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1、现代通信系统第4章 数字通信系统概述 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 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系统称之为数字通信系统。数字通信系统的模型可用图图4.1来描述。来描述。图4.1
2、 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4.1.2 数字通信系统的主要性能指标数字通信系统的主要性能指标 1.数字传输系统传输速率数字传输系统传输速率 1)信息传输速率信息传输速率 2)码元码元(符号符号)传输速率传输速率 转换公式为转换公式为 1BfN bM(4.1.1)2.误码误码 1)误码概念误码概念 在数字通信中是用的脉冲信号在数字通信中是用的脉冲信号,即用即用“1”和和“0”携携带信息。由于噪声、串音及码间干扰以及其他突发因带信息。由于噪声、串音及码间干扰以及其他突发因素的影响素的影响,当干扰幅度超过脉冲信号再生判
3、决的某一门当干扰幅度超过脉冲信号再生判决的某一门限值时限值时,将会造成误判成为误码将会造成误判成为误码,如图如图4.2所示。所示。图4.2 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 2)误码积累误码积累 在实际的数字通信系统中在实际的数字通信系统中,含有多个再生中继段含有多个再生中继段,上上面讲的误判产生的误码率是指在一个中继段内产生的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当它继续传到下一个中继段,也有可能再产生误判也有可能再产生误判,但这但这种误判把原来误码纠正过来的可能性极少。种误判把原来误码纠正过来的可能性极少。lime
4、nP产生错误码元(个数)传输的总码元(个数)(4.1.2)1imeBeBiPP(4.1.3)ieBeBPmP(4.1.4)3.抖动抖动 1)抖动概念抖动概念 所谓抖动所谓抖动,是指在噪声因素的影响下，数字信号的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。有效瞬间相对于应生成理想时间位置的短时偏离。图4.3 脉冲抖动的意义 发送脉冲 接收脉冲 抖动函数t1t2t3t4t5t1t2t3t4t5j(t)t 2)抖动容限抖动容限 抖动容限一般是用峰抖动容限一般是用峰峰抖动峰抖动Jp-p来来描述的。它是指某个特定的抖动比特的描述的。它是指某个特定的抖动比特的时间位置相对
5、于该比特抖动时的时间位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。置的最大部分偏离。4.2 数字复接技术数字复接技术 4.2.1 数字多路通信原理数字多路通信原理 数字多路通信也叫做时分多路通信数字多路通信也叫做时分多路通信,所谓时分多路所谓时分多路通信通信,是利用多路信号是利用多路信号(数字信号数字信号)在信道上占有不同的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：信号的正交性：2112()()0ttFf tf t dt(4.2.1)图4.4 脉冲信号的正交 f1(t)At1t2T0tf2(t)0t1t2
6、t3T0tt3 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()()()TtR Tf tf t(4.2.2)根据离散和计算有1212012130122123()()()()()()()()()0ttttttR Tf tf tf tf tf tf tf tf t(4.2.3)如第如第2章章PCM脉冲编码技术所述脉冲编码技术所述,由抽样定理把每由抽样定理把每路话音信号按路话音信号按8000次次/s抽样抽样,对每个样值编对每个样值编8位码位码,那么第那么第一个样值到第二个样值出现的时间一个样值到第二个样值出现的时间,即即1/8000s(=125s),称为抽样周期称
7、为抽样周期T(=125s)。在这个。在这个T时间内可间插许多时间内可间插许多路信号直至路信号直至n路路,这就是时间的可分性这就是时间的可分性(离散性离散性),就能实就能实现许多路信号在现许多路信号在T时间内的传输。其多路通信模型如图时间内的传输。其多路通信模型如图4.5所示。所示。图4.5 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 4.2.2 数字信号复接技术数字信号复接技术 数字复接数字复接,就是利用时间的可分性就是利用时间的可分性,采用时隙叠加的采用时隙叠加的方法把多路低速的数字码流方法把多路低速的数字码流(支路码流支路码流)
8、,如图如图4.6(a)所示所示,在同一时隙内合并成为高速数字码流的过程。在同一时隙内合并成为高速数字码流的过程。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)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)1 1 1 1 0 1 0 1 1 00 1 1 1 1 00 11 1 1 0 1 0 0 0 01 1 11 1(b)PCM30/32(1)CH1(c)1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1
9、 01 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1104.3 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帧结构一般都采用由世界电信组织建议的统一格式式,为保证数字通信系统正常工作为保证数字通信系统正常工作,在一帧的信号中应有在一帧的信号中应有以下基本信号以下基本信号:帧同步信号帧同步信号(帧定位信号帧定位信号)及同步对告信号及同步对告信号;信息信号信息信号;其他特殊信号其他特殊信号(地址、信令、纠错等信号地址、信令、纠错等信号);勤务信号。勤务信号。4.3.1 PCM30/32路基群帧结构 时隙信号作如下安排：1)30个话路时隙:TS1TS
10、15,TS17TS31 2)帧同步时隙:TS0 3)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(4.3.1)(4.3.2)图4.7 PCM30/32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(2 ms)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0
11、0001 A211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：A10；A20失步：A11；A21数码率 1328 80002048/BsBnLfn L fkb stT(4.3.3)图4.8 PCM30/32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 4.3.2 准同步数字复接准同步数字复接(PDH)系列帧结构系列帧结
12、构(以以PCM30/32路为基础路为基础)1.准同步复接准同步复接(PDH)系列系列 根据不同需要和不同传输介质的传输能力根据不同需要和不同传输介质的传输能力,要有要有不同的话路数和不同的速率复接形成一个系列不同的话路数和不同的速率复接形成一个系列,由低由低向高逐级进行复接，这就是数字复接系列。倘若被复向高逐级进行复接，这就是数字复接系列。倘若被复接的几个支路接的几个支路(低等级支路信号低等级支路信号)是在同一高稳定的时是在同一高稳定的时钟控制下钟控制下,它们的数码率是严格相等的它们的数码率是严格相等的,即各支路的码即各支路的码位是同步的。位是同步的。表4.1 两类速率复接系列比较表 2.2.
13、048Mb/s速率接口的(PDH)复接系列二次群帧结构 图4.9 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 在每支路复接时码率究竟如何调整呢在每支路复接时码率究竟如何调整呢?CCITT推荐推荐的 速 率 系 列的 速 率 系 列 P D H 二 次 群 速 率 为二 次 群 速 率 为 8.4 4 8 M b/s。CCITTG.742推荐的正码速调整推荐的正码速调整(增加码位增加码位)准同步复接准同步复接系列系列PDH二次群的帧结构中各支路的比特安排如图二次群的帧结构中各支路的比特安排如图4.10(a)所示
14、所示,它的复接帧如图它的复接帧如图4.10(b)所示所示,帧长帧长848比特比特,帧周期为帧周期为100.38s。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636 637 638 639 640 641 642 643 644 645848429424 425 426 427 428213 214 215 216 217212101112131212345354106 107159 160 161212212比特 组53比特组53比特 组53比特 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(
15、a)帧同步告警备用信息码插入标志信息码插入标志F11F21F23F33F43504200C11C21C31C41524208C12C22C32C42信息码插入标志插入码信息码524208C13C23C33C43V1V2V3V4514204(b)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)213213 10100.999997eeeeePPPPP 当误码率Pe=10时,正确判断的概率为 表4.2 34368kb/s复用帧结构 表4.3 139264kb/s复用帧结构 表4.4 PDH接口速率、码型表 4.3.3 同步数字复接同步数字复接(
16、SDH)系列帧结构系列帧结构 1.同步数字复接系列同步数字复接系列SDH 通信容量越来越大通信容量越来越大,业务种类越来越多业务种类越来越多,传输的信号传输的信号带宽越来越宽带宽越来越宽,数字信号传输速率越来越高。这样便会数字信号传输速率越来越高。这样便会使使PDH复接的层次越来越多复接的层次越来越多,而在更高速率上的异步复而在更高速率上的异步复接接/分接需要采用大量的高速电路分接需要采用大量的高速电路,这会使设备的成本、这会使设备的成本、体积和功耗加大体积和功耗加大,而且使传输的性能恶化。而且使传输的性能恶化。2.SDH同步数字复接系列帧结构同步数字复接系列帧结构 按世界按世界ITUT1995年年G.707协议规范协议规范,SDH的数字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、有规律地分布匀地、有规律地分布,以便于实现支路的同步复接、交以便于实现支路的同步复接、交叉连接、接入叉连接、接入/分出分出(上上/下下Add/Drop),并能同样方便并能同样方便地直接接入地直接接入/分出分出PDH系列信号。为此系列信号。为此,ITU
