《現(xiàn)代通信系統(tǒng)新技術(第三版) 》全套教學課件

目錄第1章

通信基礎第2章

數(shù)字通信第3章

微波與衛(wèi)星通信第4章

衛(wèi)星導航與定位第5章

移動通信第6章

光通信第7章

寬帶接入網(wǎng)絡第8章

大數(shù)據(jù)和云計算技術簡介全套可編輯PPT課件

第1章

通信基礎1.1通信概述1.2信息論基礎1.3通信系統(tǒng)的性能指標1.4通信信道的基本特性小結本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1通

信

概

述1.1.1通信的定義通信(Communication)就是信息的傳遞，是指由一地向另一地進行信息的傳輸與交換，其目的是傳輸消息。從本質上講，通信是實現(xiàn)信息傳遞功能的一門科學技術，它要將大量有用的信息快速、準確、無失真、高效率、安全地進行傳輸，同時還要在傳輸過程中抑制無用信息和有害信息。當今的通信不僅要能有效地傳輸信息，還要具備存儲、處理、采集及顯示信息等功能，通信已成為信息科學技術的一個重要組成部分。本課件是可編輯的正常PPT課件

在自然科學中，“通信”一般指“電信”，即利用有線電、無線電、光和其他電磁媒質，對消息、情報、指令、文字、圖像、聲音等進行傳輸。電信業(yè)務可分為電報、電話、傳真、數(shù)據(jù)傳輸、可視電話等。從廣義的角度看，廣播、電視、雷達、導航、遙測、遙控等也可列入電信的范疇。這種通信具有迅速、準確、可靠等特點，且?guī)缀醪皇軙r間、空間的限制，因而得到了飛速發(fā)展和廣泛應用。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1.2通信的分類

1．按傳輸媒質分

按消息由一地向另一地傳遞時傳輸媒質的不同，通信可分為兩大類：一類為有線通信，另一類為無線通信。

所謂有線通信，是指傳輸消息的媒質為導線、電纜、光纜、波導等的通信形式，其特點是媒質能看得見、摸得著。所謂無線通信，是指傳輸消息的媒質看不見、摸不著(如電磁波)的通信形式。本課件是可編輯的正常PPT課件

2．按信道中傳輸?shù)男盘柗?/p>

信道是個抽象的概念，這里可理解成傳輸信號的通路。通常，信道中傳輸?shù)男盘柨煞譃閿?shù)字信號和模擬信號兩種；由此，通信也可分為數(shù)字通信和模擬通信，與它們相對應的系統(tǒng)是數(shù)字通信系統(tǒng)和模擬通信系統(tǒng)。

若信號的某一參量(如連續(xù)波的振幅、頻率、相位，脈沖波的振幅、寬度、位置等)可以取無限多個數(shù)值，且直接與消息相對應，則稱其為模擬信號。模擬信號有時也稱為連續(xù)信號，“連續(xù)”是指信號的某一參量可以連續(xù)變化(即可以取無限多個值)，而不一定在時間上也連續(xù)。本課件是可編輯的正常PPT課件

若信號的某一參量只能取有限個數(shù)值，并且常常不直接與消息相對應，則稱其為數(shù)字信號。數(shù)字信號有時也稱為離散信號，“離散”是指信號的某一參量是離散(不連續(xù))變化的，而不一定在時間上也離散。本課件是可編輯的正常PPT課件

3．按工作頻段分

根據(jù)通信設備工作頻段的不同，通信通?？煞譃殚L波通信、中波通信、短波通信、微波通信等。為了使讀者對通信中所使用的頻段有一個比較全面的了解，下面把通信使用的頻段及其說明列入表1-1中作為參考。本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件

通信中，工作頻率和工作波長可互換，公式為

c?=?λ·f

(1-1)

式中，λ為工作波長；f為工作頻率；c為電波在自由空間中的傳播速度，通常認為c=3?×?108m/s。本課件是可編輯的正常PPT課件

4．按調(diào)制方式分

根據(jù)消息在送到信道之前是否進行調(diào)制，通信可分為基帶傳輸和頻帶傳輸?；鶐鬏斒侵感盘枦]有經(jīng)過調(diào)制而直接送到信道中傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)；頻帶傳輸是指信號經(jīng)過調(diào)制后再送到信道中傳輸，且接收端有相應解調(diào)措施的通信系統(tǒng)。表1-2列出了一些常用的調(diào)制方式。本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1.3通信的方式

1．按消息傳送的方向與時間劃分

如果通信僅在點對點之間或一點對多點之間進行，那么按消息傳送的方向與時間，通信的方式可分為單工通信、半雙工通信和全雙工通信，如圖1-1所示。

單工通信是指消息只能單方向傳輸?shù)耐ㄐ欧绞?，如廣播、遙控、無線尋呼等。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-1按消息傳送的方向與時間劃分的通信方式本課件是可編輯的正常PPT課件

2．按數(shù)字信號排序劃分

在數(shù)字通信中，按照數(shù)字信號排列順序的不同，通信方式可分為串序傳輸和并序傳輸。所謂串序傳輸，是指將代表信息的數(shù)字信號按時間順序一個接一個地在信道中傳輸?shù)姆绞?，如圖1-2(a)所示；若將代表信息的數(shù)字信號分割成兩路或兩路以上同時在信道上傳輸，則稱為并序傳輸，如圖1-2(b)所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-2按數(shù)字信號排序劃分的通信方式本課件是可編輯的正常PPT課件

一般的數(shù)字通信都采用串序傳輸方式，其優(yōu)點是只占用一條通路，缺點是占用通路時間相對較長；并序傳輸方式在通信中有時也會用到，其優(yōu)點是傳輸時間較短，缺點是需要占用多條通路。本課件是可編輯的正常PPT課件

3．按通信網(wǎng)絡形式劃分

通信網(wǎng)絡形式通?？煞譃槿N：點到點通信方式、點到多點通信(分支)方式和多點到多點通信(交換)方式。它們的示意圖如圖1-3所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-3按通信網(wǎng)絡形式劃分的通信方式本課件是可編輯的正常PPT課件

1.1.4通信系統(tǒng)的模型

通信的任務是完成消息的傳遞和交換。以點到點通信為例，要實現(xiàn)消息從一地向另一地的傳遞，通信系統(tǒng)必須有三個部分，即發(fā)送端、接收端和收發(fā)兩端之間的信道，如圖1-4所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-4通信系統(tǒng)的模型本課件是可編輯的正常PPT課件

通信系統(tǒng)各部分的作用。

1．信息源和受信者

信息源簡稱信源，是信息的發(fā)生源。受信者簡稱信宿，是信息的歸宿。根據(jù)信源輸出信號性質的不同，它可分為模擬信源和數(shù)字(離散)信源，如模擬電話機為模擬信源，數(shù)字攝像機及計算機為數(shù)字信源。本課件是可編輯的正常PPT課件

2．發(fā)送設備

發(fā)送設備的作用是將信源產(chǎn)生的信號變換為傳輸信道所需的信號(使信源和信道匹配)，并送往信道。

3．信道

信道是指傳輸信號的通道，即信號從發(fā)送設備到接收設備所經(jīng)過的媒質。信道可以是有線的，也可以是無線的，兩者均有多種傳輸媒質。信道既給信號提供通路，也對信號產(chǎn)生各種干擾和噪聲，直接影響通信的質量，其干擾和噪聲的產(chǎn)生由傳輸媒質的固有特性決定。本課件是可編輯的正常PPT課件

4．接收設備

接收設備的基本功能是完成發(fā)送設備的反變換，即進行接收放大、解調(diào)、數(shù)/模轉換、糾錯譯碼、FDM或TDM的分路、解密等，最終從帶有干擾的信號中正確恢復出原始信號。

圖1-4僅是一個單向的通信系統(tǒng)模型，如果實際通信系統(tǒng)要實現(xiàn)雙向通信來保證通信雙方可以隨時交流信息，那么信源兼為信宿，且雙方都要有發(fā)送設備和接收設備。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.2信

息

論

基

礎

1.2.1信息的量度雖然“信息”(Information)一詞在概念上與消息(Message)相似，但其含義更具普遍性、抽象性。信息可理解為消息中包含的有意義的內(nèi)容。消息有各種各樣的形式，但消息的內(nèi)容可統(tǒng)一用信息來表述，傳輸信息的多少可直觀地用“信息量”來衡量。本課件是可編輯的正常PPT課件

由概率論可知，事件的不確定程度可用事件出現(xiàn)的概率來描述。事件出現(xiàn)(發(fā)生)的可能性越小，則概率越小；反之，概率越大。由此可知：消息中的信息量與消息發(fā)生的概率緊密相關。消息出現(xiàn)的概率越小，則消息中包含的信息量就越大。概率為零時(不可能發(fā)生事件)，信息量為無窮大；概率為1時(必然事件)，信息量為0。本課件是可編輯的正常PPT課件

消息中所含的信息量與消息出現(xiàn)的概率之間的關系應符合如下規(guī)律：

(1)消息中所含信息量I是消息出現(xiàn)的概率P(x)的函數(shù)，即

(1-2)

(2)消息出現(xiàn)的概率越小，它所含信息量越大；反之，信息量越小。本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)若干個互相獨立的事件構成的消息，所含信息量等于各獨立事件信息量的和，即

以看出，I與P(x)之間應滿足以上三點，且有如下關系：

(1-3)本課件是可編輯的正常PPT課件

信息量I的單位與對數(shù)的底數(shù)a有關。當a=?2時，I的單位為比特(bit或b)；a?=?e時，I的單位為奈特(nat或n)；a?=?10時，I的單位為笛特(Det)或稱為十進制單位；a?=?r時，I的單位稱為r進制單位。通常使用的單位為比特。本課件是可編輯的正常PPT課件

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對于多個信息符號的平均信息量的計算，設各符號出現(xiàn)的概率為

則每個符號所含信息的平均值(平均信息量)為

由于平均信息量與熱力學中熵的形式相似，故通常又稱其為信息源的熵。本課件是可編輯的正常PPT課件

當離散信息源中每個符號等概率出現(xiàn)，且各符號的出現(xiàn)為統(tǒng)計獨立時，該信息源的信息量最大。此時最大熵(平均信息量)為本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3通信系統(tǒng)的性能指標

1.3.1一般通信系統(tǒng)的性能指標通信系統(tǒng)的性能指標包括有效性、可靠性、適應性、保密性、標準性、維修性、工藝性等。從信息傳輸?shù)慕嵌葋砜?，通信的有效性和可靠性是最主要的兩個性能指標。通信系統(tǒng)的有效性與系統(tǒng)高效率地傳輸消息相關聯(lián)，即通信系統(tǒng)怎樣才能以最合理、最經(jīng)濟的方法傳輸最大數(shù)量的消息。本課件是可編輯的正常PPT課件

通信系統(tǒng)的可靠性與系統(tǒng)可靠地傳輸消息相關聯(lián)。可靠性是一種量度，用來表示收到的消息與發(fā)出的消息之間的符合程度。因此，可靠性取決于通信系統(tǒng)的抗干擾性。

一般情況下，要增加系統(tǒng)的有效性，就得降低可靠性；反之亦然。在實際應用中，常依據(jù)實際系統(tǒng)要求采取相對統(tǒng)一的辦法，即在滿足一定可靠性指標的前提下，盡量提高消息的傳輸速率，即有效性；或者，在維持一定有效性的前提下，盡可能提高系統(tǒng)的可靠性。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3.2通信系統(tǒng)的有效性指標

在模擬通信系統(tǒng)中，每一路模擬信號需占用一定的信道帶寬，如何在信道具有一定帶寬時充分利用它的傳輸能力？這里有幾個方面的措施，其中的兩個主要方面的措施，

一是多路信號通過頻率分割復用，即頻分復用(FDM)，以復用路數(shù)的多少來體現(xiàn)其有效性。

另一方面，要提高模擬通信的有效性，可根據(jù)業(yè)務性質減少信號帶寬，如語音信號的調(diào)幅單邊帶(SSB)為4kHz，調(diào)頻信號帶寬則較其高了數(shù)倍，但其可靠性較差。本課件是可編輯的正常PPT課件

數(shù)字通信的有效性主要體現(xiàn)為單個信道通過的信息速率。數(shù)字信號基帶傳輸可以采用時分復用(TDM)以充分利用信道帶寬。數(shù)字信號頻帶傳輸可以采用多元調(diào)制來提高其有效性。數(shù)字通信系統(tǒng)的有效性可用傳輸速率來衡量，傳輸速率越高，則系統(tǒng)的有效性越好。通?？蓮囊韵氯齻€角度來定義傳輸速率。本課件是可編輯的正常PPT課件

1．碼元傳輸速率RB

碼元傳輸速率通常又稱為碼元速率，用符號RB表示。碼元速率是指單位時間(每秒)內(nèi)傳輸碼元的數(shù)目，其單位為波特(Baud)。

數(shù)字信號一般有二進制與多進制之分，但碼元速率RB與信號的進制無關，只與碼元寬度TB有關，即本課件是可編輯的正常PPT課件

通常在給出系統(tǒng)碼元速率時，要說明碼元的進制。多進制(M)碼元速率RBM與二進制碼元速率RB2之間，在保證系統(tǒng)信息速率不變的情況下，可相互轉換，轉換關系式為

式中，M=2k，k=2,3,4,…。本課件是可編輯的正常PPT課件

2．信息傳輸速率Rb

信息傳輸速率簡稱信息速率，又可稱為傳信率、比特率等。信息傳輸速率用符號Rb表示。Rb是指單位時間(每秒)內(nèi)傳送的信息量，單位為比特/秒(bit/s)，簡記為b/s。

因為信息量與信號進制數(shù)M有關，所以，Rb也與M有關。本課件是可編輯的正常PPT課件

3．Rb與RB的關系

在二進制中，碼元速率RB2同信息速率Rb2的關系在數(shù)值上相等，只是單位不同。

在多進制中，RBM與RbM數(shù)值不同，單位也不同。它們之間在數(shù)值上有如下關系：

在碼元速率保持不變的情況下，二進制信息速率Rb2與多進制信息速率RbM之間的關系為本課件是可編輯的正常PPT課件

4．頻帶利用率η

頻帶利用率指傳輸效率。不僅要關心通信系統(tǒng)的傳輸速率，還要看在這樣的傳輸速率下所占用的信道頻帶寬度。如果頻帶利用率高，則說明通信系統(tǒng)的傳輸效率高；否則相反。

頻帶利用率的定義是單位頻帶內(nèi)碼元速率的大小(單位為Baud/Hz)，即本課件是可編輯的正常PPT課件

頻帶寬度B的大小取決于碼元速率RB，而碼元速率RB與信息速率有確定的關系。因此，頻帶利用率(單位為b·s-1/Hz)還可用信息速率Rb的形式來定義，以便比較不同系統(tǒng)的傳輸效率，即本課件是可編輯的正常PPT課件

1.3.3通信系統(tǒng)的可靠性指標

對于模擬通信系統(tǒng)，可靠性通常以整個系統(tǒng)的輸出信噪比來衡量。信噪比是指信號的平均功率與噪聲的平均功率之比。信噪比越高，說明噪聲對信號的影響越小，信號的質量越好。

衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的指標，可用信號在傳輸過程中出錯的概率來表示，即用差錯率來衡量。差錯率越大，表明系統(tǒng)可靠性越差。差錯率通常有兩種表示方法。本課件是可編輯的正常PPT課件

1．碼元差錯率Pe

碼元差錯率Pe簡稱誤碼率，是指接收的錯誤碼元數(shù)在傳送的總碼元數(shù)中所占的比例，更確切地說，誤碼率就是碼元在傳輸系統(tǒng)中被傳錯的概率，用表達式可表示成本課件是可編輯的正常PPT課件

2．信息差錯率Pb

信息差錯率Pb簡稱誤信率，或誤比特率，它是指接收的錯誤信息量在傳送的總信息量中所占的比例，或者說，它是碼元的信息量在傳輸系統(tǒng)中被丟失的概率，用表達式可表示成本課件是可編輯的正常PPT課件

3．Pe與Pb的關系

對于二進制信號，誤碼率和誤比特率相等。而M進制信號的每個碼元含有n=lbM比特的信息，并且一個特定的錯誤碼元可以有M－1種不同的錯誤樣式。當M較大時，誤比特率為本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4通信信道的基本特性

1.4.1信道

1．信道的定義籠統(tǒng)地說，信道是指以傳輸媒介(質)為基礎的信號通路；具體地說，信道是指由有線或無線線路提供的信號通路；抽象地說，信道是指定的一段頻帶，它讓信號通過，同時又限制和損害信號。信道的作用是傳輸信號。信道大體可分成兩類：狹義信道和廣義信道。本課件是可編輯的正常PPT課件

狹義信道按具體媒質類型的不同，可分為有線信道和無線信道。所謂有線信道，是指傳輸媒質為明線、對稱電纜、同軸電纜、光纜、波導等看得見的媒質。有線信道是現(xiàn)代通信網(wǎng)中最常用的信道之一，如對稱電纜(又稱電話電纜)，它廣泛應用于近程(市內(nèi))傳輸。無線信道的傳輸媒質比較多，包括短波電離層、對流層散射等。雖然無線信道的傳輸特性不如有線信道穩(wěn)定可靠，但無線信道具有方便、靈活、通信者可移動等優(yōu)點。本課件是可編輯的正常PPT課件

廣義信道通常分成調(diào)制信道和編碼信道兩種。調(diào)制信道是根據(jù)調(diào)制與解調(diào)的基本問題而定義的，它的范圍是從調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端。從調(diào)制和解調(diào)的角度來看，由調(diào)制器輸出端到解調(diào)器輸入端的所有轉換器及傳輸媒質只是把已調(diào)信號進行了某種變換，即只需關注變換的最終結果，而無須關注詳細過程。因此，研究調(diào)制與解調(diào)問題時，定義一個調(diào)制信道是方便和恰當?shù)?。本課件是可編輯的正常PPT課件

調(diào)制信道和編碼信道的示意圖如圖1-5所示。圖1-5調(diào)制信道與編碼信道示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

2．信道的模型

1)調(diào)制信道模型

在頻帶傳輸系統(tǒng)中，已調(diào)信號離開調(diào)制器后便進入調(diào)制信道。對于調(diào)制和解調(diào)而言，通?？梢圆还苷{(diào)制信道包括什么樣的轉換器，也不管選用了什么樣的傳輸媒質，以及傳輸過程如何，而僅關注已調(diào)信號通過調(diào)制信道后的最終結果。本課件是可編輯的正常PPT課件

調(diào)制信道的主要特性如下：

(1)若有一對(或多對)輸入端，則必然有一對(或多對)輸出端；

(2)絕大部分信道是線性的，即滿足疊加原理；

(3)信號通過信道需要一定的遲延時間；

(4)信道對信號有損耗(固定損耗或時變損耗)；

(5)即使沒有信號輸入，在信道的輸出端仍可能有一定的功率輸出(噪聲)。本課件是可編輯的正常PPT課件

由此看來，可用一個二對端(或多對端)的時變線性網(wǎng)絡替代調(diào)制信道。這個網(wǎng)絡就稱作調(diào)制信道模型，如圖1-6所示。圖1-6調(diào)制信道模型本課件是可編輯的正常PPT課件

對于二對端的信道模型來說，它的輸入和輸出之間的關系式可表示成

式中，ei(t)為信道輸入信號；eo(t)為信道輸出信號；n(t)為信道噪聲(或稱信道干擾)；f?[ei(t)]為信道對信號影響(變換)的某種函數(shù)關系。本課件是可編輯的正常PPT課件

由于f?[ei(t)]形式是個高度概括的結果，為了進一步理解信道對信號的影響，可把f?[ei(t)]寫成k(t)·ei(t)形式。于是，式(1-16)可寫成

式中，k(t)稱為乘性干擾，它依賴于網(wǎng)絡的特性，對信號ei(t)影響較大；n(t)則稱為加性干擾(或噪聲)。本課件是可編輯的正常PPT課件

這樣，信道對信號的影響可歸納為兩點：一是乘性干擾k(t)的影響；二是加性干擾n(t)的影響。若了解了k(t)和n(t)的特性，則信道對信號的具體影響也就清楚了。不同特性的信道，其信道模型有不同的k(t)及n(t)參數(shù)。

通常所期望的信道(理想信道)應是k(t)=常數(shù)，n(t)=0，即本課件是可編輯的正常PPT課件

2)編碼信道模型

編碼信道是指包括調(diào)制信道及調(diào)制器、解調(diào)器在內(nèi)的信道。編碼信道模型與調(diào)制信道模型明顯不同，調(diào)制信道對信號的影響是通過k(t)和n(t)使調(diào)制信號發(fā)生“模擬”變化的，編碼信道對信號的影響則是一種數(shù)字序列的變換，即把一種數(shù)字序列變換成另一種數(shù)字序列。故有時把編碼信道看成一種數(shù)字信道。本課件是可編輯的正常PPT課件

由此看來，編碼信道的模型可用數(shù)字信號的轉移概率來描述。例如，在最常見的二進制數(shù)字傳輸系統(tǒng)中，一個簡單的編碼信道模型可通過圖1-7來表示。之所以說這個模型是“簡單的”，是因為這里假設解調(diào)器輸出的每個數(shù)字碼元發(fā)生的差錯是相互獨立的。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-7二進制無記憶編碼信道模型本課件是可編輯的正常PPT課件

用編碼的術語來說，這種信道是無記憶的(當前碼元的差錯與其前后碼元的差錯沒有依賴關系)。在這個模型里，P(0/0)、P(1/0)、P(0/1)和P(1/1)稱為信道轉移概率。具體地說，P(0/0)和P(1/1)稱為正確轉移概率，P(1/0)和P(0/1)稱為錯誤轉移概率。根據(jù)概率性質可知：

轉移概率完全由編碼信道的特性決定，一個特定的編碼信道有相應確定的轉移概率。編碼信道的轉移概率一般需要對實際編碼信道進行大量的統(tǒng)計分析才能得到。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.2傳輸信道

1．有線信道

1)雙絞線

雙絞線又稱雙扭線，由若干對且每對由兩條相互絕緣的銅導線按一定規(guī)則絞合而成。這種絞合結構可以減少臨近線對間的電磁干擾。雙絞線既可以傳輸模擬信號，又可以傳輸數(shù)字信號，其通信距離一般為幾千米到十幾千米。導線越粗，通信距離越遠，但導線價格越高。本課件是可編輯的正常PPT課件

2)同軸電纜

同軸電纜以硬銅線為芯，外包一層絕緣材料。這層絕緣材料用密織的網(wǎng)狀導體環(huán)繞金屬屏蔽層，網(wǎng)外又覆蓋一層保護性材料。金屬屏蔽層能將磁場反射回中心導體，同時也使中心導體免受外界干擾，故同軸電纜比雙絞線具有更寬的帶寬和更好的噪聲抑制特性。

同軸電纜按特性阻抗(指電纜導體各點的電磁電壓與電流之比)數(shù)值的不同，可分為兩種：一種為50Ω同軸電纜，用于數(shù)字信號的傳輸，稱為基帶同軸電纜；另一種為75Ω同軸電纜，用于寬帶模擬信號的傳輸，稱為寬帶同軸電纜。本課件是可編輯的正常PPT課件

3)光纖

光纖即光導纖維，軟而細，是利用全反射原理來傳導光束的。由于可見光的頻率非常高，約為108MHz的數(shù)量級，故一個光纖通信系統(tǒng)的傳輸帶寬遠遠大于其他各種傳輸媒質的帶寬。

根據(jù)傳輸模式的不同，光纖有單模光纖和多模光纖之分。單模光纖纖芯比較細，光在光纖中的傳播只有一種模式；多模光纖纖芯比較粗，光纖中可有多條不同角度入射的光線同時傳播。

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2．無線信道

無線信道的傳輸載體主要是無線電波和光波。

1)地波傳播

當接收天線距離發(fā)射天線較遠時，地球表面拱起部分將兩者隔開，只有某些中低頻電波能夠沿著地球表面拱起的部分傳播出去，這種沿著地球表面?zhèn)鞑サ碾姴ň徒械夭?，也叫表面波。地波沿著地球表面?zhèn)鞑サ姆绞?，稱為地波傳播。其特點是信號比較穩(wěn)定，但電波頻率越高，地波隨距離的增加衰減得越快。本課件是可編輯的正常PPT課件

2)天波傳播

在大氣層中，幾十千米至幾百千米的高空有多層“電離層”，它們形成了一種天然的反射體，就像一只懸空的金屬蓋。電波射到“電離層”就會被反射回來。沿這一途徑傳播的電波就稱為天波或反射波。電波中的短波具有這種特性。

3)視距傳播

若收、發(fā)天線距離地面的高度遠大于波長，則電波直接從發(fā)信天線傳到收信地點(有時有地面反射波)，這種傳播方式稱為視距傳播。此方式僅限于在視線距離以內(nèi)傳播信號。本課件是可編輯的正常PPT課件

4)散射傳播

散射傳播指利用對流層或電離層中媒質的不均勻性或流星通過大氣時的電離余跡對電磁波的散射作用來實現(xiàn)超視距傳播。該方式主要用于超短波和微波的遠距離通信。

5)對流層傳播

無線電波在對流層與平流層中的傳播，簡稱為對流層傳播。

6)電離層傳播

無線電波在電離層中的傳播，簡稱為電離層傳播。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.3信道內(nèi)的噪聲

信道內(nèi)噪聲的來源很多，表現(xiàn)的形式也多種多樣，通常需根據(jù)噪聲的來源和噪聲的性質進行分類。根據(jù)噪聲的來源，可以粗略地將其分為四類。

(1)無線電噪聲：來源于各種無線電發(fā)射機。

(2)工業(yè)噪聲：來源于各種電氣設備，如電力線、點火系統(tǒng)、電車、電源開關、電力鐵道、高頻電爐等。

(3)天電噪聲：來源于雷電、磁暴、太陽黑子、宇宙射線等，是客觀存在的。

(4)內(nèi)部噪聲：來源于信道的各種電子器件、轉換器、天線或傳輸線等。本課件是可編輯的正常PPT課件

以上是根據(jù)噪聲的來源來分類的，比較便于理解。但是，從防止或減小噪聲對信號傳輸影響的角度來說，根據(jù)噪聲的性質來分類更為有利，這時噪聲可分為以下幾種。

(1)單頻噪聲：主要指無線電干擾。

(2)脈沖干擾：包括電火花、斷續(xù)電流及雷電等產(chǎn)生的干擾。

(3)起伏噪聲：主要指信道內(nèi)部的熱噪聲、器件噪聲及來自空間的宇宙噪聲。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.4常見的幾種噪聲

1．白噪聲

所謂白噪聲，是指功率譜密度函數(shù)在整個頻率域(-∞?<?ω?<?+∞)內(nèi)是常數(shù)，即服從均勻分布的噪聲。稱其為白噪聲，是因為它類似于光學中包括全部可見光頻率在內(nèi)的白光。實際上完全理想的白噪聲是不存在的；通常，只要噪聲功率譜密度函數(shù)均勻分布的頻率范圍超過通信系統(tǒng)工作的頻率范圍很多，就可近似認為是白噪聲。例如，熱噪聲的頻率可以高達1013Hz，且功率譜密度函數(shù)在0～1013Hz內(nèi)基本呈均勻分布，所以可將它看作白噪聲。本課件是可編輯的正常PPT課件

理想的白噪聲功率譜密度通常定義為

式中，n0是白噪聲的單邊功率譜密度，單位是W/Hz。

白噪聲的自相關函數(shù)Rn(τ)是一個位于τ?=?0處的沖激函數(shù)，強度為n0/2。白噪聲的Pn(ω)和Rn(τ)圖形如圖1-8所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-8理想白噪聲的功率譜密度和自相關函數(shù)本課件是可編輯的正常PPT課件

2．高斯噪聲

所謂高斯(Gaussian)噪聲，是指概率密度函數(shù)服從高斯分布(即正態(tài)分布)的一類噪聲，其數(shù)學表達式為

式中，a為噪聲的數(shù)學期望值，也就是均值；σ

2為噪聲的方差；exp(x)是以e為底的指數(shù)函數(shù)。本課件是可編輯的正常PPT課件

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3．高斯型白噪聲

由前文可知，白噪聲是根據(jù)噪聲的功率譜密度是否均勻來定義的，高斯噪聲則是根據(jù)它的概率密度函數(shù)來定義的。那么什么是高斯型白噪聲呢？所謂高斯型白噪聲，是指噪聲的概率密度函數(shù)滿足正態(tài)分布統(tǒng)計特性，同時它的功率譜密度函數(shù)是常數(shù)的一類噪聲。

在通信系統(tǒng)理論分析中，特別是在分析、計算系統(tǒng)抗噪聲性能時，經(jīng)常假定系統(tǒng)信道中的噪聲為高斯型白噪聲。其中一個原因是高斯型白噪聲可用具體數(shù)學表達式表述，便于推導、分析和運算；另一個原因是高斯型白噪聲反映了具體信道中的噪聲情況，比較真實地代表了信道噪聲的特性。本課件是可編輯的正常PPT課件

4．窄帶高斯噪聲

當高斯噪聲通過以ωc為中心角頻率的窄帶系統(tǒng)時，就可形成窄帶高斯噪聲。所謂窄帶系統(tǒng)，是指系統(tǒng)的頻帶寬度B比中心頻率小很多的通信系統(tǒng)，即的系統(tǒng)。這是符合大多數(shù)信道的實際情況的：信號通過窄帶系統(tǒng)后就形成窄帶信號。其特點是頻譜局限在

±ωc附近很窄的頻率范圍內(nèi)，包絡和相位都在進行著緩慢的隨機變化。本課件是可編輯的正常PPT課件

隨機噪聲通過窄帶系統(tǒng)后，可表示為

式中，φ(t)為噪聲的隨機相位；ρ(t)為噪聲的隨機包絡。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.4.5信道容量

1．信號帶寬

帶寬這個名稱在通信系統(tǒng)中經(jīng)常出現(xiàn)，而且常常代表不同的含義，在這里先作一些說明。從通信系統(tǒng)中信號的傳輸過程來看，有兩種不同含義的帶寬：一種是信號(包括噪聲)的帶寬，也就是本節(jié)要定義的帶寬，由信號(或噪聲)能量譜密度G(ω)或功率譜密度P(ω)在頻域的分布規(guī)律確定；另一種是信道的帶寬，由傳輸電路的傳輸特性決定。信號帶寬和信道帶寬的符號都用B表示，單位為Hz。本書中在提到帶寬時將說明是信號帶寬，還是信道帶寬。本課件是可編輯的正常PPT課件

從理論上講，除了極個別的信號外，信號的頻譜都是無窮寬分布的。如果把凡是有信號頻譜的范圍都算帶寬，那么很多信號的帶寬都變?yōu)闊o窮大了，顯然這樣定義帶寬是不恰當?shù)?。一般信號雖然頻譜很寬，但絕大部分實用信號的主要能量(功率)都集中在某個不太寬的頻率范圍內(nèi)，因此，通常根據(jù)信號能量(功率)集中的情況，恰當?shù)囟x信號的帶寬，常用的定義有以下三種。本課件是可編輯的正常PPT課件

1)以集中一定百分比的能量(功率)來定義

對于能量信號，可由

求出B。帶寬B是指正頻率區(qū)域，不計負頻率區(qū)域。如果信號是低頻信號，那么能量集中在低頻區(qū)域，就是0～B頻率范圍內(nèi)的能量。本課件是可編輯的正常PPT課件

對于功率信號，可由

求出B。γ

的百分比取值為90%、95%或99%等。本課件是可編輯的正常PPT課件

2)以能量譜(功率譜)密度下降3dB時的頻率間隔作為帶寬

對于頻率軸上有明顯的單峰形狀(或者一個明顯的主峰)且峰值位于f=0處的能量譜(功率譜)密度的信號，信號帶寬為正頻率軸上G(ω)(或P(ω))下降到3dB(半功率點)處對應的頻率與f=?0的間隔，如圖1-9所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-93dB帶寬本課件是可編輯的正常PPT課件

G(ω)～f曲線中，由

或

得

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3)等效矩形帶寬

若用一個矩形的頻譜代替信號的頻譜，則矩形頻譜具有的能量與信號的能量相等，矩形頻譜的幅度為信號頻譜f=0時的幅度，如圖1-10所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖1-10等效矩形帶寬本課件是可編輯的正常PPT課件

由

或

得

或本課件是可編輯的正常PPT課件

2．信道容量的計算

從信息論的觀點來看，各種信道都可以概括為兩大類，即離散信道和連續(xù)信道。所謂離散信道，就是輸入與輸出信號都是取值離散的時間函數(shù)；而連續(xù)信道是指輸入和輸出信號都是取值連續(xù)的時間函數(shù)。信道容量是指單位時間內(nèi)信道中無差錯傳輸?shù)淖畲笮畔⒘?。這里僅給出連續(xù)信道的信道容量。

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設連續(xù)信道(或調(diào)制信道)的輸入端加入單邊功率譜密度為n0(W/Hz)的加性高斯白噪聲，信道的帶寬為B(Hz)，信號功率為S(W)，則通過這種信道無差錯傳輸?shù)淖畲笮畔⑺俾蔆(單位為b/s)為

式中，C值就稱為信道容量；n0B是噪聲的功率。本課件是可編輯的正常PPT課件

令N?=?n0B，則式(1-33)也可寫為

式(1-33)就是著名的香農(nóng)信道容量公式，簡稱香農(nóng)公式。根據(jù)香農(nóng)公式可以得出以下重要結論。本課件是可編輯的正常PPT課件

(1)任何一個連續(xù)信道都有信道容量。在給定B、S/N的情況下，信道的極限傳輸能力為C。如果信源的信息速率R小于或等于信道容量C，那么在理論上存在著一種方法，使信源的輸出能以任意小的差錯概率通過信道傳輸；若R大于C，則無差錯傳輸在理論上是不可能的。因此，實際傳輸速率一般不能大于信道容量，除非允許存在一定的差錯率。本課件是可編輯的正常PPT課件

(2)增大信號功率S可以增加信道容量C。當信號功率S趨于無窮大時，信道容量C也趨于無窮大，即

減小噪聲功率N(N?=?n0B，相當于減小噪聲功率譜密度n0)，也可以增加信道容量C。若噪聲功率N趨于零(或n0趨于零)，則信道容量趨于無窮大，即本課件是可編輯的正常PPT課件

增大信道帶寬B可以增加信道容量C，但不能無限增大。當信道帶寬B趨于無窮大時，信道容量C的極限值為

由此可見，當S和n0一定時，雖然信道容量C隨帶寬B的增大而增大，然而當B→∞時，C不會趨于無窮大，而是趨于常數(shù)1.44S/n0。本課件是可編輯的正常PPT課件

(3)當信道容量保持不變時，信道帶寬B、信號噪聲功率比S/N及傳輸時間三者是可以互換的。增加信道帶寬，可以換來信號噪聲功率比的降低，反之亦然。如果信號噪聲功率比不變，那么增加信道帶寬就可以換來傳輸時間的減少，反之亦然。

當信道容量C給定時，B1、S1/N1和B2、S2/N2分別表示互換前后的帶寬和信號噪聲功率比，則有本課件是可編輯的正常PPT課件

當維持同樣大小的信號噪聲功率比S/n0時，給定的信息量I?=?TBlb[1?+?S/(n0B)]?(C?=?I/T，T為傳輸時間)可以用不同帶寬B和傳輸時間T來互換。若T1、B1和T2、B2分別表示互換前后的傳輸時間和帶寬，則有本課件是可編輯的正常PPT課件

通常把實現(xiàn)了極限信息速率傳輸(即達到信道容量值)且能做到任意小差錯率的通信系統(tǒng)，稱為理想通信系統(tǒng)。香農(nóng)公式只證明了理想通信系統(tǒng)的“存在性”，卻沒有指出具體的實現(xiàn)方法。因此，理想系統(tǒng)常常只作為實際系統(tǒng)的理論界限。本課件是可編輯的正常PPT課件

小

結

本章介紹了通信系統(tǒng)的概念，包括通信的定義、分類、方式、模型等。在信息論基礎中，介紹了信息的量度方法和平均信息量的計算。衡量通信系統(tǒng)性能的指標主要是有效性和可靠性。通信系統(tǒng)的性能指標是貫穿全書的指標體系，要求學習者掌握和正確運用。信道是為信號提供的通路，既允許信號通過，又會使信號產(chǎn)生損耗；信道有狹義信道和廣義信道之分。噪聲可認為是對有用信號產(chǎn)生影響的所有干擾的集合。香農(nóng)公式C=B1b(1+N/S)(單位為b/s)不僅在理論上有特殊的貢獻，在實踐中也有一定的指導價值。本課件是可編輯的正常PPT課件第2章

數(shù)字通信2.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型2.2時分多路復用(TDM)2.3準同步數(shù)字體系(PDH)2.4同步數(shù)字體系(SDH)小結本課件是可編輯的正常PPT課件

2.1數(shù)字通信系統(tǒng)模型

1.數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)把原始數(shù)字信號進行簡單變換，不改變信號的頻譜特性，將其送到信道中進行傳輸，而不需調(diào)制器/解調(diào)器的數(shù)字通信系統(tǒng)稱為數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)。數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)模型如圖2-1所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-1數(shù)字基帶傳輸通信系統(tǒng)模型本課件是可編輯的正常PPT課件

2.數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)

在數(shù)字通信中，要處理好以下幾個問題：第一，數(shù)字信號傳輸時，信道噪聲或干擾所造成的差錯原則上是可以控制的，可通過差錯控制編碼來實現(xiàn)。因此，就需要在發(fā)送端增加一個編碼器，相應地，在接收端就需要一個解碼器。第二，當需要實現(xiàn)保密通信時，可對數(shù)字基帶信號進行“擾亂”(加密)，此時在接收端必須進行解密。第三，由于數(shù)字通信是一個接一個按一定節(jié)拍傳送數(shù)字信號的，因而接收端必須與發(fā)送端有相同的節(jié)拍；否則，就會因收、發(fā)步調(diào)不一致而造成混亂。本課件是可編輯的正常PPT課件

點對點的數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)模型一般如圖2-2所示。圖中，同步環(huán)節(jié)沒有示出，這是因為同步貫穿于通信系統(tǒng)的整個過程，在此主要強調(diào)信號流程的部分。圖2-2點對點的數(shù)字頻帶傳輸通信系統(tǒng)模型本課件是可編輯的正常PPT課件

3.模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)

上面講述的數(shù)字通信系統(tǒng)中，信源輸出的信號均為數(shù)字基帶信號。實際上，在日常生活中，大部分信號(如語音信號)為連續(xù)變化的模擬信號。那么，要實現(xiàn)模擬信號在數(shù)字系統(tǒng)中的傳輸，必須在發(fā)送端將模擬信號數(shù)字化，即A/D轉換；在接收端則需進行相反的轉換，即D/A轉換。實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化傳輸?shù)耐ㄐ畔到y(tǒng)模型如圖2-3所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-3模擬信號數(shù)字化傳輸通信系統(tǒng)模型本課件是可編輯的正常PPT課件

4.數(shù)字通信的主要優(yōu)、缺點

1)數(shù)字通信的主要優(yōu)點

(1)抗干擾、抗噪聲性能好。

(2)差錯可控。

(3)易加密。

(4)易與現(xiàn)代技術結合本課件是可編輯的正常PPT課件

2)數(shù)字通信的缺點

(1)頻帶利用率不高。

(2)需要嚴格的同步系統(tǒng)。

隨著數(shù)字集成技術的發(fā)展，各種中、大規(guī)模集成器件的體積不斷減小，加上數(shù)字壓縮技術的不斷完善，數(shù)字通信設備的體積將會越來越小。所以隨著科學技術的不斷發(fā)展，數(shù)字通信的兩個缺點也顯得越來越不重要了。實踐表明，數(shù)字通信是現(xiàn)代通信的發(fā)展方向。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.2時分多路復用(TDM)

2.2.1TDM的基本原理在模擬信號的數(shù)字傳輸中，抽樣定律告訴我們，一個頻帶限制在0～fx以內(nèi)的低通模擬信號x(t)可以用時間上離散的抽樣值來傳輸，抽樣值中包含x(t)的全部信息。當抽樣速率fs≥2fx時，可以從已抽樣的輸出信號中用一個帶寬為fx≤B≤fs-fx的理想低通濾波器不失真地恢復出原始信號。本課件是可編輯的正常PPT課件

假設有N路PAM信號進行時分多路復用，系統(tǒng)框圖如圖2-4所示。各路信號首先通過相應的低通濾波器(LPF)變?yōu)閹扌盘枺缓蟊凰偷匠闃与娮娱_關。電子開關每Ts秒將各路信號依次抽樣一次，這樣N個樣值按先后順序錯開插入抽樣間隔Ts之內(nèi)，最后得到的復用信號是N個抽樣信號之和，如圖2-4(e)所示。各路信號脈沖間隔為Ts，各路復用信號脈沖間隔為Ts/N。由各消息構成單一抽樣的一組脈沖叫作一幀，一幀中相鄰兩個脈沖之間的時間間隔叫作時隙，未被抽樣脈沖占用的時隙叫作保護時間。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-4TDM系統(tǒng)框圖及波形本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-4TDM系統(tǒng)框圖及波形本課件是可編輯的正常PPT課件

2.2.2TDM信號的帶寬及相關問題

1.抽樣速率fs、抽樣脈沖寬度τ與復用路數(shù)N的關系

由抽樣定理可知，抽樣速率fs≥2fx。以語音信號x(t)為例，通常取fs為8?kHz，即抽樣周期Ts?=?125μs，抽樣脈沖的寬度τ要比125μs還小。

對于N路時分復用信號，在抽樣周期Ts內(nèi)要順序地插入N路抽樣脈沖，而且各脈沖間要留出一些空隙作為保護時間。若取保護時間tg和抽樣脈沖寬度τ相等，則抽樣脈沖的寬度τ?=?Ts/2N。N越大，τ就越小，但τ不能太小，因此，時分復用的路數(shù)也不能太多。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.信號帶寬B與路數(shù)N的關系

時分復用信號的帶寬有不同的含義。一般情況下，從信號本身具有的帶寬來考慮，TDM信號是一個窄脈沖序列，它應具有無窮大的帶寬，但其頻譜的主要能量集中在0～1/τ以內(nèi)。因此，從傳輸主要能量的觀點來考慮，可得

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根據(jù)抽樣定律，一個頻帶限制在fx的信號，只要有2fx個獨立的信息抽樣值，就可用帶寬B?=?fx的低通濾波器恢復其原始信號。N個頻帶都是fx的復用信號，它們的獨立對應值為2Nfx?=?Nfs。如果將信道表示為一個理想的低通濾波器，那么為了防止組合波形丟失信息，傳輸帶寬必須滿足本課件是可編輯的正常PPT課件

3.時分復用信號仍然是基帶信號

時分復用后得到的總和信號仍然是基帶信號，只不過這個總和信號的脈沖速率是單路抽樣信號的N倍，即

這個信號可以通過基帶傳輸系統(tǒng)直接傳輸，也可以經(jīng)過頻帶調(diào)制后在頻帶傳輸信道中傳輸。本課件是可編輯的正常PPT課件

4.時分復用系統(tǒng)必須嚴格同步

在TDM系統(tǒng)中，發(fā)送端的轉換開關與接收端的分路開關要嚴格同步，否則系統(tǒng)就會紊亂。實現(xiàn)同步的方法與脈沖調(diào)制的方式有關。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.2.3時分復用的PCM通信系統(tǒng)

PCM和PAM的區(qū)別在于，PCM要在PAM的基礎上量化和編碼，把PAM中的抽樣值量化后編為k位二進制代碼。圖2-5為一個只有三路PCM復用的方框圖。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-5TDM-PCM方框圖本課件是可編輯的正常PPT課件

2.2.4PCM30/32路典型終端設備

交換局內(nèi)，在PCM30/32路端機外加適當?shù)氖性挸鋈胫欣^器接口，可與步進制、縱橫制等各式交換機連接，用于市內(nèi)或長途通信。

PCM30/32路端機除提供電話外，還可以通過適當接口傳輸數(shù)據(jù)、載波電報、書寫電話等。

上述PCM30/32路端機性能是按CCITT的有關建議設計的，其主要指標均符合CCITT標準。本課件是可編輯的正常PPT課件

1.基本特性

PCM30/32路端機的基本特性如下：

(1)話路數(shù)目：30；

(2)抽樣速率：8kHz；

(3)壓擴特性：13折線A律壓擴，A?=?87.6，編碼位數(shù)k?=?8，采用逐次比較型編碼器，其輸出為折疊二進制碼；

(4)每幀時隙數(shù)：32；

(5)總的碼元速率：8?×?32?×?8000?=?2048kb/s。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.幀與復幀結構

幀與復幀結構見圖2-6。1復幀等于16幀。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-6幀與復幀結構本課件是可編輯的正常PPT課件

(1)時隙分配。在PCM30/32路制式中，抽樣周期為1/8000?=?125μs，稱為一個幀周期，即125?μs為一幀。一幀內(nèi)要時分復用32路，每路占用的時隙為125/32?=?3.9μs，稱為1個時隙。因此一幀有32個時隙，按順序編號為TS0、TS1、…、TS31。

時隙的使用分配為：

①?TS1～TS15、TS17～TS31為30個話路時隙；

②?TS0為幀同步碼、監(jiān)視碼時隙；

③?TS16為信令(振鈴、占線、摘機等各種標志信號)時隙。本課件是可編輯的正常PPT課件

(2)話路比特的安排。每個話路時隙內(nèi)要將樣值編為8位二元碼，每個碼元占3.9μs/8?=?488ns，稱為1比特，編號為x1～x8。第1比特為極性碼，第2～4比特為段落碼，第5～8比特為段內(nèi)碼。

(3)?TS0時隙的比特分配。為了使收、發(fā)兩端嚴格同步，每幀都要傳送一組特定標志的幀同步碼組或監(jiān)視碼組，分偶幀和奇幀傳送。幀同步碼組為“0011011”，占用偶幀TS0的第2～8比特。第1比特供國際通信用，不使用時發(fā)送“1”碼。奇幀比特分配的第3位為幀失步告警用，以A1表示，同步時送“0”碼，失步時送“1”碼。為避免奇幀TS0的第2～8比特出現(xiàn)假同步碼組，第2比特規(guī)定為監(jiān)視碼，固定為“1”。第4～8比特為國內(nèi)通信用，目前暫定為“1”。

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(4)?TS16時隙的比特分配。若將TS16時隙的碼位按時間順序分配給各話路傳送信令，需要用16幀組成一個復幀，分別用F0、F1、…、F15表示，復幀周期為2ms，復幀頻率為500Hz。復幀中各子幀的TS16分配為如下：

①?F0幀：第1～4比特傳送復幀同步碼“0000”；第6比特傳送復幀失步對局告警信號A2，同步為“0”，失步為“1”；第5、7、8比特傳送“1”碼。

②?F1～F15各幀的TS16前4比特傳送1～15話路的信令信號，后4比特傳送16～30話路的信令信號。本課件是可編輯的正常PPT課件

準同步數(shù)字體系(PDH)有兩大系列：

(1)?PCM24路系列：北美、日本使用，基群速率為1.544Mb/s；

(2)?PCM30/32路系列：歐洲、中國使用，基群速率為2.048Mb/s。

PDH系統(tǒng)的優(yōu)點主要有三個：易于構成通信網(wǎng)，便于分支與插入，具有較高的傳輸效率；可視電話、電視信號以及頻分制信號可與高次群相適應；可與多種傳輸媒介的傳輸容量相匹配，如電纜、同軸電纜、微波、波導、光纖等。

2.3準同步數(shù)字體系(PDH)本課件是可編輯的正常PPT課件

2.3.1數(shù)字復接的概念和方法

PDH復用方法與數(shù)字復接方法是不同的。

PCM復用方法是直接將多路信號編碼復用，如基群30/32路，但不適用于高次群。高次編碼速率快，對編碼器元件精度要求高，不易實現(xiàn)，所以，一般不采用高次群。

數(shù)字復接方法是將幾個低次群在時間的空隙上疊加合成高次群。

圖2-7是數(shù)字復接系統(tǒng)的方框圖。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-7數(shù)字復接系統(tǒng)方框圖本課件是可編輯的正常PPT課件

復接器由定時、碼速調(diào)整和同步復接單元組成；分接器由同步、定時、分接和支路碼速恢復單元組成。

在圖2-7中，碼速調(diào)整單元的作用是把各準同步的輸入支路的數(shù)字信號的頻率和相位進行調(diào)整，形成與本機定時信號完全同步的數(shù)字信號。若輸入信號是同步的，則只需調(diào)整相位。本課件是可編輯的正常PPT課件

分接器定時單元產(chǎn)生的各種控制信號與復接器定時單元產(chǎn)生的各種控制信號是類似的：同步單元從合路信號中提出幀定時信號，再用它控制分接器定時單元；同步分接單元受分接定時單元控制，把合路信號分解為支路數(shù)字信號；受分接器定時單元控制的恢復單元則把分解出的數(shù)字信號恢復出來。

數(shù)字復接的特點是復接后速率提高了，但各低次群的編碼速率沒有變。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.3.2同步復接與異步復接

1.數(shù)字復接的實現(xiàn)

1)按位復接

按位復接的方法是每次復接時各低次群的一位編碼形成高次群。如圖2-8(b)是四路集群信號按位復接的示意圖。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-8數(shù)字復接示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

按位復接的結果是復接后每位碼的間隔是復接前各支路的1/4，即高次群的速率提高到復接前的4倍。

其特點是復接電路存儲量小，簡單易行，在PDH中大量使用；不足是破壞了一個字節(jié)的完整性，不利于以字節(jié)(即碼字)為單位的處理和交換。本課件是可編輯的正常PPT課件

2)按字復接

按字復接的方法是每次復接按低次群的一個碼字形成高次群。圖2-8(c)是四路信號按字復接的示意圖。其特點是每個支路都要設置緩沖存儲器，要求有較大的存儲容量，保證一個字的完整性，有利于按字處理和交換。同步SDH中大多采用這種方法。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.數(shù)字復接的同步

數(shù)字復接同步主要解決下面兩個問題：

(1)同步：被復接的幾個低次群數(shù)碼率相同。

(2)復接：不同系統(tǒng)的低次群往往數(shù)碼率不同，是因為各晶體振蕩頻率不相同。

不同步帶來的問題是如果直接將幾個低次群進行復接，就會產(chǎn)生重疊和錯位，在接收端不可能完全恢復。圖2-9是兩路信號不同步產(chǎn)生重疊和錯位的示意圖。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-9兩路信號不同步產(chǎn)生重疊和錯位示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

3.同步復接

同步復接是由一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復接的幾個低次群，使這幾個低次群的數(shù)碼率統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，可直接復接。同步復接方法的缺點是一旦主時鐘發(fā)生故障，相關的通信系統(tǒng)將全部中斷，所以它只限于局部地區(qū)使用。本課件是可編輯的正常PPT課件

1)碼速變換與恢復

碼速變換即為使復接器、分接器正常工作，在碼流中插入附加碼，這不僅使系統(tǒng)碼速相等，而且能夠在接收端分接。

·附加碼：如對端告警碼、鄰站監(jiān)測、勤務聯(lián)系等公務碼。

·移相：復接之前進行延時處理。

·緩沖存儲器：完成碼速變換和移相。

下面以一次群復接成二次群為例進行介紹，如圖2-10所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-10碼速變換與恢復本課件是可編輯的正常PPT課件

同步復接系統(tǒng)結構(發(fā)送部分)如圖2-11所示。圖2-11同步復接系統(tǒng)結構(發(fā)送部分)本課件是可編輯的正常PPT課件

同步復接系統(tǒng)結構(接收部分)如圖2-12所示。圖2-12同步復接系統(tǒng)結構(接收部分)本課件是可編輯的正常PPT課件

(1)復接端的作用：時鐘一致，支路時鐘、復接時鐘來自同一時鐘源；各支路碼率嚴格相等(2048kb/s)；緩沖存儲器完成各支路的碼速變換；復接合成完成各支路合路并在所留空位插入附加碼(包括幀同步碼)。

(2)分接端的作用：時鐘從碼流中提取，產(chǎn)生復接定時；幀同步保證收、發(fā)間步調(diào)一致；分群分接分開4個支路信號，并檢出公務碼；緩沖存儲器扣除各自支路附加碼，恢復原信號。本課件是可編輯的正常PPT課件

2)同步二次群的幀結構

同步二次群的幀結構如圖2-13所示。圖2-13同步二次群的幀結構本課件是可編輯的正常PPT課件

4.異步復接

由于各低次群使用自己的時鐘，且各時鐘不一致，因此各低次群的數(shù)碼率不完全相同(不同步)，需要調(diào)整碼速使它們同步后再進行復接。PDH大多采用這種復接方法。圖2-14是異步復接與分解示意圖。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-14異步復接與分解示意圖本課件是可編輯的正常PPT課件

其中：

(1)數(shù)字復接器：把4個低次群(支路)合成一個高次群。

(2)數(shù)字復接器組成：定時單元—提供統(tǒng)一的時鐘給設備；碼速調(diào)整單元—使各支路碼速一致，即同步(分別調(diào)整)；復接單元—將低次群合成高次群。

(3)數(shù)字分接器：把高次群分解成原來的低次群。

(4)數(shù)字分接器組成：定時單元—從接收信號中提?。煌絾卧狗纸悠鲿r鐘與復接器基準時鐘同頻、同相，達到同步；分接單元—將合路的高次群分離成同步支路信號；恢復單元—恢復各支路信號為原來的低次群。本課件是可編輯的正常PPT課件

采用正碼速調(diào)整與恢復將2048kb/s調(diào)整為2112kb/s的原理圖如圖2-15所示，其過程說明如下：

碼速調(diào)整裝置用于各支路單獨調(diào)整，將準同步碼流變成同步碼流。

準同步碼流是標稱數(shù)碼率相同、瞬時數(shù)碼率不同的碼流。

緩沖存儲器是碼速調(diào)整的主體。

fl是寫入脈沖的頻率，與輸入支路的數(shù)碼率相等。

fm是讀出脈沖的頻率，與緩存器支路信碼輸出速率相等。因為是正碼速，所以fm?>?fl。本課件是可編輯的正常PPT課件

復接過程：fl送相位比較器(與fm

比較，fm

起始滯后一個周期)；fm

復接脈沖送扣除電路(扣與不扣由插入請求決定，請求時扣，不請求時則不扣)，已扣的fm

復接脈沖送相位比較器(與fl比較)，且作為讀出脈沖；緩存器輸出的fm

碼流有空閑(扣除造成)，防止空讀；插入請求使標志信號合成插入；合成電路將fm

和標志信號合在一起。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-15正碼速調(diào)整與恢復本課件是可編輯的正常PPT課件

相位比較器在fl

和fm

相位幾乎相同時，有輸出。

碼速恢復裝置用于將分接后的每一個同步碼流恢復成原來的支路碼流。

恢復過程：標志信號檢出單元有信號輸出時，寫入脈沖扣除扣除1?bit；扣除的寫入脈沖通過緩存器將與輸入的支路信號fm合并輸出，恢復支路信碼fl。本課件是可編輯的正常PPT課件

5.碼速調(diào)整

異步復接中的碼速調(diào)整技術可分為正碼速調(diào)整、正/負碼速調(diào)整和正/零/負碼速調(diào)整三種，其中正碼速調(diào)整應用最為普遍。正碼速調(diào)整的含義是使調(diào)整以后的速率比任一支路可能出現(xiàn)的最高速率還要高。例如，二次群碼速調(diào)整后每一支路速率均為2112kb/s，而一次群調(diào)整前的速率在2048kb/s上下波動，但不會超過2112kb/s。本課件是可編輯的正常PPT課件

正碼速調(diào)整的具體實施總是按規(guī)定的幀結構進行的。例如PCM二次群異步復接時就是按圖2-16所示的幀結構實現(xiàn)的。圖2-16(a)是復接前各支路進行碼速調(diào)整的幀結構，其長為212bit，共分成4組，每組都是53bit，第Ⅰ組的前3個比特F11、F12、F13用于幀同步和管理控制，后3組的第一個比特C11、C12、C13作為碼速調(diào)整控制比特，第Ⅳ組第2比特V1作為碼速調(diào)整比特。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-16異步復接二次群幀結構本課件是可編輯的正常PPT課件

通過圖2-17中的比較器可以做到緩存器快要讀空時發(fā)出一條指令，命令2112kHz時鐘停讀一次，使緩存器中的存儲量增加，而這一次停讀就相當于使圖2-16(a)的V1比特位置沒有置入信碼，而只是一位作為碼速調(diào)整的比特。圖2-16(a)幀結構的意義就是每212bit就比相一次，即作一次是否需要調(diào)整的判決。若判決結果需要停讀，則V1是調(diào)整比特；若不需要停讀，則V1仍然是信碼。這樣就把在2048kb/s上下波動的支路碼流都變成了同步的2112kb/s碼流。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-17正碼速調(diào)整原理本課件是可編輯的正常PPT課件

在復接器中，每個支路都要經(jīng)過正碼速的調(diào)整。由于各支路的讀出時鐘都是由復接器提供的同一時鐘2112?kHz，所以經(jīng)過調(diào)整，4個支路的瞬時數(shù)碼率都會相同，即均為

2112kb/s，故一個復接幀長為848bit，其幀結構如圖2-16(b)所示。

圖2-16(b)是由圖2-16(a)所示的4個支路比特流按比特復接的方法復接起來而得到的。所謂按比特復接，就是將復接開關每旋轉一周，就在各支路取出一個比特。也有按字復接的，即開關旋轉一周，在各支路上取出一字節(jié)。本課件是可編輯的正常PPT課件

從原理上講，要識別V1是信碼還是調(diào)整比特，只要1位碼就夠了。這里用3位碼，主要是為了提高可靠性。如果用1位碼，這位碼傳錯了，就會導致對V1的錯誤處置。例如用“1”表示有調(diào)整，“0”表示無調(diào)整，經(jīng)過傳輸，若“1”錯成“0”，就會把調(diào)整比特錯當成信碼；反之，若“0”錯成“1”，就會把信碼錯當成調(diào)整比特而舍棄?，F(xiàn)在用3位碼，采用大數(shù)判決，即“1”的個數(shù)比“0”多時認定是3個“1”碼；反之，則認定是3個“0”碼。這樣，即使傳輸中錯一位碼，也能正確判別V1。本課件是可編輯的正常PPT課件

在大容量通信系統(tǒng)中，高次群失步必然引起低次群的失步。所以為了使系統(tǒng)能可靠工作，四次群異步復接調(diào)整控制比特Cj為5個，五次群的Cj為6個(二、三次群都是3個比特)。這樣安排，可使因誤碼而導致對V1比特的錯誤處理的概率更小，從而保證大容量通信系統(tǒng)的穩(wěn)定可靠工作。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.3.3PCM高次群

1.?PCM三次群

PCM三次群的總話路數(shù)為120?×?4?=?480個，速率為34.368Mb/s。

三次群復接過程：

(1)將4個標稱速率8448kb/s轉換為8592kb/s；

(2)再復接成三次群。

PCM三次群幀結構如圖2-18所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-18PCM三次群幀結構本課件是可編輯的正常PPT課件

2.?PCM四次群

PCM四次群幀結構如圖2-19所示。

3.?PCM五次群

PCM五次群幀結構如圖2-20所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-19PCM四次群幀結構本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-20PCM五次群幀結構本課件是可編輯的正常PPT課件

4.高次群數(shù)字復接

國際上兩大系列的準同步數(shù)字體系構成更高速率的二、三、四、五次群，如表2-1所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

在表2-1中，二次群(以30/32路作為一次群)的標準速率8448kb/s＞2048?×?4?=?8192kb/s。其他高次群復接速率也存在類似情況。這些多出來的碼元是用來解決幀同步、業(yè)務聯(lián)絡以及控制等問題的。

復接后的大容量高速數(shù)字流可以通過電纜、光纖、微波、衛(wèi)星等信道傳輸，而且光纖將取代電纜，衛(wèi)星將利用微波段傳輸信號。因此，大容量的高速數(shù)字流主要是通過光纖和微波來傳輸?shù)?。?jīng)濟效益分析表明，二次群以上的數(shù)字通信用光纖、微波傳輸都是合算的。

基于30/32路系列的數(shù)字復接體系(E體系)的結構如圖2-21所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-21PCM30/32路系列數(shù)字復接體系(E體系)結構本課件是可編輯的正常PPT課件

5.高次群接口碼型

高次群接口碼型的要求與基帶傳輸時對碼型的要求類似。線路與機器、機器與機器的接口必須使用協(xié)議的同一種碼型。一至四次群接口速率與碼型如表2-2所示。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.4同步數(shù)字體系(SDH)

2.4.1SDH的基本概念

20世紀80年代中期以來，光纖通信在電信網(wǎng)中獲得了廣泛應用，其應用范圍已逐步從長途通信、市話局間中繼通信轉向用戶入網(wǎng)。光纖通信優(yōu)良的寬帶特性、傳輸性能和低廉價格使之成為電信網(wǎng)的主要傳輸手段。然而，隨著電信網(wǎng)的發(fā)展和用戶要求的提高，光纖通信中的傳統(tǒng)準同步數(shù)字體系(PDH)暴露出一些固有的弱點：本課件是可編輯的正常PPT課件

(1)歐洲、北美、日本等國家規(guī)定的語音信號編碼率各不相同，給國際間互通造成困難。

(2)沒有世界性的標準光接口規(guī)范，導致各廠家自行開發(fā)的專用接口(包括碼型)只有通過光/電轉換成標準電接口(G.703建議)才能互通，從而限制了聯(lián)網(wǎng)應用的靈活性，也增加了網(wǎng)絡運營成本。

(3)低速支路信號不能直接接入高速信號通路上，例如目前低速支路多數(shù)采用準同步復接，而且大多數(shù)采用正碼速調(diào)整來形成高速信號，其結構復雜。

(4)系統(tǒng)運營、管理與維護能力受到限制。本課件是可編輯的正常PPT課件

SDH是由一些網(wǎng)絡單元(例如終端復用器TM、分插復用器ADM、同步數(shù)字交叉連接設備SDXC等)組成的在光纖上進行同步信息傳輸、復用和交叉連接的網(wǎng)絡，其優(yōu)點是：

(1)具有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡節(jié)點接口(NNI)。

(2)有一套標準化的信息結構等級，稱為同步傳輸模塊(STM-1、STM-4、STM-16和STM-64)。

(3)幀結構為頁面式，具有豐富的用于維護管理的比特。

(4)所有網(wǎng)絡單元都具有標準光接口。

本課件是可編輯的正常PPT課件

(5)有一套靈活的復用結構和指針調(diào)整技術，允許現(xiàn)有的準同步數(shù)字體系、同步數(shù)字體系和B-ISDN信號進入其幀結構，因而具有廣泛的適應性。

(6)采用大量軟件進行網(wǎng)絡配置和控制，使得其功能開發(fā)、性能改變較為方便，適應將來的不斷發(fā)展。

為了比較PDH和SDH，這里以從140Mb/s碼源中分插一個2Mb/s支路信號的任務為例來加以說明，其工作過程如圖2-22所示。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-22分插信號流圖的比較本課件是可編輯的正常PPT課件

由圖2-22可知，為了從140Mb/s碼源中分插一個2Mb/s支路信號，PDH需要經(jīng)過140/34Mb/s、34/8Mb/s和8/2Mb/s三次分接。

SDH的特點是由基本復用單元組成，有若干中間復用步驟；業(yè)務信號的種類包括兩大基本系列的各次群速率；STM-N的復用過程包括映射、定位、復用三個步驟；復用技術為指針調(diào)整定位。

SDH網(wǎng)絡最核心的特點是擁有同步復用、標準光接口和強大的網(wǎng)絡管理能力。本課件是可編輯的正常PPT課件

2.4.2SDH的速率和幀結構

在SDH網(wǎng)絡中，信息是以同步傳輸模塊(SynchronousTransportModule，STM)的結構形式傳輸?shù)?。一個同步傳輸模塊(STM)主要由信息有效負荷和段開銷(SectionOverHead，SOH)組成塊狀幀結構。

SDH最基本的模塊信號是STM-1，其速率是155.520Mb/s；更高等級的STM-N是將基本模塊信號STM-1同步復用、字節(jié)間插的結果。其中N是正整數(shù)，可以取1、4、16、64。ITU-TG.707建議規(guī)范的SDH標準速率如表2-3所示。本課件是可編輯的正常PPT課件本課件是可編輯的正常PPT課件

STM-N的幀結構如圖2-23所示，它有270?×?N列、9行，即幀長度為270?×?N?×?9B(字節(jié)Byte簡記為B)，或270?×?N?×?9?×?8bit；幀重復周期為125μs。本課件是可編輯的正常PPT課件圖2-23STM-N的幀結構本課件是可編輯的正常PPT課件

1.段開銷

段開銷分兩個部分，第1～3行為再生段開銷(RSOH)，與再生器功能相關；第5～9行為復用段開銷(MSOH)，與管理單元群(AUG)的組合和拆解相關。SOH中所含字節(jié)主要用于網(wǎng)絡的運行、管理、維護和指配(OAM&P)，以保證信息正確靈活地傳輸。

2.管理單元指針