第3章 数字通信系统概述1

《现代通信系统》第3章数字通信系统概述第3章数字通信系统概述3.1数字通信系统模型3.2数字复接技术3.3数字传输信号帧结构3.4数字传输信号的处理3.5数字信号的调制与解调《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.1数字通信系统模型3.1.1数字通信系统模型结构完成数字信号产生、变换、传递及接收全过程的系统称之为数字通信系统。数字通信系统的模型可用图3.1来描述。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.1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《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.1.21.1)信息传输速率2)码元(符号)转换公式为1BfNbM(3.1.1)《现代通信系统》第3章数字通信系统概述2.1)在数字通信中是用的脉冲信号,即用“1”和“0”携带信息。由于噪声、串音及码间干扰以及其他突发因素的影响,当干扰幅度超过脉冲信号再生判决的某一门限值时,将会造成误判成为误码,如图3.2所示。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.2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t《现代通信系统》第3章数字通信系统概述2)在实际的数字通信系统中,含有多个再生中继段,上面讲的误判产生的误码率是指在一个中继段内产生的,当它继续传到下一个中继段,也有可能再产生误判,但这种误判把原来误码纠正过来的可能性极少。limenP产生错误码元(个数)传输的总码元(个数)(3.1.2)1imeBeBiPP(3.1.3)ieBeBPmP(3.1.4)《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.1)所谓抖动,是指在噪声因素的影响下，数字信号的有效瞬间相对于应生成理想时间位置的短时偏离。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.3脉冲抖动的意义①发送脉冲②接收脉冲③抖动函数t1t2t3t4t5t1t2t3t4t5j(t)t《现代通信系统》第3章数字通信系统概述2)抖动容限一般是用峰—峰抖动Jp-p来描述的。它是指某个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最大部分偏离。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.2数字复接技术3.2.1数字多路通信也叫做时分多路通信,所谓时分多路通信,是利用多路信号(数字信号)在信道上占有不同的时间间隙来进行通信的。多路通信的基础源于数学上信号的正交性：2112()()0ttFftftdt(3.2.1)《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.4脉冲信号的正交f1(t)At1t2T0tf2(t)0t1t2t3T0tt3《现代通信系统》第3章数字通信系统概述对于不是连续信号,如时分制中的脉冲信号,只能用离散和来代替以上积分,即0120()()()TtRTftft(3.2.2)根据离散和计算有1212012130122123()[()()][()()][()()][()()]0ttttttRTftftftftftftftft(3.2.3)《现代通信系统》第3章数字通信系统概述如第2章PCM脉冲编码技术所述,由抽样定理把每路话音信号按8000次/s抽样,对每个样值编8位码,那么第一个样值到第二个样值出现的时间,即1/8000s(=125μs),称为抽样周期T(=125μs)。在这个T时间内可间插许多路信号直至n路,这就是时间的可分性(离散性),就能实现许多路信号在T时间内的传输。其多路通信模型如图3.5所示。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.5时分多路复用示意图m1(t)m2(t)12S1mn(t)n信道n12m1(t)mn(t)′′m2(t)′S2……《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.2.2数字复接,就是利用时间的可分性,采用时隙叠加的方法把多路低速的数字码流(支路码流),如图3.6(a)所示,在同一时隙内合并成为高速数字码流的过程。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.6(a)一次群(基群)；(b)二次群(按位数字复接)；(c)二次群(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)11110101100111100111101000011111(b)PCM30/32(1)CH1(c)10110101110110110011101111010110《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.3帧结构一般都采用由世界电信组织建议的统一格式,为保证数字通信系统正常工作,在一帧的信号中应有以下基本信号:①帧同步信号(帧定位信号)及同步对告信号;②信息信号;③其他特殊信号(地址、信令、纠错等信号);④勤务信号。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.3.1PCM30/32路基群帧结构1)30个话路时隙:TS1～TS15,TS17～TS312)帧同步时隙:TS03)信令复帧时隙:TS16每一路时隙tc为1253.9321250.488328ccBTstsntTstsLnL码字位数L=8,故每一位时隙tB为(3.3.1)(3.3.2)《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.7PCM30/32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(2ms)…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1001101111A111111保留给国内用(目前固定为1)复帧同步码1复帧对告码00001A211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：A1＝1；A2＝1《现代通信系统》第3章数字通信系统概述数码率132880002048/BsBnLfnLfkbstT(3.3.3)《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.8PCM30/32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《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.3.2准同步数字复接(PDH)系列帧结构(以PCM30/32路为基础)1.准同步复接(PDH)系列根据不同需要和不同传输介质的传输能力,要有不同的话路数和不同的速率复接形成一个系列,由低向高逐级进行复接，这就是数字复接系列。倘若被复接的几个支路(低等级支路信号)是在同一高稳定的时钟控制下,它们的数码率是严格相等的,即各支路的码位是同步的。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述表3.1两类速率复接系列比较表《现代通信系统》第3章数字通信系统概述2.2.048Mb/s速率接口的(PDH)复接系列二次群帧结构图3.9数字复接示意图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《现代通信系统》第3章数字通信系统概述在每支路复接时码率究竟如何调整呢?CCITT推荐的速率系列PDH二次群速率为8.448Mb/s。CCITTG.742推荐的正码速调整(增加码位)准同步复接系列PDH二次群的帧结构中各支路的比特安排如图3.10(a)所示,它的复接帧如图3.10(b)所示,帧长848比特,帧周期为100.38μs。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.10(a)基群支路插入码及信息码分配；(b)复接帧结构636637638639640641642643644645848429……42442542642742821321421521621721210111213121234……………5354106107…159160161212…212比特Ⅰ组53比特Ⅱ组53比特Ⅲ组53比特Ⅳ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F11F21F23F33F4350×4＝200C11C21C31C4152×4＝208C12C22C32C42信息码插入标志插入码信息码52×4＝208C13C23C33C43V1V2V3V451×4＝204(b)《现代通信系统》第3章数字通信系统概述采用三位标志码Cij便于多数判决以决定分接时“去塞”与否,其正确判断的概率为3333393(1)(1)21321310100.999997eeeeePPPPP当误码率Pe=10－３时,正确判断的概率为《现代通信系统》第3章数字通信系统概述表3.234368kb/s复用帧结构《现代通信系统》第3章数字通信系统概述表3.3139264kb/s复用帧结构《现代通信系统》第3章数字通信系统概述表3.4PDH接口速率、码型表《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.3.3同步数字复接(SDH)系列帧结构1.同步数字复接系列SDH通信容量越来越大,业务种类越来越多,传输的信号带宽越来越宽,数字信号传输速率越来越高。这样便会使PDH复接的层次越来越多,而在更高速率上的异步复接/分接需要采用大量的高速电路,这会使设备的成本、体积和功耗加大,而且使传输的性能恶化。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述2.SDH同步数字复接系列帧结构按世界ITU―T1995年G.707协议规范,SDH的数字信号传送帧结构安排尽可能地使支路信号在一帧内均匀地、有规律地分布,以便于实现支路的同步复接、交叉连接、接入/分出(上/下——Add/Drop),并能同样方便地直接接入/分出PDH系列信号。为此,ITU―T采纳了以字节(Byte)作为基础的矩形块状帧结构(或称页面块状帧结构),如图3.11所示。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.11SDH帧结构9×270×N字节SOHAU-PTRSOH1234567893行1行5行STM-N净负荷(含POH)传输方向9×N261×N270×N例《现代通信系统》第3章数字通信系统概述1)信息净负荷区域是帧结构中存放各种信息负载的地方。2)段开销(SectionOverHead)是STM帧结构中为了保证信息净负荷正常、灵活传送所必须的附加字节,是供网络运行、管理和维护使用的字节。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3)管理单元指针用来指示信息净负荷的第一个字节在STM帧中的准确位置,以便在接收端能正确地分接信息净负荷信号。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.43.4.1根据电缆信道的特点及传输数字信号的要求,要满足以下几个条件:①码型中,高、低频成分少,无直流分量。②在接收端便于定时提取。③码型应具有一定的检错(检测误码)能力。④设备简单、易于实现。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述1.不归零码和归零码通常,常见的码型(脉冲波形)有不归零码(NRZ)和归零码(RZ),对应波形及频谱如图3.12、3.13所示。《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.12单极性不归零码及功率谱A0110TB2TBs(t)101t3TB4TB5TB6TBPS(t)0fB2fB3fB4fBf《现代通信系统》第3章数字通信系统概述图3.13单极性归零码及功率谱s(t)10110101TB2TB3TB4TB5TB6TBtPS(t)02fBfB3fB4fBf《现代通信系统》第3章数字通信系统概述2.双极性半占空码(AMI)AMI码编码规律及频谱如图3.14所示。图3.14AMI码及功率谱A0＋10TB2TBs(t)0t3TB4TB5TB6TBPS(t)0fB2fB3fB4fBt－1＋1－1－A《现代通信系统》第3章数字通信系统概述3.HDB3码HD