通信原理與城軌傳輸系統(tǒng)

通信原理與城軌傳輸系統(tǒng)第一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日1通信原理

1.1通信的定義

通信按傳統(tǒng)理解就是信息的傳輸與交換，信息可以是語(yǔ)音、文字、符號(hào)、音樂(lè)、圖像等等。

(1)

通信的定義：通信是傳遞信息的手段，即將信息從發(fā)送器傳送到接收器。

(2)通信的目的：通信的目的是為了完成信息的傳輸和交換。第二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

1.2通信系統(tǒng)

通信系統(tǒng)是以實(shí)現(xiàn)通信為目標(biāo)的硬件，軟件以及人的集合。

1.2.1通信系統(tǒng)的模型

圖1-1是一個(gè)基本的點(diǎn)到點(diǎn)通信系統(tǒng)的一般模型：

圖1-1通信系統(tǒng)的一般模型第三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

其中，各部分的功能如下：

①信息源：把各種可能消息轉(zhuǎn)換成原始電信號(hào)；

②發(fā)送設(shè)備：為了使原始電信號(hào)適合在信道中傳輸，對(duì)原始電信號(hào)變換成與傳輸信道相匹配的傳輸信號(hào)；

③信道：信號(hào)傳輸?shù)耐ǖ溃?/p>

④接收設(shè)備：從接收信號(hào)中恢復(fù)出原始電信號(hào)；

⑤收信者：將復(fù)原的原始電信號(hào)轉(zhuǎn)換成相應(yīng)的消息；第四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日1.2.2模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)

信號(hào)的分類：

①模擬信號(hào)——電信號(hào)的該參量連續(xù)取值。如：普通電話機(jī)收發(fā)的語(yǔ)音信號(hào)；

②數(shù)字信號(hào)——電信號(hào)的該參量離散取值。如：計(jì)算機(jī)內(nèi)PCI/ISA總線的信號(hào)。

模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)可以互相轉(zhuǎn)換。因此，任何一個(gè)消息既可以用模擬信號(hào)表示，也可以用數(shù)字信號(hào)表示。

相應(yīng)的，通信系統(tǒng)也可以分為模擬通信系統(tǒng)與數(shù)字通信系統(tǒng)兩大類。第五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

①模擬通信系統(tǒng)：模擬通信系統(tǒng)在信道中傳輸?shù)氖悄M信號(hào)，模型如圖1-2所示。

圖1-2模擬通信系統(tǒng)模型

基帶信號(hào)——由消息轉(zhuǎn)化而來(lái)的原始模擬信號(hào)，一般含有直流和低頻成分，不宜直接傳輸；

已調(diào)信號(hào)——由基帶信號(hào)轉(zhuǎn)化來(lái)的、頻域特性適合信道傳輸?shù)男盘?hào)。又稱頻帶信號(hào)。

對(duì)模擬通信系統(tǒng)進(jìn)行研究的主要內(nèi)容就是研究不同信道條件下不同的調(diào)制解調(diào)方法。第六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

②數(shù)字通信系統(tǒng)：數(shù)字通信系統(tǒng)在信道中傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)，模型如圖1-3所示。

圖1-3數(shù)字通信系統(tǒng)模型

信源編/譯碼器——實(shí)現(xiàn)模擬信號(hào)與數(shù)字信號(hào)之間的轉(zhuǎn)換；

加/解密器——實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的保密傳輸；

信道編/譯碼器——實(shí)現(xiàn)差錯(cuò)控制功能，用以對(duì)抗由于信道條件造成的誤碼；

調(diào)制/解調(diào)器——實(shí)現(xiàn)數(shù)字信號(hào)的傳輸與復(fù)用。第七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

1.2.3通信系統(tǒng)的分類

通信系統(tǒng)有不同的分類方法。

①

按消息分：電報(bào)系統(tǒng)、電話系統(tǒng)、數(shù)據(jù)系統(tǒng)、圖像系統(tǒng)

②

按調(diào)制方式分：基帶傳輸、頻帶傳輸（調(diào)幅、調(diào)頻、調(diào)相、脈幅、脈寬、脈位）

③

媒質(zhì)上的信號(hào)分：模擬系統(tǒng)、數(shù)字系統(tǒng)

④

傳輸媒質(zhì)（信道）分：有線系統(tǒng)

、無(wú)線系統(tǒng)

⑤

按復(fù)用方式分：頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用

⑥

按消息傳送的方向和時(shí)間分：?jiǎn)喂?、半雙工、全雙工第八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2傳輸介質(zhì)

2.1

傳輸介質(zhì)的基本概念2.1.1

傳輸介質(zhì)

傳輸介質(zhì)是連接通信設(shè)備，為通信設(shè)備之間提供信息傳輸?shù)奈锢硗ǖ?；是信息傳輸?shù)膶?shí)際載體。從本質(zhì)上講，有線通信與無(wú)線通信中的信號(hào)傳輸，實(shí)際上都是電磁波在不同介質(zhì)中的傳播過(guò)程，在這一過(guò)程中對(duì)電磁波頻譜的使用從根本上決定了通信過(guò)程的信息傳輸能力。理論上，任何頻率的信號(hào)都可以用作通信。第九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日2.1.2

傳輸介質(zhì)的分類

很多介質(zhì)都可以作為通信中使用的傳輸介質(zhì)，但這些介質(zhì)本身有著不同的屬性，它們適用于不同的環(huán)境條件，同時(shí)通信業(yè)務(wù)本身也會(huì)對(duì)傳輸介質(zhì)的使用提出不同的要求。因此，在實(shí)際的應(yīng)用中存在著多種多樣的傳輸介質(zhì)，最常見(jiàn)的傳輸介質(zhì)是：線電纜、無(wú)線介質(zhì)、光纖。

第十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

2.1.3

傳輸介質(zhì)與傳輸技術(shù)的設(shè)計(jì)

傳輸介質(zhì)只有被相應(yīng)的傳輸技術(shù)所使用，才能夠體現(xiàn)為可供上層業(yè)務(wù)使用的信道，由于傳輸介質(zhì)是與傳輸技術(shù)緊密結(jié)合的，因此，設(shè)計(jì)傳輸技術(shù)就必須考慮并充分利用傳輸介質(zhì)本身固有的特點(diǎn)，以下分別說(shuō)明傳輸介質(zhì)的各種特征對(duì)設(shè)計(jì)傳輸技術(shù)的影響。

（1）帶寬：也就是可供使用的頻譜寬度。高帶寬的傳輸介質(zhì)就可以承載較高的比特率，例如光纖；

（2）誤碼率：高誤碼率的傳輸環(huán)境下，肯定會(huì)要求使用更為復(fù)雜、有效的檢糾錯(cuò)技術(shù)；第十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（3）信號(hào)的傳輸距離：不同的傳輸介質(zhì)對(duì)信號(hào)傳輸具有不同的衰減，當(dāng)有用信號(hào)的強(qiáng)度衰減至一定水平之下時(shí)，就必須以某種形式進(jìn)行信號(hào)的再生與放大，以保證按收端的正常工作。光纖通信中的光中繼器，微波通信中的中繼站，都是為了完成這一目的而設(shè)立的；

（4）安全：不同的傳輸介質(zhì)是有不同的安全等級(jí)，通信中的加密和認(rèn)證都是必不可少的，但不同復(fù)雜度的加密與認(rèn)證技術(shù)在傳輸代價(jià)，時(shí)間代價(jià)等方面有很大差異，因此必須為各種傳輸介質(zhì)來(lái)選用最為合適的安全保證技術(shù)。第十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日3信號(hào)的傳輸技術(shù)

3.1

傳輸技術(shù)概述

3.1.1

傳輸技術(shù)的發(fā)展

根據(jù)國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的定義，傳輸是指通過(guò)物理介質(zhì)傳播含有信息的信號(hào)的過(guò)程。從功能上看，這是一個(gè)在通信網(wǎng)中的各節(jié)點(diǎn)之間轉(zhuǎn)移信息的過(guò)程。傳輸網(wǎng)即是在各網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)之間運(yùn)送信息的網(wǎng)絡(luò)功能資源。

為實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離的通信，在19世紀(jì)末即發(fā)明了用電信號(hào)來(lái)模擬語(yǔ)音信號(hào)并進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸，于是出現(xiàn)了電話以及話音傳輸技術(shù)。時(shí)至今日，電話通信仍然是電信網(wǎng)絡(luò)中的重要業(yè)務(wù)之一，而傳輸技術(shù)則已經(jīng)經(jīng)歷了幾次重大的變革。第十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

從電話通信發(fā)明到上世紀(jì)60年代，電信傳輸均是采用模擬話音傳輸技術(shù)，起初是采用一對(duì)線路傳輸一路模擬話音信號(hào)；隨后為提高傳輸效率，開(kāi)始采用頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)進(jìn)行多路載波傳輸，傳輸介質(zhì)也從雙絞線向同軸電纜過(guò)渡。

上世紀(jì)60年代末到80年代后期，隨著話音信號(hào)的脈沖編碼調(diào)制（PCM）技術(shù)的發(fā)展，數(shù)字調(diào)制技術(shù)也迅速取代了模擬調(diào)制技術(shù)在頻帶信號(hào)傳輸中的位置。

近年來(lái)，光傳輸技術(shù)得到了迅速發(fā)展，光纖通信技術(shù)以其帶寬充足、不受電磁干擾、原材料豐富等優(yōu)點(diǎn)獲得了廣泛應(yīng)用，在骨干傳輸網(wǎng)、城域傳輸網(wǎng)中已占據(jù)了主導(dǎo)地位。第十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日3.1.2

調(diào)制技術(shù)的概念

由消息變換過(guò)來(lái)的原始信號(hào)具有頻率較低的頻譜分量，這種信號(hào)大多不適宜直接傳輸。必須先經(jīng)過(guò)在發(fā)送端調(diào)制才便于在信道中傳輸，而在接收端進(jìn)行相應(yīng)的解調(diào)操作。所謂調(diào)制，就是按原始信號(hào)的變化規(guī)律去改變載波信號(hào)的某些參數(shù)的過(guò)程。調(diào)制過(guò)程的目的是把輸入信號(hào)變換為適合于通過(guò)信道傳輸?shù)牟ㄐ?。第十五?yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

從功能上看，調(diào)制技術(shù)主要實(shí)現(xiàn)了以下三個(gè)功能。

（1）頻率變換：例如為了利用無(wú)線傳輸方式，將（0.3~3.4KHz）有效帶寬內(nèi)的語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制到高頻段上去；

（2）實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用：通過(guò)調(diào)制可以將多路信號(hào)互不干擾的安排在同一物理信道中傳輸；

（3）提高抗干擾性：利用信號(hào)帶寬和信噪比的互換性，提高通信系統(tǒng)的抗干擾性。第十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

3.2模擬信號(hào)的調(diào)制傳輸

當(dāng)源信號(hào)是模擬信號(hào)且被改變的載波信號(hào)的參數(shù)也是連續(xù)變量時(shí)，即稱為模擬調(diào)制。常見(jiàn)的模擬調(diào)制技術(shù)包括幅度調(diào)制、頻率調(diào)制、相位調(diào)制，以及將以上調(diào)制方法結(jié)合的復(fù)合調(diào)制技術(shù)和多級(jí)調(diào)制技術(shù)。第十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

3.3

數(shù)字信號(hào)的基帶傳輸3.3.1

數(shù)字基帶傳輸概述

1.數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)

數(shù)字信號(hào)傳輸方式有基帶傳輸和頻帶傳輸。來(lái)自數(shù)據(jù)終端的原始數(shù)據(jù)信號(hào)，如計(jì)算機(jī)輸出的二進(jìn)制序列，電傳機(jī)輸出的代碼，或者是來(lái)自模擬信號(hào)經(jīng)數(shù)字化處理后的PCM碼組，

這些信號(hào)往往包含豐富的低頻分量，甚至直流分量，因而稱之為數(shù)字基帶信號(hào)。在某些具有低通特性的有線信道中，特別是傳輸距離不太遠(yuǎn)的情況下，數(shù)字基帶信號(hào)可以直接傳輸，其傳輸?shù)男诺朗请娎|。我們稱之為數(shù)字基帶傳輸。第十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

數(shù)字信號(hào)傳輸?shù)幕緶?zhǔn)則是無(wú)碼間干擾,理想的基帶傳輸系統(tǒng)其輸出響應(yīng)波形在抽樣點(diǎn)應(yīng)滿足無(wú)碼間干擾的條件。目前，數(shù)字基帶傳輸不如頻帶傳輸?shù)膽?yīng)用那樣廣泛，但對(duì)于基帶傳輸系統(tǒng)的研究仍是十分有意義的。一是因?yàn)樵诶脤?duì)稱電纜構(gòu)成的近距離數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)廣泛采用了這種傳輸方式，例如以太網(wǎng)；二是因?yàn)閿?shù)字基帶傳輸中包含頻帶傳輸?shù)脑S多基本問(wèn)題，也就是說(shuō)，基帶傳輸系統(tǒng)的許多問(wèn)題也是頻帶傳輸系統(tǒng)必須考慮的問(wèn)題，例如傳輸過(guò)程中的碼型設(shè)計(jì)與波形設(shè)計(jì)；三是因?yàn)槿魏我粋€(gè)采用線性調(diào)制的頻帶傳輸系統(tǒng)均可以等效為基帶傳輸系統(tǒng)來(lái)研究。第十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

2．?dāng)?shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本組成

數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)的基本結(jié)構(gòu)如圖3-1所示。它主要由編碼器、信道發(fā)送濾波器、信道、接收濾波器、抽樣判決器和解碼器組成。此外為了保證系統(tǒng)可靠有序地工作，還應(yīng)有同步系統(tǒng)。

圖3-1數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)第二十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

其中，各部分的功能為：

（1）編碼器：將信源或信源編碼輸出的碼型（通常為單極性不歸零碼NRZ）變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)拇a型；

（2）信道發(fā)送濾波器：將編碼之后的基帶信號(hào)變換成適合于信道傳輸?shù)幕鶐盘?hào)，這種變換主要是通過(guò)波形變換來(lái)實(shí)現(xiàn)的，其目的是使信號(hào)波形與信道匹配，便于傳輸，減小碼間串?dāng)_，利于同步提取和抽樣判決；

（3）信道：它是允許基帶信號(hào)通過(guò)的媒質(zhì)，通常為有線信道，如市話電纜、架空明線等。信道的傳輸特性通常不滿足無(wú)失真?zhèn)鬏敆l件，甚至是隨機(jī)變化的；第二十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（4）接收濾波器：它的主要作用是濾除帶外噪聲，對(duì)信道特性均衡，使輸出的基帶波形無(wú)碼間串?dāng)_，有利于抽樣判決；

（5）抽樣判決器：它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定的時(shí)刻（由位定時(shí)脈沖控制）對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)；

（6）解碼器：對(duì)抽樣判決器輸出的信號(hào)進(jìn)行譯碼，使輸出碼型符合收終端的要求；

（7）同步器：提取位同步信號(hào)，一般要求同步脈沖的頻率等于碼速率。第二十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

3.3.2

數(shù)字基帶傳輸?shù)拇a型設(shè)計(jì)

誤碼的原因：

一、是信道加性噪聲

二、是傳輸總特性（包括收、發(fā)濾波器和信道的特性）不理想引起的波形延遲、展寬、拖尾等畸變，使碼元之間相互串?dāng)_。

實(shí)際抽樣判決值不僅有本碼元的值，還有其他碼元在該碼元抽樣時(shí)刻的串?dāng)_值及噪聲。第二十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

1．碼型設(shè)計(jì)的要求

在實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)中，并不是所有信息碼的電信號(hào)波形都能在信道中傳輸。例如，當(dāng)消息代碼中包含長(zhǎng)串的連續(xù)“1”或“0”符號(hào)時(shí)，非歸零波形呈現(xiàn)出連續(xù)的固定電平，因而無(wú)法獲取定時(shí)信息。單極性歸零碼在傳送連“0”時(shí)，存在同樣的問(wèn)題。因此，信息碼在進(jìn)行傳輸之前，必須經(jīng)過(guò)碼型變換，變換為適用于信道傳輸?shù)拇a型。傳輸碼型（或稱線路碼）的結(jié)構(gòu)將取決于實(shí)際信道特性和系統(tǒng)工作的條件。第二十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

通常，傳輸碼型的設(shè)計(jì)應(yīng)具有下列主要特性：

（1）相應(yīng)的基帶信號(hào)無(wú)直流分量，且低頻分量少(因?yàn)?，在信道中直流和豐富低頻成分的基帶信號(hào)衰減的比較厲害，特別是直流不是被電容隔離就是被電感旁路)；

（2）便于從信號(hào)中提取定時(shí)時(shí)鐘信息。為此，要求傳輸碼型應(yīng)含有（或者經(jīng)變換后含有）時(shí)鐘頻率分量，且不能出現(xiàn)過(guò)多的連“0”碼，否則提取的時(shí)鐘信號(hào)就會(huì)很不穩(wěn)定，引起同步偏移；

（3）對(duì)適合于基帶傳輸?shù)膫鬏敶a型的功率譜中的高頻分量盡量少，以節(jié)省傳輸頻帶并減少碼間串?dāng)_；

第二十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（4）不受信息源統(tǒng)計(jì)特性的影響，即能適應(yīng)于信息源的變化；

（5）有內(nèi)在的檢錯(cuò)能力，傳輸碼型應(yīng)具有一定規(guī)律性，對(duì)適合于基帶傳輸?shù)膫鬏敶a型應(yīng)具有一定的監(jiān)測(cè)誤碼的能力；

（6）編譯碼設(shè)備要盡可能的簡(jiǎn)單。

第二十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

2．常見(jiàn)的傳輸碼型

（1）單極性非歸零碼（NRZ碼）：數(shù)字信號(hào)的二進(jìn)制碼元1和0分別用高電平和低電平(常為零電平)兩種取值來(lái)表示,在整個(gè)碼元期間電平保持不變。這是一種最簡(jiǎn)單最常用的碼型,很多終端設(shè)備輸出的都是這種碼。第二十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（2）雙極性非歸零碼：數(shù)字信號(hào)的二進(jìn)制碼元1和0分別用正電平和負(fù)電平表示,在整個(gè)碼元期間電平保持不變。雙極性碼元無(wú)直流成分,適合在無(wú)接地的傳輸線路上使用。

（3）單極性歸零碼（RZ碼）：與單極性非歸零碼不同,RZ碼發(fā)送時(shí),高電平在整個(gè)碼元期間T內(nèi)只持續(xù)一段時(shí)間,在其余時(shí)間則返回零電平,發(fā)送零時(shí)用零電平。由于碼間干擾小,因此設(shè)備內(nèi)部傳輸常采用單極性歸零碼。第二十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（4）傳號(hào)反轉(zhuǎn)交替碼（AMI碼）：AMI碼的編碼規(guī)則是將二進(jìn)制消息代碼“1”交替地變換為傳輸碼的“+1”和“-1”，而“0”保持不變。AMI碼的優(yōu)點(diǎn)是：由于+1與-1交替，AMI碼的功率譜中不含直流成分，高、低頻分量少。AMI碼的編譯碼電路簡(jiǎn)單，便于利用傳號(hào)極性交替規(guī)律觀察誤碼情況。鑒于這些優(yōu)點(diǎn)，AMI碼是CCITT建議PCM采用的傳輸碼性之一。AMI碼的不足是，當(dāng)原信碼出現(xiàn)連“0”串時(shí)，信號(hào)的電平長(zhǎng)時(shí)間不跳變，造成提取定時(shí)信號(hào)的困難，解決連“0”碼問(wèn)題的有效方法之一是采用HDB3碼。AMI碼的碼型如圖3-2中的（b）所示；第二十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（5）三階高密度雙極性碼（HDB3碼）：HDB3碼是AMI碼的一種改進(jìn)碼型，其目的是為了保持AMI碼的優(yōu)點(diǎn)而克服其缺點(diǎn)，使連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)。其編碼規(guī)則如下：

①當(dāng)信碼的連“0”個(gè)數(shù)不超過(guò)3個(gè)時(shí)，仍按AMI碼的規(guī)則，即傳號(hào)極性交替；

②當(dāng)連“0”個(gè)數(shù)超過(guò)3個(gè)時(shí)，則將第4個(gè)“0”改為非“0”脈沖，記為+V或-V，稱之為破壞脈沖。相鄰V碼的極性必須交替出現(xiàn)，以確保編好的碼中無(wú)直流分量；

③為了便于識(shí)別，V碼的極性應(yīng)與其前一個(gè)非“0”脈沖的極性相同，否則，將四連“0”的第一個(gè)“0”更改為與該破壞脈沖相同極性的脈沖，并記為+B或-B；第三十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

④破壞脈沖之后的傳號(hào)碼極性也要交替。

雖然HDB3碼的編碼規(guī)則比較復(fù)雜，但譯碼卻比較簡(jiǎn)單。從上述原理看出，每一個(gè)破壞符號(hào)V總是與前一非0符號(hào)同極性（包括B在內(nèi)）。這就是說(shuō)，從收到的符號(hào)序列中可以容易地找到破壞點(diǎn)V，于是也斷定V符號(hào)及其前面的3個(gè)符號(hào)必是連0符號(hào)，從而恢復(fù)4個(gè)連0碼，再將所有-1變成+1后便得到原消息代碼。當(dāng)接收端收到HDB3碼后對(duì)其解碼還原成二進(jìn)碼。

HDB3碼保持了AMI碼的優(yōu)點(diǎn)外，同時(shí)還將連“0”碼限制在3個(gè)以內(nèi)，故有利于位定時(shí)信號(hào)的提取。HDB3碼是應(yīng)用最為廣泛的碼型，A律PCM四次群以下的接口碼型均為HDB3碼。HDB3碼的碼型如圖3-2中的（c）所示；第三十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（6）傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼（CMI碼）：它是一種二電平不歸結(jié)零碼,屬于1B2B碼。CMI碼的編碼規(guī)則是：“1”碼交替用“11”和“00”兩位碼表示；“0”碼固定地用“01”表示。CMI碼有較多的電平躍變，因此含有豐富的定時(shí)信息。此外，由于10為禁用碼組，不會(huì)出現(xiàn)3個(gè)以上的連碼，這個(gè)規(guī)律可用來(lái)進(jìn)行檢錯(cuò)。由于CMI碼易于實(shí)現(xiàn)，且具有上述特點(diǎn)，因此ITU-T已建議將CMI碼作為同步數(shù)字系列(SDH)的STM-1的接口碼型，在速率低于8.448Mb/s的光纖傳輸系統(tǒng)中有時(shí)也用作線路傳輸碼型。CMI碼的碼型如圖3-2中的（d）所示；第三十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

圖3-2常見(jiàn)的基帶傳輸碼型第三十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

3.4

數(shù)字信號(hào)的調(diào)制傳輸

通信的最終目的是遠(yuǎn)距離傳遞信息。雖然基帶數(shù)字信號(hào)可以在傳輸距離不遠(yuǎn)的情況下直接傳送，但如果要進(jìn)行遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)，特別是在無(wú)線信道上傳輸時(shí)，則必須經(jīng)過(guò)調(diào)制將信號(hào)頻譜搬移到高頻處才能在信道中傳輸。為了使數(shù)字信號(hào)在有限帶寬的高頻信道中傳輸，必須對(duì)數(shù)字信號(hào)進(jìn)行載波調(diào)制。如同模擬信號(hào)的頻帶傳輸時(shí)一樣，傳輸數(shù)字信號(hào)時(shí)也有三種基本的調(diào)制方式：振幅鍵控（ASK）、頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。

第三十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

理論上數(shù)字調(diào)制與模擬調(diào)制在本質(zhì)上沒(méi)有什么不同，它們都屬于正弦波調(diào)制。但是，數(shù)字調(diào)制是源信號(hào)為離散型的正弦波調(diào)制，而模擬調(diào)制則是源信號(hào)為連續(xù)型的正弦波調(diào)制，因而，數(shù)字調(diào)制具有由數(shù)字信號(hào)帶來(lái)的一些特點(diǎn)。這些特點(diǎn)主要包括兩個(gè)方面：第一，數(shù)字調(diào)制信號(hào)的產(chǎn)生，除把數(shù)字的調(diào)制信號(hào)當(dāng)作模擬信號(hào)的特例而直接采用模擬調(diào)制方式產(chǎn)生數(shù)字調(diào)制信號(hào)外，還可以采用鍵控載波的方法。第二，對(duì)于數(shù)字調(diào)制信號(hào)的解調(diào)，為提高系統(tǒng)的抗噪聲性能，通常采用與模擬調(diào)制系統(tǒng)中不同的解調(diào)方式。第三十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日4

光信號(hào)的傳輸4.1

光信號(hào)傳輸?shù)幕驹?/p>

4.1.1光信號(hào)的發(fā)送——強(qiáng)度調(diào)制

光纖通信中采用強(qiáng)度調(diào)制的方式控制信號(hào)的產(chǎn)生。強(qiáng)度即指光強(qiáng)，是指單位面積上的光功率。其原理是以電信號(hào)來(lái)控制發(fā)光器的工作電流，從而控制發(fā)光器的輸出功率，使之隨信號(hào)電流成線性變化，在線路上通過(guò)光信號(hào)的有無(wú)來(lái)表示數(shù)字信號(hào)的1、0。

第三十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.1.2光信號(hào)的接收——直接檢波

直接檢波完成與強(qiáng)度調(diào)制相反的動(dòng)作，即利用光電檢測(cè)器直接對(duì)已調(diào)光信號(hào)在光頻上進(jìn)行檢測(cè)，根據(jù)光功率的強(qiáng)弱來(lái)判斷光信號(hào)的有無(wú)，進(jìn)而轉(zhuǎn)化為數(shù)字信號(hào)。第三十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日4.1.3光纖通信中的線路編碼

一般數(shù)字系統(tǒng)的傳輸碼型如HDB3、CMI碼均不完全適合在光纖信道上傳輸，因此必需進(jìn)行重新編碼，以滿足光纖信道的要求。

（1）對(duì)光纖通信中線路碼型的要求

①雙極性碼變?yōu)閱螛O性碼，發(fā)光器只能識(shí)別電流的有無(wú)，不能產(chǎn)生負(fù)脈沖；

②可以從接收碼元序列中提取時(shí)鐘；

③加擾，有規(guī)律的破壞信息碼流中的連“0”或連“1”，以便于提取時(shí)鐘信號(hào)；第三十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

④可進(jìn)行不中斷業(yè)務(wù)傳輸?shù)恼`碼監(jiān)測(cè),例如:CMI碼出現(xiàn)“10”即是誤碼，要求光纖信道編碼具有類似功能；

⑤減少信號(hào)中直流電平的起伏：在接收側(cè)，直流電平即是進(jìn)行接收判決的門限電平，如果直流電平變化較大，即會(huì)出現(xiàn)誤判，從而產(chǎn)生誤碼。

⑥能提供一定數(shù)量的輔助信號(hào)和區(qū)間通信信道：輔助信號(hào)主要是用于維護(hù)功能中的監(jiān)控和倒換等信號(hào)；區(qū)間信道則是用于中繼站間或中繼站與終端站之間、附加于系統(tǒng)主信道之上的通信信道。第三十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（2）常用的信道編碼：

①擾碼：擾碼是將原有的二進(jìn)制序列以一定規(guī)律重新排列，從而改善碼流的一些特性。如改變?cè)械摹?”、“1”分布等。擾碼的優(yōu)點(diǎn)是不增加線路速率、適于高速系統(tǒng)，缺點(diǎn)是可減少但不能完全抑制較長(zhǎng)的連“0”或“1”序列，可能會(huì)丟失定時(shí)信息。一般擾碼與其它編碼方式結(jié)合使用；

②mBnB碼：是分組碼的一種，常用碼型有1B2B、2B3B和5B6B等,它將原始碼流以m個(gè)比特為一組,根據(jù)一定規(guī)則變?yōu)閚個(gè)比特一組的碼組輸出,n>m。優(yōu)點(diǎn)是加入冗余信息,可用于誤碼監(jiān)測(cè),定時(shí)信息豐富,而且頻率特性好。缺點(diǎn)是不利用插入輔助通信信息,傳輸輔助信號(hào)比較困難;第四十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

③插入比特碼；插入比特碼是將原碼流的m比特為一組，在其后插入1個(gè)比特，構(gòu)成新的碼流。優(yōu)點(diǎn)是插入的比特可以用作誤碼檢測(cè)，輔助信道，改善“0”、“1”分布等多種用途。根據(jù)插入碼的功能不同，常用的有mB1P、mB1C、mB1H等幾種。

實(shí)際的光纖設(shè)備中，常把擾碼與mBnB碼或插入比特碼結(jié)合使用，組成線路編碼。擾碼+5B6B、擾碼+4B1H，即是兩種常用的線路碼型。第四十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.2

光纖通信系統(tǒng)的基本組成

一個(gè)最簡(jiǎn)單的光纖通信系統(tǒng)由光發(fā)射機(jī)、光接收機(jī)、光中繼器、光纜等組成，如圖4-1所示。

圖4-1光纖通信系統(tǒng)組成第四十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.2.1光發(fā)射機(jī)

（1）光發(fā)射機(jī)的組成：如圖4-2所示，光發(fā)射機(jī)是由均衡放大器、碼型變換、復(fù)用、擾碼、時(shí)鐘提取、光源、光源的調(diào)制電路、光源的控制電路及光源的監(jiān)視和保護(hù)電路組成。光發(fā)射機(jī)首先要對(duì)由電端機(jī)送的電信號(hào)進(jìn)行均衡放大,需要特別說(shuō)明的是，光發(fā)射機(jī)的對(duì)外接口是由國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)定義的，邏輯信號(hào)與物理電路的結(jié)構(gòu)均需要遵循這些規(guī)范。第四十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

圖4-2光發(fā)射機(jī)的組成第四十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

①光源：是光發(fā)射機(jī)的關(guān)鍵部件，產(chǎn)生光波,光源器件是光纖通信設(shè)備的核心；

②均衡放大器：由于在實(shí)際的系統(tǒng)中總是存在不同程度的碼間干擾，往往在系統(tǒng)中加入均衡器，用以校正這些失真。本系統(tǒng)中由PCM端機(jī)送來(lái)的HDB3（三階高密度雙極性碼）或CMI（傳號(hào)反轉(zhuǎn)碼）碼流，首先需要經(jīng)過(guò)均衡放大，用于補(bǔ)償由電纜傳輸產(chǎn)生的衰減和畸變，以便正確譯碼；

③線路編碼：包括碼形變換和編碼。碼形變換是由于光源不能產(chǎn)生負(fù)脈沖，將雙極性碼變?yōu)閱螛O性碼。編碼是為滿足光纖傳輸?shù)募訑_、時(shí)鐘提取等要求；第四十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

④調(diào)制電路：將電壓信號(hào)轉(zhuǎn)換為電流調(diào)制信號(hào)，以驅(qū)動(dòng)電源；⑤碼型變換：由均衡器輸出的是HDB3或CMI碼，HDB3碼是三值雙極性碼（即+1、0、-1），CMI碼是歸零碼。由于光源不能發(fā)射負(fù)脈沖，因此要通過(guò)碼型變換電路，將其變換成適合于光纖傳輸?shù)膯螛O性的非歸零的0、1碼（即NRZ碼）。

⑥時(shí)鐘提?。河捎诖a型變換、擾碼和編碼的過(guò)程都需要以時(shí)鐘信號(hào)為依據(jù)，因此，在均衡電路之后，由時(shí)鐘提取電路提取時(shí)鐘信號(hào)，供碼型變換、擾碼和解碼電路使用。第四十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日⑦擾碼：若信息碼流中出現(xiàn)長(zhǎng)連0和長(zhǎng)連1的情況，將會(huì)給時(shí)鐘信號(hào)的提取帶來(lái)困難。為了避免出現(xiàn)這種情況，需要附加一個(gè)擾碼器，將原始的二進(jìn)制碼序列加以變換，使之達(dá)到0、1等概率出現(xiàn)。相應(yīng)地，在光接收機(jī)的判決器后加一個(gè)解擾器，以恢復(fù)原始序列。⑧其它輔助電路：包括溫度控制（補(bǔ)償）電路，功率控制電路，告警指示電路，保護(hù)電路等。

（2）光發(fā)送機(jī)的作用：把電信號(hào)轉(zhuǎn)換成光信號(hào)，并送入光纖線路進(jìn)行傳輸。光發(fā)送機(jī)合適的輸出光功率為0.01mw-5mw。第四十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（3）光源：光源是光發(fā)射機(jī)的核心部件,當(dāng)前光纖通信中常用的光源主要有半導(dǎo)體發(fā)光二極管（LED）和半導(dǎo)體激光二極管（LD）兩種。

①光源的作用：是將傳輸?shù)碾娦盘?hào)轉(zhuǎn)換為光信號(hào)進(jìn)入光纖；

②光纖通信系統(tǒng)對(duì)光源的要求：

a．合適的發(fā)光波長(zhǎng):應(yīng)處于光纖的工作窗口內(nèi)；

b．足夠的輸出功率:輸出功率直接影響著光纖通信的中繼距離，一般輸出功率均應(yīng)在1mw以上；

c．可靠性高:要求平均工作壽命在106小時(shí)以上；

d．輸出效率高:主要為了支持無(wú)人中繼站的供電；

e．光譜寬度窄:窄譜線的激光器可以有效地降低色散效應(yīng)的影響。

第四十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

③LED：發(fā)光二極管主要依靠半導(dǎo)體自身的輻射發(fā)光。其特點(diǎn)是譜線較寬、響應(yīng)速度慢、溫度特性好、且控制電路簡(jiǎn)單。LED適用于模擬光纖通信系統(tǒng),LED通常和多模光纖耦合,主要用于34Mbit/s以下的短距離小容量的數(shù)字光纖通信系統(tǒng)；

④LD：半導(dǎo)體激光器是依靠半導(dǎo)體中的光學(xué)譜振腔受激輻射產(chǎn)生光振蕩從而發(fā)光，其閥值電流越小越好,一般來(lái)說(shuō)，閾值電流越小，使用壽命越長(zhǎng)；閾值電流越大，使用壽命越短。LD適用于長(zhǎng)距離大容量的光纖通信系統(tǒng)。

第四十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.2.2光接收機(jī)

（1）光接收機(jī)的組成：如圖4-3所示，直接檢波式光接收機(jī)一般由光電檢測(cè)器、放大電路、均衡器、判決器、增益控制電路、時(shí)鐘恢復(fù)電路等組成。

圖4-3光接收機(jī)的組成第五十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

①光電檢測(cè)器：是光纖通信系統(tǒng)中接收端機(jī)中的第一個(gè)部件；

②放大電路：將電信號(hào)放大至一定幅度，一般是級(jí)聯(lián)形式的放大電路；

③均衡器：將信號(hào)波形進(jìn)行調(diào)整，使之適于進(jìn)入判決電路；校正由于信道特性（包括接收濾波器在內(nèi)）不理想而產(chǎn)生的波形失真或碼間串?dāng)_。

第五十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

④判決器：對(duì)點(diǎn)信號(hào)進(jìn)行判決，獲得“0”、“1”碼流。它是在傳輸特性不理想及噪聲背景下，在規(guī)定時(shí)刻（由位定時(shí)脈沖控制）對(duì)接收濾波器的輸出波形進(jìn)行抽樣判決，以恢復(fù)或再生基帶信號(hào)。用來(lái)抽樣的位定時(shí)脈沖則依靠同步提取電路從接收信號(hào)中提取，位定時(shí)的準(zhǔn)確與否將直接影響判決效果；

⑤譯碼器：對(duì)線路編碼進(jìn)行譯碼；

⑥輸出接口：生成與輸出線路匹配的電信號(hào)；

第五十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

⑦增益控制電路：利用自動(dòng)增益控制電路（AGC）進(jìn)行控制，使光接收機(jī)的輸出保持穩(wěn)定,其原理就是利用反饋環(huán)路來(lái)控制主放大器的增益；

采用PIN光電檢測(cè)器的數(shù)字光接收機(jī),其自動(dòng)增益控制只對(duì)主放大器起作用;

⑧時(shí)鐘恢復(fù)電路：提取時(shí)鐘以獲得判決時(shí)刻。

光接收機(jī)的主要作用是將接收到的光信號(hào)變化為電信號(hào),并對(duì)電信號(hào)進(jìn)行放大、整形,再生后,生成與發(fā)送端相同的電信號(hào)。第五十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（2）光電檢測(cè)器：光電檢測(cè)器是光接收機(jī)的核心部件，常見(jiàn)的光電檢測(cè)器有PIN光電二極管和APD雪崩光電二極管兩種。

①光電檢測(cè)器的作用：光電檢測(cè)器的作用是將微弱的光信號(hào)轉(zhuǎn)換為電信號(hào)；

②

光電檢測(cè)器的噪聲:包括量子噪聲、暗電流噪聲、漏電流噪聲和雪崩光電二極管的倍增噪聲;第五十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

③對(duì)光電檢測(cè)器的要求：

a．靈敏度高：光纖上的線路信號(hào)有可能弱達(dá)1nw，因此靈敏度要盡可能的高；同時(shí)，光電檢測(cè)器的峰值響應(yīng)波長(zhǎng)要盡可能接近系統(tǒng)的工作波長(zhǎng)；

b．響應(yīng)速度快：即隨入射光信號(hào)產(chǎn)生電流信號(hào)的速度要快于系統(tǒng)的工作碼率；

c．暗電流?。喊惦娏魇侵笩o(wú)光照射時(shí)，光電檢測(cè)器的輸出電流。暗電流給光接收機(jī)引入了噪聲，因此越小越好；

d．受環(huán)境變化、溫度變化的影響盡可能小。第五十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

④半導(dǎo)體的光電效應(yīng):當(dāng)光照射到半導(dǎo)體的PN結(jié)上,若光子能量足夠大,便發(fā)生受激吸收,即價(jià)帶的電子吸收光子的能量躍遷到導(dǎo)帶,形成電子-空穴對(duì)(光生載流子),這種現(xiàn)象稱為半導(dǎo)體的光電效應(yīng)。

⑤PIN光電二極管：利用光電效應(yīng)可以制造出簡(jiǎn)單的PN結(jié)光電二極管,在P型材料和N型材料之間加入一層輕摻雜的N型材料,經(jīng)擴(kuò)散后形成很寬的耗盡層,這種結(jié)構(gòu)的光電二極管稱為PIN光電二極管。主要原理是利用二極管內(nèi)耗盡層所形成的漂移電流來(lái)完成光電轉(zhuǎn)換。其特點(diǎn)是光電轉(zhuǎn)換效率高、響應(yīng)速度快，其響應(yīng)度隨入射光波長(zhǎng)的增大而增大。

第五十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日⑥APD雪崩光電二極管：原理與PIN類似，區(qū)別是由于雪崩現(xiàn)象，會(huì)在強(qiáng)光照射下光電流產(chǎn)生倍增效應(yīng)，其不但具有光電轉(zhuǎn)換作用,還具有內(nèi)部放大作用。其優(yōu)點(diǎn)是可以為光接收提高一定的動(dòng)態(tài)范圍，缺點(diǎn)是受濕度影響極嚴(yán)重、為保持穩(wěn)定的增益,雪崩光電二極管需要在溫度變化的情況下進(jìn)行額外的自動(dòng)溫度補(bǔ)償。另外,隨著溫度升高,雪崩光電二極管倍增增益將下降。第五十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（3）光接收機(jī)的評(píng)價(jià)指標(biāo)

①靈敏度：靈敏度是光接收機(jī)的重要性能指標(biāo)，是指光接收機(jī)在最佳工作狀態(tài)下，接收微弱光信號(hào)的能力。在一定的誤碼率水平下，靈敏度越高越好,光接收機(jī)在滿足給定的誤碼率指標(biāo)下,所需的平均光功率越高,則它的靈敏度越低。影響光接收機(jī)靈敏度的主要因素是雪崩光電二極管倍增的噪聲和放大器的噪聲等；第五十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

②動(dòng)態(tài)范圍：是在一定的誤碼率水平下，光接收機(jī)所能接收的最大最小的功率之差(即動(dòng)態(tài)范圍)，動(dòng)態(tài)范圍越大越好。實(shí)際設(shè)備中一般為16-20dB；

③噪聲:數(shù)字光接收機(jī)的內(nèi)部噪聲包括光電檢測(cè)器的噪聲和光接收機(jī)的電路噪聲；

④眼圖：眼圖是直觀表征接收信號(hào)質(zhì)量的重要手段。眼圖是將連續(xù)的輸出信號(hào)在時(shí)域上重疊之后、觀測(cè)到的形狀，其圖案類似于眼睛。評(píng)價(jià)的標(biāo)準(zhǔn)是眼睛張得越開(kāi)、眼皮越薄越好，即“0”“1”的間隔大、信號(hào)幅度抖動(dòng)小。第五十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

4.2.3光纖通信系統(tǒng)中的其它設(shè)備

（1）光中繼器：光中繼器用于長(zhǎng)距傳輸中對(duì)衰減和變形了的光信號(hào)進(jìn)行放大和再生。一般可分為光/光(全光)中繼器和光/電中繼器兩種。光/光中繼器結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，但由于目前技術(shù)所限，無(wú)法用于高速系統(tǒng)。光/電中繼器可用于插入監(jiān)控信號(hào)，但結(jié)構(gòu)復(fù)雜，常用的是光/電中繼器。光中繼器也可以分為有人中繼器和無(wú)人中繼器，在海底、野外等惡劣環(huán)境下，一般采用無(wú)人中繼，為了增加光纖的通信距離和通信容量,就必須在傳輸線路中每隔一定距離50-70KM設(shè)置一個(gè)光中繼器,光電中繼器采用光-電-光轉(zhuǎn)換模式,全光中繼器沒(méi)有光-電-光的轉(zhuǎn)換過(guò)程,就是光放大器；第六十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

（2）光開(kāi)關(guān)：光開(kāi)關(guān)是用于傳輸線路轉(zhuǎn)換的器件，利用光開(kāi)關(guān)可以直接進(jìn)行光路交換。常見(jiàn)的有機(jī)械式和電子式開(kāi)關(guān)。

（3）光放大器：光放大器主要應(yīng)用于光中繼器中光信號(hào)的放大、光發(fā)射機(jī)中放大進(jìn)入光線路的信號(hào)，以及接收機(jī)中對(duì)微弱光信號(hào)的再生。

（4）保護(hù)倒換系統(tǒng)：由于骨干網(wǎng)傳輸對(duì)可靠性的要求非常高，因此光纖通信一般采用主備倒換方式。常見(jiàn)的有一主一備倒換和多主一備倒換。當(dāng)前多主一備方式的應(yīng)用更為廣泛。第六十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日5數(shù)字信號(hào)復(fù)接

5.1模擬信號(hào)的數(shù)字化

通常所說(shuō)的模擬信號(hào)數(shù)字化是指將模擬的話音信號(hào)數(shù)字化、將數(shù)字化的話音信號(hào)進(jìn)行傳輸和交換的技術(shù)。這一過(guò)程涉及數(shù)字通信系統(tǒng)中的兩個(gè)基本組成部分：一個(gè)是發(fā)送端的信源編碼器，它將信源的模擬信號(hào)變換為數(shù)字信號(hào)，即完成模擬/數(shù)字（A/D）變換；另一個(gè)是接收端的譯碼器，它將數(shù)字信號(hào)恢復(fù)成模擬信號(hào)，即完成數(shù)字/模擬（D/A）變換，將模擬信號(hào)發(fā)送給信宿。第六十二頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

(1)

A/D變換

模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程主要包括三個(gè)步驟：抽樣、量化和編碼。抽樣是指用每隔一定時(shí)間的信號(hào)樣值序列來(lái)代替原來(lái)在時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)，也就是在時(shí)間上將模擬信號(hào)離散化。量化是用有限個(gè)幅度值近似原來(lái)連續(xù)變化的幅度值，把模擬信號(hào)的連續(xù)幅度變?yōu)橛邢迶?shù)量的有一定間隔的離散值。編碼則是按照一定的規(guī)律，把量化后的值用二進(jìn)制數(shù)字表示，然后轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制或多進(jìn)制的數(shù)字信號(hào)流。

(2)D/A變換在接收端則與上述模擬信號(hào)數(shù)字化過(guò)程相反。首先經(jīng)過(guò)解碼過(guò)程，再經(jīng)過(guò)低通濾波器恢復(fù)成原來(lái)的模擬信號(hào)。

第六十三頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

5.2多路復(fù)用技術(shù)

在數(shù)字通信中，復(fù)用技術(shù)的使用極大地提高了信道的傳輸效率，取得了廣泛地應(yīng)用。多路復(fù)用技術(shù)就是在發(fā)送端將多路信號(hào)進(jìn)行組合，然后在一條專用的物理信道上實(shí)現(xiàn)傳輸，接收端再將復(fù)合信號(hào)分離出來(lái)。多路復(fù)用技術(shù)主要分為兩大類：頻分多路復(fù)用（簡(jiǎn)稱頻分復(fù)用）和時(shí)分多路復(fù)用（簡(jiǎn)稱時(shí)分復(fù)用），波分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)復(fù)用本質(zhì)上也屬于這兩種復(fù)用技術(shù)。另外還有一些其他的復(fù)用技術(shù)，如碼分復(fù)用、極化波復(fù)用和空分復(fù)用等。第六十四頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

5.2.1

頻分復(fù)用（FrequencydivisionMultiplexing）

1)頻分復(fù)用原理

所謂頻分復(fù)用（FDM）技術(shù)，是指按照頻率的不同來(lái)復(fù)用多路信號(hào)的方法。在頻分復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個(gè)相互不重疊的頻段，每路信號(hào)占用其中一個(gè)頻段，因而在接收端可以采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號(hào)分開(kāi)，從而恢復(fù)出所需要的信號(hào)。在FDM系統(tǒng)中，各信號(hào)在頻域上是分開(kāi)的而在時(shí)域上是混疊在一起的，一個(gè)簡(jiǎn)單的頻分復(fù)用系統(tǒng)如圖5-1所示。第六十五頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

圖5-1頻分復(fù)用系統(tǒng)組成第六十六頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

2)

時(shí)分復(fù)用（TimedivisionMultiplexing）

時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)是利用各信號(hào)的抽樣值在時(shí)間上的不相互重疊來(lái)達(dá)到在同一信道中傳輸多路信號(hào)的一種方法，各信號(hào)在時(shí)域上是分開(kāi)的，而在頻域上是混疊在一起的。時(shí)分復(fù)用方式將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片（簡(jiǎn)稱時(shí)隙），并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。時(shí)分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是時(shí)隙事先規(guī)劃分配好且固定不變。其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸；缺點(diǎn)是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無(wú)法占用這個(gè)空閑的信道。第六十七頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)第六十八頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

與FDM方式相比，TDM方式主要有以下兩個(gè)突出優(yōu)點(diǎn)：

(1)多路信號(hào)的復(fù)接和分路都是采用數(shù)字處理方式實(shí)現(xiàn)的，通用性和一致性好，比FDM的模擬濾波器分路簡(jiǎn)單、可靠；

(2)信道的非線性會(huì)在FDM系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真和高次諧波，引起信號(hào)間串?dāng)_，因此，要求信道的線性特性要好。而TDM系統(tǒng)對(duì)信道的非線性失真要求可以降低。3)

碼分復(fù)用（CDM）

碼分復(fù)用系統(tǒng)為每路信號(hào)分配了各自特定的地址碼，利用同一信道來(lái)傳輸信息。碼分復(fù)用系統(tǒng)的地址碼相互之間具有準(zhǔn)正交性，以區(qū)別各路信號(hào)。碼分復(fù)用的信號(hào)在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。也就是說(shuō)，每路信號(hào)有自己的地址碼，這個(gè)地址碼用于區(qū)別每路信號(hào)，地址碼彼此之間是互相獨(dú)立的，也就是互相不影響的.

第六十九頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

5.3

數(shù)字復(fù)接技術(shù)

5.3.1

數(shù)字復(fù)接的基本概念

在頻分復(fù)用的載波系統(tǒng)中，高次群系統(tǒng)是由若干個(gè)低次群信號(hào)通過(guò)頻譜搬移并疊加而成。例如，60路載波是由5個(gè)12路載波經(jīng)過(guò)頻譜搬移疊加而成。

在時(shí)分制數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率，常常需要將若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)流，以便在高速寬帶信道中傳輸。數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是解決PCM、SDH等系統(tǒng)中的傳輸信號(hào)由低次群到高次群的合成的技術(shù)。

第七十頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

擴(kuò)大數(shù)字通信容量有兩種方法。一種方法是采用PCM30/32系統(tǒng)（又稱基群或一次群）復(fù)用的方法。例如需要傳送120路電話時(shí)，可將120路話音信號(hào)分別用8kHz抽樣頻率抽樣，然后對(duì)每個(gè)抽樣值編8位碼。另一種方法是將幾個(gè)（例如4個(gè)）經(jīng)PCM復(fù)用后的數(shù)字信號(hào)（例如4個(gè)PCM30/32系統(tǒng)）再進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，形成容納更多路信號(hào)的數(shù)字通信系統(tǒng)。顯然，經(jīng)過(guò)數(shù)字復(fù)用后的信號(hào)的碼速率提高了，但是對(duì)每一個(gè)基群的編碼速度沒(méi)有提高，實(shí)現(xiàn)起來(lái)容易。目前廣泛采用這種方法提高通信容量。由于數(shù)字復(fù)用是采用數(shù)字復(fù)接的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)的，因此也稱為數(shù)字復(fù)接技術(shù)。第七十一頁(yè)，共八十一頁(yè)，2022年，8月28日

5.3.2

數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的組成

數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成，如圖5-2所示。數(shù)字復(fù)接器是把兩