第4数字通信系统概述精选PPT.ppt
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1、第第4数字通信系统概数字通信系统概述述第1页,本讲稿共86页第第4章章 数字通信系统概述数字通信系统概述 4.1 数字通信系统模型数字通信系统模型4.2 数字复接技术数字复接技术4.3 数字传输信号帧结构数字传输信号帧结构4.4 数字传输信号的处理数字传输信号的处理4.5 数字信号的调制与解调数字信号的调制与解调 第2页,本讲稿共86页4.1 数字通信系统模型数字通信系统模型 4.1.1 数字通信系统模型结构 通信就是信息的传递。信息源:如声音、数据、文字、图像、代码等电信号;信源编码器:把模拟信号变换为数字信号(PCM);信道编码:完成多路数字信号复接,实现宽带(高频)数字信号 传输。数字调
2、制:根据信道媒质特性对编码后的数字信号还 要经调制后再送入信道中。信道:指传输信号的通道。注意:概念区别:不经调制的数字信号称为基带(无载频PCM)经过调制的数字信号称为频带(带载频)第3页,本讲稿共86页图4.1 数字通信系统 第4页,本讲稿共86页1采用数字信号传输-数字通信:抗干扰性强、躁声不积累2传输信道:采用频带宽,衰减小,抗干扰性强第5页,本讲稿共86页4.1.2 数字通信系统的主要性能指标 1.数字传输系统传输速率 1)信息传输速率 指在单位时间(每秒)传送的信息量。2)码元(符号)传输速率 转换公式为 话音频谱(300-3400Hz)模数变换A/D或D/A 单路话路模块变换64
3、kb/s 视频频率6.3MHz(4.1.1)第6页,本讲稿共86页 2.误码 1)误码概念 在数字通信中是用的脉冲信号,即用“1”和“0”携带信息。由于噪噪声声、串串音音及及码码间间干干扰扰以以及其他突发因素的影响,当干扰幅度超超过过脉脉冲冲信信号号再再生生判判决决的某一门限值时,将会造成误判成为误码。把“1”判为“0”情况,称减减码码;反之则称加加码码。但均为误码。如图4.2所示。第7页,本讲稿共86页图4.2 噪声叠加在数字信号上的波形 第8页,本讲稿共86页 2)误码积累 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。当经m个中继段后产生误
4、码率 产生错误码元(个数)传输的总码元(个数)(4.1.2)(4.1.3)(4.1.4)第9页,本讲稿共86页 3.抖动 1)抖动概念 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。第10页,本讲稿共86页图4.3 脉冲抖动的意义 脉冲间距第11页,本讲稿共86页 2)抖动容限 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。传输话音,系统抖动容限小于等于4%UI。数字信号,彩电抖动容限小于等于0.2%UI或更小。第12页,本讲稿共86页4.2 数字复接技术数字复接技术 4.2.1
5、 数字多路通信原理 数字多路通信也叫做分分多多路路时时通信,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:(4.2.1)第13页,本讲稿共86页图4.4 脉冲信号的正交 第14页,本讲稿共86页 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(4.2.2)根据离散和计算有(4.2.3)第15页,本讲稿共86页 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次次/s抽抽样样,对每个样样值值编编8位位码码,那么第一个样值到第二个样值出现的时间,即1/8000s(=125s),称为
6、抽抽样样周周期期T(=125s)。在这这个个T时时间间内内可可间间插插许许多多路路信信号号直直至至n路路,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4.5所示。时分多路编码第16页,本讲稿共86页图4.5 时分多路复用示意图 第17页,本讲稿共86页 4.2.2 数字信号复接技术 数字复复接接,就是利用时时间间的的可可分分性性,采用时隙叠加的方法把多路低速的数字码流(支路码流),在同一时隙内合并成为高速数字码流的过程。数字复接分:按位按码位时隙宽度进行时隙叠加时隙叠加;如图4.6(b)所示,按字-按码位进行数字编码,如采用8位编码。帧结构:数字通信中同
7、频、同相管理联络,收端准确接收等。时隙叠加是码字宽度缩小,即码率提高。时隙叠加是码字宽度缩小,即码率提高。第18页,本讲稿共86页 图4.6 按位复接和按字复接示意图(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)第19页,本讲稿共86页4.3 数字传输信号帧结构数字传输信号帧结构 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:帧同步信号(帧定位信号)及同步对告信号;信息信号;(传输话音内容)其他特殊信号(地址、信令、纠错等信号);勤务信号。(监测、告警、控制)第20页,本讲稿共86页4.3.1 PCM
8、30/32路基群帧结构 时隙信号作如下安排:1)30个话路时隙:TS1TS15,TS17TS31 2)帧同步时隙:TS0 3)信令复帧时隙:TS16 每一路时隙tc为码字位数L=8,故每一位时隙tB为(4.3.1)(4.3.2)第21页,本讲稿共86页图4.7 PCM30/32制式帧结构 第22页,本讲稿共86页数码率(4.3.3)第23页,本讲稿共86页图4.8 PCM30/32路系统方框图 第24页,本讲稿共86页 4.3.2 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 由低向高逐级进行复接,这就是数字复接系列。被复接的几个支路(低等级支路
9、信号)是在同一高稳定的时钟控制下,数码率是严格相等的,即各支路的码位是同步的。第25页,本讲稿共86页表4.1 两类速率复接系列比较表 第26页,本讲稿共86页 2.2.048Mb/s速率接口的(PDH)复接系列二次群帧结构 时钟偏差:5010-6 即 100b/s 图4.9 数字复接示意图 第27页,本讲稿共86页 复接器:码率调整,支路码率严格同步,汇接或合成。每支路复接支路复接时码率究竟如何调整CCITT推荐的速率系列PDH二二次次群群速速率率为为8.448Mb/s。G.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4.10(a)所示,子子
10、帧帧212比比特特,插插入入同同步步码码、监监测测、告告警警及速率码位。分为四组,每组及速率码位。分为四组,每组53比特比特,它的复接帧如图4.10(b)所示,帧长848比特,帧周期为100.38s。第28页,本讲稿共86页 图4.10 异步复接二次群帧结构(a)基群支路插入码及信息码分配;(b)复接帧结构第29页,本讲稿共86页在各支路的在各支路的帧同步码、告警、备用码位同步码、告警、备用码位Fiji支路编号,支路编号,j-码位编号,前位,码位编号,前位,码率调整:塞入标志ij 塞入脉冲Vi 提高支路码速第30页,本讲稿共86页 采用三位标志码Cij便于多多数数判判决决以决定分分接接时“去塞
11、去塞”与否,其正确判断的概率为当误码率Pe=10时,正确判断的概率为用一个标志位,概率1-Pe=0.999,第31页,本讲稿共86页 表4.2 34368kb/s复用帧结构 第32页,本讲稿共86页表4.3 139264kb/s复用帧结构 第33页,本讲稿共86页表4.4 PDH接口速率、码型表 HDB3 三阶高密双极性码(传输基带信号PDH)CMI 四次群接口码,只适用于光传输第34页,本讲稿共86页 4.3.3 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。国际规范统一同步数字复接系列 以
12、基本同步传输模块(STM-1)155.20Mb/s速率;STM-4(622.080Mb/s)STM-16(2488.320Mb/s)STM-64(9953.280Mb/s)STM-N(1、4、16、64、256)第35页,本讲稿共86页 2.SDH同步数字复接系列帧结构 按世界ITUT1995年G.707协议规范,SDH的数字信号传送帧结构安排成页面块状帧结构页面块状帧结构(STM-N);9(行)270N(列)8=19440N 比特 STM-1传送码率155.520Mb/s,(194408000)为一页。STM-4传送方式,称字节间插同步复接字节间插同步复接。帧结构分为三个区域:STM-N净负
13、荷(POH)、段开销(SOH)、单元指针(AU-PTR)。第36页,本讲稿共86页 图4.11 SDH帧结构 第37页,本讲稿共86页 1)信息净负荷区域 信息净负荷区域是帧结构中存放各种信信息息负负载载的地方。少量 通道开销,用于监视、管理、控制通道性能、在和业务信息。2)段开销区域 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。对 STM-1由 89=72字节,728比特 第38页,本讲稿共86页 3)管理单元指针区域 管理单元指针用来指示信信息息净净负负荷荷的的第第一一个个字字节节在在STM帧
14、中的准确位置帧中的准确位置,以便在接收端能正确地分接信息净负荷信号分接信息净负荷信号。复接(非调制)第39页,本讲稿共86页 4.4 数字传输信号的处理数字传输信号的处理 复接后数字信号码流再经变换后,与信道特性、抗干扰能力匹配、达到最佳传输。(波形不失真)4.4.1信道编码变换PCM码流可不经调制在电缆传输,称基带传输(包括PDH)。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:码型中,高、低频成分少,无直流分量。(干扰、缓慢、直流)在接收端便于定时提取。(桢头波形)码型应具有一定的检错(检测误码)能力。设备简单、易于实现。第40页,本讲稿共86页 1.不归零码和归零码 通常,
15、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4.12、4.13所示。第41页,本讲稿共86页图4.12 单极性不归零码及功率谱周期内只有一种脉冲(1或0)占空比为100%易产生直流分量第42页,本讲稿共86页图4.13 单极性归零码及功率谱周期内只有一种脉冲,占空比为50%情况易产生直流分量第43页,本讲稿共86页2.双极性半占空码(AMI)AMI码编码规律及频谱如图4.14所示。编码规律:原码序列中的0码仍为0,1码则交替变为+1和-1)图4.14 AMI码及功率谱 第44页,本讲稿共86页 从频谱可看出:无直流分量,高、低频分量少,RZ码就含有fB成分,连
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