通信导论第2章-数字通信技术

第二章数字通信技术华北电力大学通信技术研究所NCEPU22.1模拟信号的数字化2.2时分多路复用及PCM30/32路系统2.3数字复接技术2.4同步数字系列SDH第二章数字通信技术NCEPU32.1模拟信号的数字化古代通信峰火台人类语言书信耕地靠牛，点灯靠油治安靠狗，娱乐靠球交通靠走，通信靠吼NCEPU4近代通信电磁通信与数字时代的起步电话无线电台与无线电报传真计算机、集成电路的出现NCEPU5电磁通信：电话机电话机的发明1875年6月2日贝尔和沃森发明了电话（原始的电磁式电话）1877年爱迪生发明了碳精式送话器+手柄+呼叫设备（电铃）+手摇发电机+干电池（磁石式电话机）NCEPU6送话器受话器原始话音还原话音二-四转换消侧音电路电话机原始话音还原话音电话机的构成NCEPU7受话器：将相应的电信号还原为声音的转换器。送话器：将声音变换为相应电信号的转换器。旋转式拨号盘:最原始的拨号盘。按键式拨号盘：与拨号集成电路配合发出脉冲或双音频(DTMF)信令。振铃器：交铃流、音调振铃器。开关、叉簧：接插件，二、四线绳。电话机的组成部件NCEPU8电话机的通话原理发话器受话器受话器发话器电话机电话机电源电源发话器受话器受话器发话器电话机电话机电源二四转换二四转换NCEPU9模拟与数字的概念模拟信号-参量(因变量)取值随时间(自变量)的连续变化而连续变化的信号；离散信号-在时间上取离散值的信号。数字信号-自变量取离散值，参量取有限个经过量化的离散信号。f(t)t输入信号u(t)oofu(t)t抽样脉冲ot样值序列NCEPU10噪声信源调制器信道解调器信宿信源编码信道编码信道译码信源解码模拟通信vs数字通信干扰信源发送设备传输介质接收设备信宿源系统目的系统模拟通信系统模型数字通信系统模型NCEPU11数字通信的优点抗噪声（干扰）能力强；可以控制差错，提高了传输质量；便于用计算机进行处理；易于加密、保密性强；可以传输语音、数据、影像，通用、灵活；NCEPU12PCM编解码图中的A/D变换包含三个部分：抽样、量化和编码。(1)抽样抽样是将模拟信号在时间上离散化的过程。(2)量化量化是将模拟信号在幅度上离散化的过程。(3)编码编码是指将每个量化后的样值用一定的二进制代码来表示。NCEPU13PCM编解码框图NCEPU14–话音信道带宽4kHz–采样时钟频率：8kHz(2倍话音最大频率)•采样间隔(时间片)：1/8k=125us–量化级数：256级(用8位二进制码表示)–数据率：8000次/s*8bit=64kbit/s•每路PCM信号的速率=64kbit/s模拟话音采样时钟PCM信号采样电路量化和编码数字化声音f4kHzfs=8kHz语音信号的PCM编码过程NCEPU15信源编码：对模拟信号进行编码，去掉冗余信息，得到数字信号；信道编码：对数字信号进行再次编码，使得信号具有自动检错、纠错能力。数字通信的两次编码NCEPU16时分多路复用的概念目前多路复用方法中用得最多的有两大类：频分多路复用（FDM）和时分多路复用(TDM)。所谓时分多路复用（即时分制）是利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路信号的。2.2时分多路复用和PCM30/32路系统NCEPU17时分制示意图NCEPU18多路复用示意图DEMUX复用器解复用器共享信道MUX信源信宿NCEPU19时分多路复用A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流时隙号1231D3D2D1时间片12时间片2D1时隙D2复用器原理：把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。NCEPU20时分多路复用数字电话系统放大低通放大低通汇总解码再生分路发端定时收端定时抽样/量化/编码码型变换帧同步码检出码型反变换帧同步码发生器TS0数据码信令码（复帧同步码TS16）话音信号差动系统自信道来发至信道发收14213021302数据码信令码（复帧同步码TS16）NCEPU21PCM30/32路系统帧结构NCEPU22(1)30个话路时隙：TS1～TS15，TS17～TS31(2)帧同步时隙：TS0(3)信令与复帧同步时隙：TS16PCM30/32路系统帧结构NCEPU232.3数字复接技术NCEPU24数字复接系统方框图NCEPU25数字复接系统的构成数字复接器的功能是把4个支路（低次群）合成一个高次群。数字分接器的功能是把高次群分解成原来的低次群，它是由定时、同步、分接和恢复等单元组成。NCEPU26PCM复接体制NCEPU27（1）易于构成通信网，便于分支与插入，并具有较高的传输效率。复用倍数适中，多在3～5倍之间。（2）可视电话、电视信号以及频分制群信号能与某个高次群相适应。（3）与传输媒介，如对称电缆、同轴电缆、微波、波导、光纤等传输容量相匹配。复接体制的优点NCEPU282.4数字传输体系PDH/SDH电传输和光传输准同步数字体系PDH同步数字体系SDHPDH与SDH的互通NCEPU29负载段开销一个传输系统的例子NCEPU30再生段开销复用段开销通道开销VC-4(虚容器4VirtualContainerLevel4)TU’s(支路单元TributaryUnits)一个传输系统的例子NCEPU31电传输网在电领域完成信息的传输、交换、存储和处理等功能；特点：信息以模拟信号为主；信息在网络节点的时延较大；节点信息吞吐量小；信道容量受限、传输距离较短；NCEPU32在节点之间用光纤取代了电缆，实现了节点之间的全光化，但在节点仍用电信号完成信息的交换、存储和处理等功能；特点：通信容量大、传输距离远信号串扰小、保密性能好抗电磁干扰、传输质量高便于施工敷设光电混合网络NCEPU33光纤通信系统电端机发中继器电端机收光发射机光接收机光纤或光缆光纤通信系统放大器NCEPU34准同步数字系列PDH(PlesiochronousDigitalHierarchy)Basic64kbpsT11544T26312T344736T4274176E12048E28448E334368E4139264USA,JAPANEUROPEX24X4X7X6X32X4X4X4819233792137472NCEPU35PDH的分插复用解复用解复用解复用复用复用复用140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s140Mb/s2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s140Mb/s电接口电接口2Mb/s(电信号)PDH分/插NCEPU36PDH的局限性PDH是逐级复用的,当从高速数字流中分出低速信号时,需要配备背对背的各级复用器,分支/插入电路不灵活,设备和维护成本高。PDH各级帧结构中预留的开销比特很少,不适应电信管理网(TMN)的需要。PDH在国际上出现多种标准,难以兼容互通。更高次群的复用采用PDH难以实现。NCEPU37同步数字系列SDH随着光纤通信技术的迅速发展,可达到的传输容量越来越大,带宽的节省已不再是选择传输技术的主要出发点。重点是考虑网络运用的灵活性、可靠性、维护管理的方便性,以及对未来发展的适应性。NCEPU38SDH(SynchronousDigitalHierarchy)Basic64kbps1544518401555206220802048155520622080USAEUROPESTM-1STM-424883202488320STM-16NCEPU39SDH的特点具有全世界统一的网络节点接口(NNI);具有一套标准化的信息结构等级,称为同步传送模块STM-1,STM-4,STM-16;其块状的帧结构具有丰富的用于维护管理的比特;具有灵活的复用结构和指针调整技术。NCEPU40解复用解复用解复用复用复用复用ADM140/34Mb/s34/8Mb/s8/2Mb/s140Mb/s2/8Mb/s8/34Mb/s34/140Mb/s140Mb/s155Mb/s155Mb/s2Mb/s(电信号)电接口电接口2Mb/s(电信号)PDH分/插SDH分/插光接口光接口PDH和SDH的比较