同步复接成为插同步复接成为STM-N(N=1,4,16,64,256)。 2 SDH2 SDH同步数字复接系列帧结构同步数字复接系列帧结构 CCITT采用采用以字节为基础的

28、矩形块状帧结构以字节为基础的矩形块状帧结构(页面页面块状帧结构块状帧结构)，如图，如图6.11所示。所示。 STM-NSTM-N帧是由帧是由9 9行行270270N N列字节组成的码块，帧长列字节组成的码块，帧长125125s,s,每帧每帧9 9270270N N8=194408=19440N N比特，传送码率为比特，传送码率为1944019440N/125N/125s=155.520s=155.52010106 6N b/sN b/s。 传送方式：传送方式：STM-1STM-1只有只有1 1页，页，STM-4STM-4有有4 4页，页，。 STM-1STM-1的的1 1页从左向右至上而下传送

29、；页从左向右至上而下传送；STM-4STM-4的的4 4页依次传页依次传送第送第1 1页、第页、第2 2页、第页、第3 3页、第页、第4 4页第一个字，第页第一个字，第1 1页、第页、第2 2页、第页、第3 3页、第页、第4 4页第二个字页第二个字，从左向右至上而下传送，从左向右至上而下传送完一遍就传送完完一遍就传送完1 1帧。帧。 图图6.11 SDH帧结构帧结构 9270N字节SOHAU-PTRSOH1234567893行1行5行STM-N净负荷(含POH)传输方向9N261N270N列 帧结构：帧结构：帧结构分为帧结构分为3个区域，分别是信息净负荷个区域，分别是信息净负荷区域、区域、段开

30、销区域和管理单元指针区域。段开销区域和管理单元指针区域。 1) 信息净负荷区域信息净负荷区域 存放各种信息负载，存放各种信息负载，帧结构中的横向帧结构中的横向(270-9)N N，纵，纵向向9 9行的行的23492349N N字节字节； 2) 段开销区域段开销区域 保证信息净负荷正常、灵活传送所须的保证信息净负荷正常、灵活传送所须的附加字节，附加字节，是供网络运行、管理和维护使用的字节，是供网络运行、管理和维护使用的字节，帧结构中左边帧结构中左边的的9N N列列8 8行行( (除除第第4行行)； 3) 管理单元指针区域管理单元指针区域 指示信息净负荷第指示信息净负荷第1个字节在个字节在STM帧

31、中的准确位置，帧中的准确位置，帧结构中第帧结构中第4行左边的行左边的9N N列列。 6.4 6.4 数字传输信号的处理数字传输信号的处理6.4.1 6.4.1 信道编码变换信道编码变换 数字信号基带传输要满足的条件：数字信号基带传输要满足的条件： 高、低频成分少，无直流分量；高、低频成分少，无直流分量； 便于定时提取；便于定时提取； 有一定检错能力；有一定检错能力； 设备简单、易于实现。设备简单、易于实现。1 1 不归零码和归零码不归零码和归零码 常见的脉冲波形有单极性不归零码（常见的脉冲波形有单极性不归零码（NRZ码）和码）和单极性归零码（单极性归零码（RZ码）。码）。 图图6.12、图、图

32、6.13分别为单极性不归零码和单极性归分别为单极性不归零码和单极性归零码零码波形及其对应的频谱波形及其对应的频谱。 可见，单极性不归零码和单极性归零码均不符合可见，单极性不归零码和单极性归零码均不符合基带传输码型条件。基带传输码型条件。图图6.12 单极性不归零码及功率谱单极性不归零码及功率谱A0110TB2TBs(t)101t3TB4TB5TB6TBPS(t)0fB2fB3fB4fBfs(t)10110101TB2TB3TB4TB5TB6TBtPS(t)02fBfB3fB4fBf图图6.13 单极性归零码及功率谱单极性归零码及功率谱2 2 双极性半占空码双极性半占空码(AMI(AMI码码)

33、) 原码序列的原码序列的“0”码仍为码仍为“0”，原码序列的，原码序列的“1”码交替码交替编为编为“+1”和和“-1”。AMI码编码规律及其频谱如图码编码规律及其频谱如图6.14所所示。示。 图图6.14 AMI码及功率谱码及功率谱 A0 10TB2TBs(t)0t3TB4TB5TB6TBPS(t)0fB2fB3fB4fBt 1 1 1A3 3 三阶高密度双极性码三阶高密度双极性码(HDBHDB3 3码码) ) HDB3码保留了码保留了AMI码的所有优点，可将连零码限码的所有优点，可将连零码限制在制在3个以内，便于长连零过多时定时信号的提取。个以内，便于长连零过多时定时信号的提取。 二进制码流

34、变换为二进制码流变换为HDB3码的规律：码的规律： 连续连续4个以上连个以上连“0”时，时，4个连个连“0”中最后中最后1个个“0”用破坏码用破坏码“V”码取代码取代(“V”码极性同前码极性同前1个传号个传号)； 各各“V”码极性交替。相邻码极性交替。相邻“V”码间有偶数个传码间有偶数个传号时，号时，4个连个连“0”中第中第1个个“0”用附加码用附加码“B”码取代码取代(“B”码极性与码极性与1个传号相反个传号相反)。二进制码流：二进制码流： 1 0 0 0 0 1 0 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 0 1 0 0 0 0+ +1 0 0 0 0 -10+1-1 0

35、0 0 0 0 0 0 0 0+1-1+1 0 -1 0 0 0 0+ +10 0 0+V-10+1-1 0 0 0-V 0 0 0-V 0+1-1+10-1 0 0 0-V+ +10 0 0+V-10+1-1 0 0 0-V +B0 0+V 0-1+1-10+1 -B0 0-V VVVV 图图6.15 HDB3编码波形编码波形4 4 传号反转码传号反转码( (CMICMI码码) ) CMI码是一种二电平不归零码，原来码流中的码是一种二电平不归零码，原来码流中的“0”码编为码编为“01”，“1”码编为码编为“00”或或“11”，传，传“1”码的码的“00”和和“11”交替出现。交替出现。 表表

36、6.5为为CMI码的编码的编码规则。码规则。 表表6.5 CMI码编码规则码编码规则 6.4.2 6.4.2 扰码与解扰码扰码与解扰码 扰码：扰码：发端传输前先扰乱数字信息码流，使数字信息发端传输前先扰乱数字信息码流，使数字信息码流中码流中“1”码与码与“0”码出现的概率几乎相等。码出现的概率几乎相等。 解扰码：解扰码：收端解除发端扰乱的过程。收端解除发端扰乱的过程。 扰码器原理：扰码器原理：通过通过m序列与传输数字信息模二加完成序列与传输数字信息模二加完成输入数字序列的扰乱。输入数字序列的扰乱。 解扰码器原理：解扰码器原理：用一个结构与发端相同的用一个结构与发端相同的m序列发生序列发生器与传

37、输序列模二加实现解扰。器与传输序列模二加实现解扰。 图图6.16为扰码器原理框图。为扰码器原理框图。 图图6.16 扰码器原理方框图扰码器原理方框图 (a)扰码器；扰码器； (b)解扰器解扰器Lk1Lk2LkiLkndkLkC1C2CiCn(a)LknLkdkC1C2CiCn(b )Lk1Lk2Lki 扰码器输出序列扰码器输出序列L LK K为：为： 解扰方程为：解扰方程为： 为保证扰码器产生的伪随机序列充分接近真正随机为保证扰码器产生的伪随机序列充分接近真正随机序列，扰码器的级数应保证已扰序列长度至少大于序列，扰码器的级数应保证已扰序列长度至少大于5050，扰码器要为扰码器要为6 6级（级（

38、2 26 6-1=63-1=63）以上。）以上。SDHSDH系统中采用系统中采用7 7级扰级扰码器，扰码长度为码器，扰码长度为2 27 7-1=127-1=127，生成多项式为，生成多项式为1+x1+x6 6+x+x7 7。图。图6.176.17为帧同步扰码器功能示意图。为帧同步扰码器功能示意图。 1122KKkknk ndLC LC LC L(6.4.2) 1122kkkknk nLdC LC LC L(6.4.1) 图图6.17 帧同步扰码器功能图帧同步扰码器功能图DQSDQSDQSDQSDQSDQSDQSSTM-X时钟帧脉冲数据输入扰码数据输出6.4.3 6.4.3 差错控制差错控制(

39、(纠错编码纠错编码) ) 1 1 差错控制基本概念差错控制基本概念 差错控制：差错控制：在在数字码流中加入数字码流中加入一些附加码元（监督一些附加码元（监督码元），并采用一种特殊的编码方式（纠错编码）进行码元），并采用一种特殊的编码方式（纠错编码）进行差错控制。差错控制。 纠错编码以降低信息速率和信道传输效率为代价来纠错编码以降低信息速率和信道传输效率为代价来换取纠错能力，附加码元数目称为冗余度，冗余度越多换取纠错能力，附加码元数目称为冗余度，冗余度越多纠错能力越强。纠错能力越强。 2 2 差错控制编码基本原理差错控制编码基本原理 数字通信中常采用数字通信中常采用分组码分组码表示纠错编码。表示

40、纠错编码。 一般分组码用符号（一般分组码用符号（n，k）表示，）表示，k是每组码中信息是每组码中信息码元数目，码元数目，n为码组的总位数（码组的长度），附加码元为码组的总位数（码组的长度），附加码元数（监督码元数）为数（监督码元数）为r=n-k。 图图6.18为分组码结构示意图。为分组码结构示意图。an1an2anrarar1a0k个信息码r 个 监督码码长n k r图图6.18 分组码结构图分组码结构图3 3 差错控制的编码方式差错控制的编码方式 差错控制的编码方式分为三类：反馈纠错、前向差错控制的编码方式分为三类：反馈纠错、前向纠错和纠错和混合纠错。混合纠错。 1) 反馈纠错反馈纠错 收端

41、根据某种编码规律校验，发现规律被打乱时收端根据某种编码规律校验，发现规律被打乱时立即向发端反馈信息要求重发。反馈纠错主要有立即向发端反馈信息要求重发。反馈纠错主要有3类：类：奇偶监督码、行列监督码和自动要求重发。奇偶监督码、行列监督码和自动要求重发。 (1) 奇偶监督码奇偶监督码 一般的奇偶监督码分为两种：奇数监督和偶数一般的奇偶监督码分为两种：奇数监督和偶数监督。监督。 奇数监督：奇数监督：码组中使码组中使“1”的数目为奇数，监督位的数目为奇数，监督位为为1位。位。 奇数监督编码应满足：奇数监督编码应满足： 偶数监督：偶数监督：码组中使码组中使“1”的数目为偶数，监督位的数目为偶数，监督位为

42、为1位。位。123101nnnaaaaa(6.4.3) (2) 行列监督码行列监督码 行列监督码是二维奇偶监督码（矩阵码），图行列监督码是二维奇偶监督码（矩阵码），图6.19为为 矩阵码原理示意图。矩阵码原理示意图。 表示信息位，表示信息位，表示监督位，监督位使每行每列表示监督位，监督位使每行每列“1”1”的个数为奇数或偶数。的个数为奇数或偶数。 图图6.19 矩阵码原理图矩阵码原理图 (3) 自动要求重发自动要求重发ARQ 收端检验出有错码时自动要求发端重发，图收端检验出有错码时自动要求发端重发，图6.20为自动为自动要求重发系统示意图。要求重发系统示意图。 图图6.20 ARQ系统系统编码

43、器和缓冲存储器重发控制反馈信道正向信道输出缓冲存储器信源调制器解调器译码器收信者指令产生器含收/发设备、传输路径与转发器正确时输出错误时删除 2) 前向纠错前向纠错 采用某种特殊的编码方式，在接收端能检错并能纠正采用某种特殊的编码方式，在接收端能检错并能纠正一定程度传输差错的、较复杂的编码方法。前向纠错主要一定程度传输差错的、较复杂的编码方法。前向纠错主要有有2类：循环码和卷积码。类：循环码和卷积码。 (1) 循环码循环码 循环码有下述特征：码组中任意两个码组模二加必为循环码有下述特征：码组中任意两个码组模二加必为该码组集合中的一个码组；每个码组中各码元之间存在循该码组集合中的一个码组；每个码

44、组中各码元之间存在循环依赖关系；循环码的码组之间具有循环性（即任一组循环依赖关系；循环码的码组之间具有循环性（即任一组循环一位环一位后仍为该码组集合中的一个码组）。后仍为该码组集合中的一个码组）。 表表6.6 循环码示例循环码示例 (2) 卷积码卷积码 信码中插入监督码元，不是分组监督，而是每一监督信码中插入监督码元，不是分组监督，而是每一监督码元都要对前后的信息单元起监督作用。码元都要对前后的信息单元起监督作用。4 4 数字加密技术数字加密技术 1) 数字信号传输加密数字信号传输加密 数字信息进入传输信道前先加密处理，数字信息进入传输信道前先加密处理，信息加密处理信息加密处理由各种加密算法由

45、各种加密算法(常规密码算法和公钥密码算法常规密码算法和公钥密码算法)实现。实现。 2) 数字终端加密技术数字终端加密技术 对于特殊用户的数字信号对于特殊用户的数字信号(银行的数据信号、信用卡的银行的数据信号、信用卡的数字信号以及其他终端的数字信号数字信号以及其他终端的数字信号)在加密后传输，收端予在加密后传输，收端予以认证即可。以认证即可。6.5 6.5 数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调6.5.1 6.5.1 数字信号的无线传输数字信号的无线传输 无线传输指数字信号通过空间以电磁波为载体的无线传输指数字信号通过空间以电磁波为载体的传输。传输。 数字基带信号：要传送的数字信号；数字基带信

46、号：要传送的数字信号； 数字频带信号：已调制的数字信号；数字频带信号：已调制的数字信号； 载波：携带数字基带信号的电磁波。载波：携带数字基带信号的电磁波。 6.5.2 6.5.2 数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调1 1 三三种基本调制方式种基本调制方式 1) 幅移键控幅移键控 利用载波的振幅变化携带信息，而载波的频率、相位利用载波的振幅变化携带信息，而载波的频率、相位保持不变。保持不变。 2) 频移键控频移键控 利用已调波的频率变化携带信息，载波的振幅、相位利用已调波的频率变化携带信息，载波的振幅、相位保持不变。保持不变。 3) 相移键控相移键控 利用已调波的相位变化携带信息，载波的振

47、幅、频率利用已调波的相位变化携带信息，载波的振幅、频率保持不变。调相分为绝对调相和相对调相。保持不变。调相分为绝对调相和相对调相。 图图6.21、图、图6.22分别为三种调制方式的调制器和相应分别为三种调制方式的调制器和相应的调制波形示意图。的调制波形示意图。图图6.21 二进制基带码的三种调制方式二进制基带码的三种调制方式 (a)2ASK；(b)2FSK；(c)2PSK相乘器相乘器相加倒相fc1fc2相乘器(门电路)载波 fc(70 MHz)1.0s(t)基带 f (t)1.01.0f(t)基带信号0.1s(t)(a)(b)倒相相加相乘器相乘器载频倒相(c)0fcps(t)输出基带信号(1.

48、0)图图6.22 二进制基带信号的调制波形二进制基带信号的调制波形1100110011ttttt数字序列 bks(t)s(t)(a) 2ASK(b) 2FSK(c) 2PSK(d) 2DPSKs(t)s(t)2 2 二相相对调相与解调二相相对调相与解调 绝对调相：绝对调相：数字信号数字信号“1”和和“0”的相位不变；的相位不变； 相对调相：相对调相：遇遇“1”码载波相位相对于前一个码元码载波相位相对于前一个码元相位改变相位改变，遇，遇“0”码载波相位相对于前一个码元相码载波相位相对于前一个码元相位不变。位不变。 图图6.23为二相相对调相为二相相对调相2DPSK信号的调制与解调信号的调制与解调

49、原理示意图。调制时只需经过差分编码变换为相对码原理示意图。调制时只需经过差分编码变换为相对码后进行绝对调相；解调用后进行绝对调相；解调用相干解调法相干解调法。 相位模糊情况下绝对调相会产生严重误码，相对相位模糊情况下绝对调相会产生严重误码，相对调相不会产生误码。调相不会产生误码。 图图6.23 2DPSK信号的调制与解调信号的调制与解调(a)调制器原理方框图；调制器原理方框图；(b)解调器原理框图解调器原理框图码变换电路绝对调相电路基带信号绝对码相对码2DPSK已调波相乘器低通、判决码型反变换全流整流窄带滤波限幅二分频(a)s(t)s(t)2fc相干载波基带信号(b)3 3 四相相对调相与解调

50、四相相对调相与解调 (1) 四相相对调制四相相对调制QPSK QPSK采用采用“反射编码反射编码”（格雷码）相位逻辑编码（格雷码）相位逻辑编码方法方法，图，图6.24为为QPSK调制器的组成方框图和工作原理调制器的组成方框图和工作原理矢量图，图矢量图，图6.25为为QPSK相干解调方框图。相干解调方框图。 相位关系：如果前一码元相位为相位关系：如果前一码元相位为“0”，传，传“00”时时后一码元相位仍为后一码元相位仍为“0”；传；传“01”时后一码元相位旋转时后一码元相位旋转/2；传；传“11”时后一码元相位旋转时后一码元相位旋转；传；传“10”时后一时后一码元相位旋转码元相位旋转3/2。 图图6.24 QPSK调制器调制器(a)4PSK框图；框图； (b)矢量图矢量图 图图6.25 QPSK相干解调器相干解调器 LPF位定时恢复LPF判决判