数字通信原理 第七章(新)

1第7章数字信号的传输本章介绍数字传输的基本理论、基带传输的线路码型、再生中继系统的有关问题以及中继传输的的性能分析。27.1数字信号传输的基本理论7.1.1数字信号传输方式1.基带传输2.频带传输7.1.2数字信号波形与功率谱3（a）单极性全占空码（b）单极性半占空码111111101000BTBTtt004（c）双极性全占空码（d）双极性半占空码tt005图中所示的脉冲序列的基本信号单元是矩形脉冲。我们在研究信号序列特性时，从研究单元矩形脉冲的特性入手，继而导出数字信号序列特性。6单元矩形脉冲波形时域波形和频谱（p176）7单元矩形脉冲的波形如图所示，其函数表达式为：0)(Atg2t2t它所对应的频谱函数是：22)()(dteAdtetgGtjtj22sinA8对应的波形和频谱如图)(tg)(fGtf0022312132AA（a）波形（b）频谱图7-2单元矩形脉冲及频谱9对于确知信号波形可以采用傅氏变换方法求得信号的频谱。但实际信号是随机脉冲序列，是非确知信号，不能采用傅氏变换方法确定其频谱，只能用统计的方法研究其功率谱密度（功率谱）。10图7-3是几种随机二进制数字信号序列的功率谱曲线（p177）11分析得出：表示随机二进制数字序列的功率谱包括连续谱和离散谱两部分。连续谱是由非周期性单个脉冲所形成，其频谱与单个矩形脉冲的频谱有一定的比例关系。连续谱部分总是存在的。离散谱部分则与信号码元出现的概率和信号码元的密度有关，它包含直流、数码率以及的奇次谐波成分，在某些情况下可能没有离散谱分量。BfBf127.1.3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6.4＋发送滤波器抽样判决器信道接收滤波器)(tS)(tn)(S)(tR)(E)(tS)(L噪声13为分析方便，通常用单位冲击脉冲序列近似表示原始的数字信号序列。)()(BkkTtatS其中：是二进制码元（0或1），是码元间隔。kaBT14形成滤波器识别点抽样判决)(t)(tR)(R基带传输系统简化模型)()()()(ELsR15用单位冲击脉冲序列代替原始数字信号序列的理由：基带传输系统的有效传输频带1单位冲击脉冲序列及对应频谱ft00)(t)(1167.1.4数字信号传输的基本准则（无码间干扰的条件）P(179)171、无码间干扰的时域条件1()0BRkT0k0k（本码判决点）（非本码判决点）此式表示：当的值除（本码判决点）时不为零，在其它所有非本码判决点上均为零时，不会影响其它码元的判决。)(tR0t18为进一步说明无码间干扰的时域条件，假设图6.7所示的传输网络为理想低通滤波器，其特性如下图所示。cc0)(RKdt19其传递函数可表示为：0)(dtjekRcc下面我们分析，当数字信号序列送入此理想低通滤波器，输出波形示怎样的？20先以单个单位冲击函数为例说明。形成滤波器识别点抽样判决)(t)(R)(Y)(1)()()(ReeRYddtjtj)(对上式进行傅氏反变换，可求得输出响应为：21dedeRtRtYdttjtj)(21)(21)()()()(sindcdccttttttcccsin0dt令画出输出响应波形（图7-9）22此波形特点：1、0t输出最大值，有拖尾，衰减快2、时间轴上有许多等间隔零点，第一个零点是，零点间间隔是cf21cf21第2个特点说明通过理想低通网络传输时，其输出响应仅与理想低通截止频率有关。)(t23当输入数字信号序列时，用单位冲击脉冲序列近似表示为：这时数字信号序列经过等效理想低通网络传输后输出响应为：kBkkTta)(kBkkTtRa)(24根据图7-9所示的输出响应波形特点，只要满足零点间隔，则经等效理想低通网络传输后的输出响应都响应的有一个最大值。此值仅唯一的由响应的决定，而与相邻的其它的加入与否无关，即不受其它时刻加入脉冲的干扰。BcTf21)(t例子：设输入单位脉冲序列为1011001（P180）()t25结论：对于等效成截止频率为的理想低通网络来说，若数字信号以的符号速率传输，则在各码元的间隔处（即的整数倍处）进行抽样判决，不产生码间干扰，可正确识别出每一个码元。这一信号传输速率与理想低通截止频率的关心就是数字信号传输的一个基本准则-----奈奎斯特第一准则。cfcf2cBfT21262、理想基带传输系统有三个特点：1、输出响应波形在抽样判决点上无码间干扰。2、达到最高传输效率。3、在给定发送信号能量和信道噪声条件下，在抽样判决点上能给出最大信噪比。)/(22HzBdffBNcc273、滚降低通传输网络在实际应用中，采用具有奇对成滚降特性的低通滤波器作为传输网络。结论：只要滚降低通滤波器的幅频特性以点呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的条件（此时仍满足符号速率＝）。)2/1,(cfCcf287.2基带传输的线路码型不同的码型具有不同的功率谱结构，码型的功率谱结构应适合于给定信道的传输特性和对定时时钟提取的要求。297.2.1对基带传输码型的要求1、传输码型的功率谱中应不含有直流分量，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、对信源统计依赖性要小；6、要求码型变换设备简单、易于实现。307.2.2常见的传输码型1、单极性不归零码（NRZ)2、单极性归零码3、传号交替反转码（AMI)4、三阶高密度双极性码（HDB3)5、传号反转码（CMI码）编码规则：311.单极不归零码（NRZ码）码型及其功率谱（P184）缺点：（1）有直流成分，且信号能量大部分集中在低频。（2）提取时钟困难。（3）无检测误码能力，因传输码型无规律。不适合在电缆信道中传输。322.单极性归零码（RZ）码型及功率谱（p185）不适合在电缆信道中传输，但设备内部传输可以用。333.传号交替反转码（AMI）码型及功率谱（P195）特点：（1）无直流成分（2）高频成分少（3）码型功率谱中虽无时钟频率成分，但经全波整流就可以得到时钟信号。（4）具有一定的检测误码能力34AMI码的缺点：长连“0”过多不利于定时时钟信息的提取。改进后引入HDB3码。354.三阶高密度双极性码（HDB3）编码规则：（1）对4连0用取代节000V和B00V代替（2）取代节的安排顺序：先用000V，不适用时再用B00V。取代节的安排要满足以下要求：a.取代节之间V码交替b.V码要与前一个传号码极性相同（3）传号码除V外要满足极性交替原则。36例：二进码序列：10000101000001110000000001HDB3码序列：V+-1000V-+10-1B+00V+0-1+1-1000V-B+00V+00-1375.传号反转码（CMI）编码规则：001100或11交替387.2.3传输码型的误码增殖7.2.4传输码型特性的分析比较397.3数字信号的频带传输一、基带传输信道特性二、再生中继系统1、再生中继系统的构成2、再生中继系统的特点；407.4SDH传输网7.4.1SDH传输网的拓扑结构1.线形2.星形3.树形4.环形5.网孔形41427.4.2SDH传输接口1.SDH光接口和电接口的界定2.光接口分离3.SDH光接口技术指标4.SDH电接口指标437.4.3SDH自愈网1.线路保护倒换2.环形网保护44下面是几种常用的自愈环：（１）二纤单向通道倒换环（２）二纤双向通道倒换环（３）二纤单向复用段倒换环（４）四纤双向复用段倒换环（５）二纤双向复用段倒换环45ABCDP1S1P1S1CAACACCA图5-10二纤单向复用段倒换环（a)46ABCDP1S1P1S1CAACACCA图5-10二纤单向复用段倒换环（b)倒换47S1S2P1P2P2S2P1S1ABCDACCAACCA图5-11四纤双向复用段倒换环(a)48S1S2P1P2P2S2P1S1ABCDACCAACCA图5-11四纤双向复用段倒换环(b)倒换49ABCDCAACACCA图5-12二纤双向复用段倒换环（a）S1/P2S2/P1S2/P1S1/P250ABCDCAACACCA图5-12二纤双向复用段倒换环（b）S1/P2S2/P1S2/P1S1/P2倒换51S1P1P1S1ACCAACCA图5-13二纤单向通道倒换环(a)52S1P1P1S1ACCAACCA图5-13二纤单向通道倒换环(b)ABCD53S1S2ACCAACCA图5-14二纤双向通道倒换环(a)ABCDP2P154S1S2ACCAACCA图5-14二纤双向通道倒换环(b)ABCDP2P1553、DXC保护主要指利用DXC设备在网孔形网络中进行保护的方式。12单位业务量DXCDXCDXCDXCDXCDXCABECFD6单位2单位4单位图5.59采用DXC为节点的保护564、混合保护是采用环形网保护和DXC保护相结合，这样可以取长补短，大大增加网络的保护能力。DXC4/4ADMADMADMADMADMADMDXC4/1长途网局间中继网图5.60混合保护结构575.各种自愈网的比较587.4.4SDH网络结构7.4.5SDH网同步1.网同步的基本概念2.SDH网同步7.4.6SDH传输网的规划设计59606162636465