數(shù)字通信原理 第七章新

第7章數(shù)字信號的傳輸本章介紹數(shù)字傳輸?shù)幕纠碚摗⒒鶐鬏數(shù)木€路碼型、再生中繼系統(tǒng)的有關(guān)問題以及中繼傳輸?shù)牡男阅芊治觥?7.1數(shù)字信號傳輸?shù)幕纠碚?.1.1數(shù)字信號傳輸方式1.基帶傳輸2.頻帶傳輸7.1.2數(shù)字信號波形與功率譜2（a）單極性全占空碼（b）單極性半占空碼111111101000003（c）雙極性全占空碼（d）雙極性半占空碼004圖中所示的脈沖序列的基本信號單元是矩形脈沖。我們在研究信號序列特性時，從研究單元矩形脈沖的特性入手，繼而導(dǎo)出數(shù)字信號序列特性。5單元矩形脈沖波形時域波形和頻譜（p176）6單元矩形脈沖的波形如圖所示，其函數(shù)表達(dá)式為：它所對應(yīng)的頻譜函數(shù)是：7對應(yīng)的波形和頻譜如圖00（a）波形（b）頻譜圖7-2單元矩形脈沖及頻譜8對于確知信號波形可以采用傅氏變換方法求得信號的頻譜。但實際信號是隨機(jī)脈沖序列，是非確知信號，不能采用傅氏變換方法確定其頻譜，只能用統(tǒng)計的方法研究其功率譜密度（功率譜）。9圖7-3是幾種隨機(jī)二進(jìn)制數(shù)字信號序列的功率譜曲線（p177）10分析析得得出出：：表表示示隨隨機(jī)機(jī)二二進(jìn)進(jìn)制制數(shù)數(shù)字字序序列列的的功功率率譜譜包包括括連連續(xù)續(xù)譜譜和和離離散散譜譜兩兩部部分分。。連續(xù)續(xù)譜譜是是由由非非周周期期性性單單個個脈脈沖沖所所形形成成，，其其頻頻譜譜與與單單個個矩矩形形脈脈沖沖的的頻頻譜譜有有一一定定的的比比例例關(guān)關(guān)系系。。連連續(xù)續(xù)譜譜部部分分總總是是存存在在的的。。離散散譜譜部部分分則則與與信信號號碼碼元元出出現(xiàn)現(xiàn)的的概概率率和和信信號號碼碼元元的的密密度度有有關(guān)關(guān)，，它它包包含含直直流流、、數(shù)數(shù)碼碼率率以以及的的奇奇次次諧諧波波成成分分，，在在某某些些情情況況下下可可能能沒沒有有離離散散譜譜分分量量。。117.1.3基基帶帶傳傳輸輸系系統(tǒng)統(tǒng)的的構(gòu)構(gòu)成成數(shù)字字信信號號基基帶帶傳傳輸輸系系統(tǒng)統(tǒng)的的基基本本構(gòu)構(gòu)成成模模型型如如圖圖6.4＋發(fā)送送濾濾波波器器抽樣樣判決決器器信道道接收收濾濾波波器器噪聲聲12為分分析析方方便便，，通通常常用用單單位位沖沖擊擊脈脈沖沖序序列列近近似似表表示示原原始始的的數(shù)數(shù)字字信信號號序序列列。。其中中：：是是二二進(jìn)進(jìn)制制碼碼元元（（0或或1）），，是是碼碼元元間間隔隔。。13形成成濾濾波波器器識別別點點抽樣樣判判決決基帶帶傳傳輸輸系系統(tǒng)統(tǒng)簡簡化化模模型型14用單單位位沖沖擊擊脈脈沖沖序序列列代代替替原原始始數(shù)數(shù)字字信信號號序序列列的的理理由由：：基帶帶傳傳輸輸系系統(tǒng)統(tǒng)的的有有效效傳傳輸輸頻頻帶帶單位位沖沖擊擊脈脈沖沖序序列列及及對對應(yīng)應(yīng)頻頻譜譜001157.1.4數(shù)數(shù)字字信信號號傳傳輸輸?shù)牡幕颈緶?zhǔn)準(zhǔn)則則（（無無碼碼間間干干擾擾的的條條件件））P(179)161、、無無碼碼間間干干擾擾的的時時域域條條件件（本本碼碼判判決決點點））（非非本本碼碼判判決決點點））此式式表表示示：：當(dāng)當(dāng)?shù)牡闹抵党ǎū颈敬a碼判判決決點點））時時不不為為零零，，在在其其它它所所有有非非本本碼碼判判決決點點上上均均為為零零時時，，不不會會影影響響其其它它碼碼元元的的判判決決。。17為進(jìn)進(jìn)一一步步說說明明無無碼碼間間干干擾擾的的時時域域條條件件，，假假設(shè)設(shè)圖圖6.7所所示示的的傳傳輸輸網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)為為理理想想低低通通濾濾波波器器，，其其特特性性如如下下圖圖所所示示。。0K18其傳傳遞遞函函數(shù)數(shù)可可表表示示為為：：下面面我我們們分分析析，，當(dāng)當(dāng)數(shù)數(shù)字字信信號號序序列列送送入入此此理理想想低低通通濾濾波波器器，，輸輸出出波波形形示示怎怎樣樣的的？？19先以以單單個個單單位位沖沖擊擊函函數(shù)數(shù)為為例例說說明明。。形成成濾濾波波器器識別別點點抽樣樣判判決決對上上式式進(jìn)進(jìn)行行傅傅氏氏反反變變換換，，可可求求得得輸輸出出響響應(yīng)應(yīng)為為：：20令畫出出輸輸出出響響應(yīng)應(yīng)波波形形（圖圖7-9））21此波波形形特特點點：：1、、輸出出最最大大值值，，有有拖拖尾尾，，衰衰減減快快2、、時時間間軸軸上上有有許許多多等等間間隔隔零零點點，，第第一一個個零零點點是是，，零點點間間間間隔隔是是第2個個特特點點說說明明通通過過理理想想低低通通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳傳輸輸時時，，其其輸輸出出響響應(yīng)應(yīng)僅僅與與理理想想低低通通截截止止頻頻率率有有關(guān)關(guān)。。22當(dāng)輸輸入入數(shù)數(shù)字字信信號號序序列列時時，，用用單單位位沖沖擊擊脈脈沖沖序序列列近近似似表表示示為為：：這時時數(shù)數(shù)字字信信號號序序列列經(jīng)經(jīng)過過等等效效理理想想低低通通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳傳輸輸后后輸輸出出響響應(yīng)應(yīng)為為：：23根據(jù)據(jù)圖圖7-9所所示示的的輸輸出出響響應(yīng)應(yīng)波波形形特特點點，，只只要要滿滿足足零零點點間間隔隔，，則則經(jīng)經(jīng)等等效效理理想想低低通通網(wǎng)網(wǎng)絡(luò)絡(luò)傳傳輸輸后后的的輸輸出出響響應(yīng)應(yīng)都都響響應(yīng)應(yīng)的的有有一一個個最最大大值值。。此此值值僅僅唯唯一一的的由由響響應(yīng)應(yīng)的的決決定定，，而而與與相相鄰鄰的的其其它它的的加加入入與與否否無無關(guān)關(guān)，，即即不不受受其其它它時時刻刻加加入入脈脈沖沖的的干干擾擾。。例子：設(shè)輸入入單位脈沖序序列為1011001（P180））24結(jié)論：對于等效成截截止頻率為的的理想低低通網(wǎng)絡(luò)來說說，若數(shù)字信信號以的的符號速速率傳輸，則則在各碼元的的間隔處（即即的的整數(shù)數(shù)倍處）進(jìn)行行抽樣判決，，不產(chǎn)生碼間間干擾，可正正確識別出每每一個碼元。。這一信號傳傳輸速率與理理想低通截止止頻率的關(guān)心心就是數(shù)字信信號傳輸?shù)囊灰粋€基本準(zhǔn)則則-----奈奎斯特第第一準(zhǔn)則。252、理想基帶帶傳輸系統(tǒng)有三個特點：：1、輸出響應(yīng)應(yīng)波形在抽樣樣判決點上無無碼間干擾。。2、達(dá)到最高高傳輸效率。。3、在給定發(fā)發(fā)送信號能量量和信道噪聲聲條件下，在在抽樣判決點點上能給出最最大信噪比。。263、滾降低通通傳輸網(wǎng)絡(luò)在實際應(yīng)用中中，采用具有有奇對成滾降降特性的低通通濾波器作為為傳輸網(wǎng)絡(luò)。。結(jié)論：只要滾滾降低通濾波波器的幅頻特特性以點點呈奇對對稱滾降，則則可滿足無碼碼間干擾的條條件（此時仍仍滿足符號速速率＝））。。277.2基基帶傳傳輸?shù)木€路碼碼型不同的碼型具具有不同的功功率譜結(jié)構(gòu)，，碼型的功率率譜結(jié)構(gòu)應(yīng)適適合于給定信信道的傳輸特特性和對定時時時鐘提取的的要求。287.2.1對對基帶傳輸輸碼型的要求求1、傳輸碼型型的功率譜中中應(yīng)不含有直直流分量，同同時低頻分量量要盡量少；；2、傳輸碼型型的功率譜中中高頻分量應(yīng)應(yīng)盡量少；3、便于定時時時鐘的提取??；4、傳輸碼型型應(yīng)具有一定定的檢測誤碼碼能力；5、對信源統(tǒng)統(tǒng)計依賴性要要??；6、要求碼型型變換設(shè)備簡簡單、易于實實現(xiàn)。297.2.2常常見的傳輸輸碼型1、單極性不不歸零碼（NRZ)2、單極性歸歸零碼3、傳號交替替反轉(zhuǎn)碼（AMI)4、三階高密密度雙極性碼碼（HDB3)5、傳號反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)碼（CMI碼）編碼規(guī)則：301.單極不不歸零碼（NRZ碼）碼型及其功率率譜（P184）缺點：（1）有直流流成分，且信信號能量大部部分集中在低低頻。（2）提取時時鐘困難。（3）無檢測測誤碼能力，，因傳輸碼型型無規(guī)律。不適合在電纜纜信道中傳輸輸。312.單極性歸歸零碼（RZ）碼型及功率譜譜（p185）不適合在電纜纜信道中傳輸輸，但設(shè)備內(nèi)內(nèi)部傳輸可以以用。323.傳號交替替反轉(zhuǎn)碼（AMI）碼型及功率譜譜（P195）特點：（1）無直流流成分（2）高頻成成分少（3）碼型功功率譜中雖無無時鐘頻率成成分，但經(jīng)全全波整流就可可以得到時鐘鐘信號。（4）具有一一定的檢測誤誤碼能力33AMI碼的缺缺點：長連“0”過過多不利于定定時時鐘信息息的提取。改進(jìn)后引入HDB3碼。。344.三階高高密度雙極性性碼（HDB3）編碼規(guī)則：（1）對4連連0用取代節(jié)節(jié)000V和和B00V代代替（2）取代節(jié)節(jié)的安排順序序：先用000V，不適適用時再用B00V。取代節(jié)的安排排要滿足以下下要求：a.取代節(jié)節(jié)之間V碼交交替b.V碼要要與前一個傳傳號碼極性相相同（3）傳號碼碼除V外要滿滿足極性交替替原則。35例：二進(jìn)碼序列：：10000101000001110000000001HDB3碼序序列：V+-1000V-+10-1B+00V+0-1+1-1000V-B+00V+00-1365.傳號反轉(zhuǎn)轉(zhuǎn)碼（CMI）編碼規(guī)則：001100或11交替377.2.3傳傳輸碼型的的誤碼增殖7.2.4傳傳輸碼型特特性的分析比比較387.3數(shù)數(shù)字信號的頻頻帶傳輸一、基帶傳輸輸信道特性二、再生中繼繼系統(tǒng)1、再生中繼繼系統(tǒng)的構(gòu)成成2、再生中繼繼系統(tǒng)的特點點；397.4SDH傳輸網(wǎng)網(wǎng)7.4.1SDH傳輸輸網(wǎng)的拓?fù)浣Y(jié)結(jié)構(gòu)1.線形2.星形3.樹形4.環(huán)形5.網(wǎng)孔形40417.4.2SDH傳輸輸接口1.SDH光光接口和電接接口的界定2.光接口分分離3.SDH光光接口技術(shù)指指標(biāo)4.SDH電電接口指標(biāo)427.4.3SDH自愈網(wǎng)1.線路保護(hù)護(hù)倒換2.環(huán)形網(wǎng)保保護(hù)43下面是幾種常常用的自愈環(huán)環(huán)：（１）二纖單單向通道倒換換環(huán)（２）二纖雙雙向通道倒換換環(huán)（３）二纖單單向復(fù)用段倒倒換環(huán)（４）四纖雙雙向復(fù)用段倒倒換環(huán)（５）二纖雙雙向復(fù)用段倒倒換環(huán)44ABCDP1S1P1S1CAACACCA圖5-10二二纖單向復(fù)復(fù)用段倒換環(huán)環(huán)（a)45ABCDP1S1P1S1CAACACCA圖5-10二二纖單向復(fù)復(fù)用段倒換環(huán)環(huán)（b)倒換46S1S2P1P2P2S2P1S1ABCDACCAACCA圖5-11四纖雙向向復(fù)用段倒換換環(huán)(a)47S1S2P1P2P2S2P1S1ABCDACCAACCA圖5-11四纖雙向向復(fù)用段倒換換環(huán)(b)倒換48ABCDCAACACCA圖5-12二二纖雙向復(fù)復(fù)用段倒換環(huán)環(huán)（a）S1/P2S2/P1S2/P1S1/P249ABCDCAACACCA圖5-12二二纖雙向復(fù)復(fù)用段倒換環(huán)環(huán)（b）S1/P2S2/P1S2/P1S1/P2倒換50S1P1P1S1ACCAACCA圖5-13二二纖單向通通道倒換環(huán)(a)51