33第2章-数字通信技术

第二章第二章第二章第二章数字通信技术数字通信技术数字通信技术数字通信技术华北电力大学通信技术研究所华北电力大学通信技术研究所华北电力大学通信技术研究所华北电力大学通信技术研究所NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU22222.12.12.12.1模拟信号的数字化模拟信号的数字化模拟信号的数字化模拟信号的数字化2222.2.2.2.2时分多路复用及时分多路复用及时分多路复用及时分多路复用及PCM30/32PCM30/32PCM30/32PCM30/32路系统路系统路系统路系统2222....3333数字复接技术数字复接技术数字复接技术数字复接技术2222....4444同步数字系列同步数字系列同步数字系列同步数字系列SDHSDHSDHSDH第二章第二章第二章第二章数字通信技术数字通信技术数字通信技术数字通信技术NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU33332222.1.1.1.1模拟信号的数字化模拟与数字的概念: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。NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU4444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vsvsvsvs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NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU5555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NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU6666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；NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU7777PCMPCMPCMPCM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。NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU8888PCMPCMPCMPCM编解码框图NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU9999–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模拟话音模拟话音采样时钟采样时钟PCMPCMPCMPCMPCMPCMPCMPCM信号信号采样电路采样电路量化和编码量化和编码数字化数字化声音声音f4kHzf4kHzf4kHzf4kHzf4kHzf4kHzf4kHzf4kHzffffffffssssssss=8kHz=8kHz=8kHz=8kHz=8kHz=8kHz=8kHz=8kHz语音信号的PCMPCMPCMPCM编码过程NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU10101010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。2222....2222时分多路复用和PCM30/32PCM30/32PCM30/32PCM30/32路系统NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU11111111时分制示意图NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU12121212多路复用示意图DEMUXDEMUXDEMUXDEMUX复用器复用器复用器复用器解复用器解复用器解复用器解复用器共享信道共享信道共享信道共享信道MUXMUXMUXMUX信信信信源源源源信信信信宿宿宿宿NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU13131313频分复用原理图CH2CH2CH1CH1CH3CH3原带宽原带宽CH1CH1CH2CH2CH3CH3移频后带宽移频后带宽MUXMUXCH1CH1CH2CH2CH3CH3带宽复用信号带宽复用信号ff复用器复用器NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU14141414时分多路复用A2A2A2A2A1A1A1A1A3A3A3A3原始信号D2D2D2D2D1D1D1D1D3D3D3D3数字化信号MUXMUXMUXMUX复用后的数据流时隙号时隙号时隙号时隙号1231D3D3D3D3D2D2D2D2DDDD1111时间片11112时间片2222DDDD1111时隙时隙时隙时隙D2D2D2D2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。NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU15151515PCMPCMPCMPCM时分多路复用通信系统的构成NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU16161616PCM30/32PCM30/32PCM30/32PCM30/32路系统帧结构NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU17171717(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：TS16PCM30/32PCM30/32PCM30/32PCM30/32路系统帧结构NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU181818182222....3333数字复接技术NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU19191919数字复接系统方框图NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU20202020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。NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU21212121PCMPCMPCMPCM复接体制NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU22222222（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NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU232323232222....4444数字传输体系PDH/SDHPDH/SDHPDH/SDHPDH/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NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU24242424负载段开销一个传输系统的例子NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU25252525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NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU26262626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；NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU27272727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NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU28282828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NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU29292929准同步数字系列PDHPDHPDHPDH(PlesiochronousDigitalHierarchy)(PlesiochronousDigitalHierarchy)(PlesiochronousDigitalHierarchy)(PlesiochronousDigitalHierarchy)Basic64kbpsT11544T26312T344736T4274176E12048E28448E334368E4139264USA,JAPANEUROPEX24X4X7X6X32X4X4X4819233792137472NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU30303030PDHPDHPDHPDH的多路复接30:1mux4:1mux4:1mux4:1mux4:1mux64kbit/s2048kbit/s(2Mbit/s)8448kbit/s(8Mbit/s)34368kbit/s(34Mbit/s)139264kbit/s(140Mbit/s)564992kbit/s(565Mbit/s)(tolineterminal)NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU31313131PDHPDHPDHPDH的分插复用与交叉连接PDHMUXPDHMUXPDHMUXPDHMUXDDFDDFDDFDDF140/3434/88/234/1408/342/82Mbit/s140Mbit/s140Mbit/sNCEPUNCEPUNCEPUNCEPU32323232PDHPDHPDHPDH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。NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU33333333同步数字系列SDHSDHSDHSDH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。NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU34343434SDH(SynchronousDigitalHierarchy)SDH(SynchronousDigitalHierarchy)SDH(SynchronousDigitalHierarchy)SDH(SynchronousDigitalHierarchy)Basic64kbps1544518401555206220802048155520622080USAEUROPESTM-1STM-424883202488320STM-16NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU35353535SDHSDHSDHSDH的帧结构9X270XN字节SOHAU-PTRSOHSTM-N净负荷(含POH)9XN261XN270XN列传输方向STM-N帧结构NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU36363636SDHSDHSDHSDH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。NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU37373737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PDHPDHPDHPDH和SDHSDHSDHSDH的比较NCEPUNCEPUNCEPUNCEPU38383838PDHPDHPDHPDH和SDHSDHSDHSDH的互通SDH的STM-1可以将63个2Mb/s信号,或3个34Mb/s信号或1个140Mb/s信号复用或适配为155.520Mb/s(简称155Mb/s)信号;STM-1至STM-4,STM-16及更