通信概论信号的数字化处理技术教学教材

1、2022-5-101第四章 信号(xnho)的数字化处理技术第一页，共50页。2022-5-102主要(zhyo)内容n4.1 模拟信号的数字化n4.2 多路复用技术(jsh)n4.3 同步技术(jsh)第二页，共50页。2022-5-1034.1 模拟信号的数字化n4.1.1 A/D变换(binhun)(模拟/数字变换(binhun)n4.1.2 D/A变换(binhun)(数字/模拟变换(binhun)第三页，共50页。2022-5-1044.1.1 A/D变换(binhun)n模拟信号的数字化过程包括n抽样：在时间上将模拟信号离散化；n量化：在幅度(fd)上将模拟信号离散化；n编码：将抽

2、样、量化后的信号转换n 为数字编码脉冲第四页，共50页。2022-5-105x(n)的二进制数nt0 xa(t)00011011000110110011100101100100110010010抽样量化nx(n)第五页，共50页。2022-5-1064.1.2 D/A变换(binhun)n与A/D变换过程相反n首先(shuxin)经过解码过程，所收到的信息重新组成原来的样值，最后再恢复成原来的模拟信号。t第六页，共50页。2022-5-1074.2 多路复用技术(jsh)n4.2.0 基本概念n4.2.1 频分复用(f yn)n4.2.2 时分复用(f yn)n4.2.3 码分复用(f yn)

3、n4.2.3 波分复用(f yn)第七页，共50页。2022-5-1084.2.0 多路复用技术(jsh)概述(1)n背景n传输介质带宽是固定的n用户终端对介质带宽的需求是变化(binhu)的n两种情况n物理介质带宽大于用户需求（传输介质资源浪费）n物理介质带宽小于用户需求（无法正常通信）第八页，共50页。2022-5-1094.2.0 多路复用技术(jsh)概述(2)n问题的提出n如何高效率地利用宽带介质？n如何在低速(d s)物理介质上传输高速信号？第九页，共50页。2022-5-10104.2.0 多路复用技术(jsh)概述(3)n解决方案：采用复用技术n多路复用的定义：为提高信道利用率

4、，使多个(du )信号在同一信道传输而不互相干扰第十页，共50页。2022-5-10114.2.0 多路复用技术(jsh)概述(4)n基本模型n基本过程(guchng)n复用：复用器n传输：n个独立的信道n解复用：分用器MUXDEMUX1条物理链路，条物理链路，n个逻辑个逻辑(lu j)信道信道n个输入个输入n个输出个输出复用模型第十一页，共50页。2022-5-10124.2.0 多路复用技术(jsh)概述(5)n复用技术的特点(tdin)n提高资源利用率n对管理与控制系统的要求更高n多个信号之间仍可能存在干扰第十二页，共50页。2022-5-10134.2.1 频分复用(f yn)FDM（

5、1）n适用情况n传输介质的有效(yuxio)带宽超出了被传输信号所要求的带宽n思路n多路信号占据不同的频带，信号同时被运载；n将每个信号调制到不同的载波频率上第十三页，共50页。2022-5-10144.2.1 频分复用(f yn)FDM（2）n具体方法n信道的带宽被分成若干相互不重叠的频段（即信道），相邻信道之间设置防护频带；n每路信号经过调制后搬移到适当的频带上；n各路调制后的信号同时被传输；n接收端采用(ciyng)适当的带通滤波器将多路信号分开；n解调，恢复原始基带信号。第十四页，共50页。2022-5-1015n利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方式同时在同一条(y tio

6、)线路上互不干扰地传输User 1User 2User 3Frequency4.2.1 频分复用(f yn)FDM（3）第十五页，共50页。2022-5-1016频分复用(f yn)n利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方式同时在同利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方式同时在同一条一条(y tio)线路上互不干扰地传输线路上互不干扰地传输CH2CH1CH3原带宽原带宽CH1CH2CH3移频后带宽移频后带宽MUXCH1 CH2 CH3带宽复用信号带宽复用信号f复用器复用器第十六页，共50页。2022-5-10174.2.1 频分复用(f yn)FDM（4）n缺点：很难进行动态分

7、配频率n适用环境：模拟链路环境、粗粒度的复用(f yn)（划分上下行频带）n典型实例n有线电视（CATV）n无线电广播n模拟移动通信n非对称数字用户线路（ADSL）第十七页，共50页。2022-5-10184.2.1 频分复用(f yn)FDM（5）n举例一：有线电视(CATV)n一路电视信号传输带宽为6MHz;n多路电视信号可以在CATV电缆上被频分复用(f yn)；n接收端采用适当的带通滤波器将多路信号分开第十八页，共50页。2022-5-1019副载波副载波(zib)f1副载波副载波(zib)f2副载波副载波(zib)fn m1(t)m2(t)mn(t)s1(t)s2(t)sn(t)发送

8、器发送器fcmb(t)s(t)FDM系统发送器系统发送器复合基带信号复合基带信号FDM信号信号第十九页，共50页。2022-5-1020解调器解调器f1解调器解调器f2解调器解调器fn m1(t)m2(t)mn(t)s1(t)s2(t)sn(t)接收器接收器mb(t)s(t)FDM系统系统(xtng)接收器接收器带通滤波器带通滤波器f1带通滤波器带通滤波器f2带通滤波器带通滤波器fn 复合复合(fh)基带信号基带信号FDM信号信号(xnho)第二十页，共50页。2022-5-1021举例举例(j l)2：ADSL接入接入DSLAMDSLAMDSLAMDSLAMSWITCHSWITCHSWITC

9、HSWITCHTELEPHONYTELEPHONYTELEPHONYTELEPHONYSPLITTERSPLITTERSWITCHSWITCHSWITCHSWITCHTELEPHONYTELEPHONYTELEPHONYTELEPHONYATMATMBeforeBeforeAfterAfterSPLITTER第二十一页，共50页。2022-5-1022n在家庭用户一侧，POTS分线器(POTS Splitter)用于电话和计算机信号(xnho)的合成/分离，POTS是Plain Old Telephone Service的缩写；ADSL Modem用于计算机信号(xnho)与模拟信号(xnho

10、)之间的调制/解调。NSP(网络服务提供商)一侧的核心部分是DSLAM(数字用户线接入复用设备)，它实现网络交换机/电话交换机与多条ADSL线路之间的互连，逻辑上由多个POTS分线器和ADSL Modem组成。 第二十二页，共50页。2022-5-10233.2.2 时分复用n原理n利用各信号在时间上的不相互重叠达到在同一信道上传输多路信号；n将整个信道传输信息的时间划分为若干时间片（时隙(sh x)），不同时隙(sh x)分给不同的用户；n每路用户在自己的时隙(sh x)内独占信道进行数据传输n第二十三页，共50页。2022-5-1024时分复用n时分复用技术(jsh)的特点是时隙事先规划分

11、配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用 A2A1A3原始信号D2D1D3数字化信号MUX复用后的数据流复用后的数据流时隙号时隙号1231D3D2D1时间片时间片12时间片时间片2D1时隙时隙D2复用器复用器第二十四页，共50页。2022-5-1025时分复用n优点是时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。需要精度较高的同步系统n适用环境n时分复用技术与频分复用技术一样，有着非常广泛的应用，电话就是其中最经典的例子，此外(cwi)时分复用技术在广电也同样取得了广泛地

12、应用，如SDH，ATM，IP网络通信都是利用了时分复用的技术。 第二十五页，共50页。2022-5-1026 时分复用n同步时分复用同步时分复用TDMn由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，由于每路数据总是使用每个时间片的固定时隙，所以这种时分复用也称为同步时分复用所以这种时分复用也称为同步时分复用n用于电路交换用于电路交换n位置化信道：依据数字信号在时间轴上的位置区别位置化信道：依据数字信号在时间轴上的位置区别(qbi)各路信号各路信号nPSTN n统计时分复用统计时分复用STDMnTDM的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用的缺点：某用户无数据发送，其他用户也不能占用该时隙，将会

13、造成带宽浪费。该时隙，将会造成带宽浪费。n改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据放入。入。n用于分组交换和用于分组交换和ATM交换交换n标志化信道：每个分组前附加标志码，标示输出端。各标志化信道：每个分组前附加标志码，标示输出端。各个分组使用不同的时隙个分组使用不同的时隙第二十六页，共50页。2022-5-1027ABCD待发数据待发数据t1 t2 t3A1B1C1D1C2D2A2B2时间片时间片1时间片时间片2同步同步TDM带宽浪费A1B1B2时间片时间片1时间片时间片2统计统计TDM可用带宽C2第二十七页，共50页。2022-5-10

14、28 时分复用例时分复用例 时分复用的典型例子：时分复用的典型例子：PCM信号的传输信号的传输把多个话路的把多个话路的PCM话音数据用话音数据用TDM的方法装的方法装成帧成帧(帧中还包括了帧同步帧中还包括了帧同步(tngb)信息和信令信息和信令信息信息)每帧在一个时间片内发送每个时隙承载每帧在一个时间片内发送每个时隙承载一路一路PCM信号信号第二十八页，共50页。2022-5-1029E1-帧格式(g shi)nE1线路也可以线路也可以(ky)用于计算机通信用于计算机通信0121631帧同步帧同步信令信令30 路话音数据路话音数据(PCM数据数据) + 2 路控制路控制用户话路用户话路用户话路

15、用户话路第二十九页，共50页。2022-5-10304.2.3 码分复用(f yn)n码分多址接入（CDMACode Division Multiplexing Access）是与频分复用（FDM）和时分复用（TDM）极不相同的另一类多路信号共享信道的复用技术。n频分复用以及波分复用（WDM）的各路信号在频域上是各自分离的，在时域上则是重叠的，因此(ync)它们是靠不同的频率来区分各路信号的；n时分复用正好相反，各路信号在在频域上则可能是重叠的，在时域上则是分离的且交织轮转的，因此(ync)它靠不同的时隙来区分各路信号；n而码分复用允许多路信号在信道的整个频带上同时进行传输，各路信号在时域上和

16、频域上都是重叠的，那么，它是靠什么来区分各路信号的呢？第三十页，共50页。2022-5-1031码分复用(f yn)nCDMA的多路同时传输利用编码原理进行区分n各路信号采用经过特殊挑选(tioxun)的不同码型，通过对不同的码型识别来消除各路信号间的干扰。 第三十一页，共50页。2022-5-1032你听到什么你听到什么.如果如果(rgu)你只懂中文你只懂中文?如果如果(rgu)你只懂俄语你只懂俄语?如果如果(rgu)你只懂英语你只懂英语?“码码”的使用可使的使用可使cdma系统的用户系统的用户(yngh)/信道之间保持正交信道之间保持正交;每一用户每一用户(yngh)数据流均有一个唯一的正

17、交扩频码。数据流均有一个唯一的正交扩频码。第三十二页，共50页。2022-5-1033码分复用(f yn)n调制原理n码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性，以区别地址，而在频率、时间和空间上都可能重叠。也就是说，每一个(y )用户有自己的地址码，这个地址码用于区别每一个(y )用户，地址码彼此之间是互相独立的，也就是互相不影响的，但是由于技术等种种原因，我们采用的地址码不可能做到完全正交，即完全独立，相互不影响，所以称为准正交，由于有地址码区分用户，所以我们对频率、时间和空间没有限制，在这些方面他们可以重叠。n系统的接收端必

18、须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调第三十三页，共50页。2022-5-1034码分复用(f yn)n适用环境：频率资源(zyun)有限的环境n典型实例n WCDMA、CDMA2000、 TD-SCDMA 第三十四页，共50页。2022-5-1035波分复用(f yn)nWDM又叫波分复用技术是新一代的超高速的光缆技术，所谓波分复用技术，就是在单一光纤内同步传输多个不同波长的光波，让数据(shj)传输速度和容量获得倍增n充分利用单模光纤的低损耗区的巨大带宽资源，采用合波器，在发送端将不同规定波长的光载波进行合并

19、，然后传人单模光纤。n在接收部分将再由分波器将不同波长的光载分开的复用方式，由于不同波长的载波是相互独立的，所以双向传输问题，迎刃而解。第三十五页，共50页。2022-5-1036WDM技术(jsh)nWDM技术是在一根光纤上承载多个波长（信道）系统，将一根光纤转换为多条虚拟纤，每条虚拟纤独立工作在不同波长上。每个信道运行速度高达2.510Gbps。nWDM技术作为(zuwi)一种系统概念，可以追溯到1970年初，在当时仅用两个波长，在1300nm窗口一个波长、在1500nm窗口一个波长，利用WDM技术实现单纤全双工传输。初期的WDM网络主要致力于点对点系统的研究第三十六页，共50页。2022

20、-5-1037波分多路复用基本原理波分多路复用基本原理 波分多路复用原理示意图波分多路复用原理示意图第三十七页，共50页。2022-5-10384.4 同步(tngb)技术n4.4.1 同步技术及分类(fn li)n4.4.2 载波同步n4.4.3 位同步n4.4.4 帧同步n4.4.5 网同步第三十八页，共50页。2022-5-10394.4.1 同步(tngb)技术及分类n定义：同步是指收发双方在时间上步调一致，故也称为定时n同步技术(jsh)分类n载波同步n位同步n帧同步n网同步第三十九页，共50页。2022-5-10404.4.2 载波(zib)同步n定义：指在解调时，接收端需要提供(

21、tgng)一个与接收信号中的调制载波同频同相的相干载波第四十页，共50页。2022-5-10414.4.3 位同步(tngb)n定义： 指在接收端的基带信号中提取位定时信息的过程n常用方法n直接法n原理：接收端直接从接收到的码流中提取时钟信号，作为接收的时钟基准n特点(tdin)：不占用额外信道资源第四十一页，共50页。2022-5-10424.4.4 帧同步(tngb)n定义： 指在位同步基础上，接收设备的帧定时与接收到的信号中的帧定时处于同步状态n常用方法n连贯式插入法n又称集中插入法。它是指在每一信息帧的开头集中插入作为帧同步码组的特殊码组，该码组应在信息码中很少出现，即使偶尔(u r)

22、出现，也不可能依照帧的规律周期出现。 A律PCM基群采用集中插入法。n间隔式插入法n间隔式插入法是将n比特帧同步码分散地插入到n帧内，每帧插入1比持，律PCM基群及增量调制（M）系统采用分散插入式同步。 第四十二页，共50页。2022-5-10434.4.5 网同步(tngb)n定义： 指通信网络中各个(gg)单元使用共同的基准时钟频率，实现各网络设备之间的时钟同步n为保证通信网中的所有工作设备协调一致的工作，必须由统一的工作时钟来控制。同步网根据通信网设备工作的需要，提供准确统一的时钟参考信号，保证通信网同步工作。第四十三页，共50页。2022-5-1044n滑动损伤n 在数字网中传递的是对

23、信息进行编码后得到的离散脉冲信号，如果任何两个(lin )数字（交换）设备之间的时钟频率或相位不一致，或者是由于数字比特流在传输中经受的相位漂移和抖动的影响，就会在系统的缓冲存储器中产生上溢或下溢，从而导致在传输的比特流中出现误码，通常称为滑动损伤。第四十四页，共50页。2022-5-1045n同步网分类n准同步网: 由具有相同标称频率的不同基准时钟相互比对的同步网称为准同步网n同步网: 由单一基准时钟控制的同步网称为全同步网。n主从控制法:设置一个高稳定的主时钟,其他各网元的时钟频率和相位(xingwi)同步于主时钟的频率和相位(xingwi)n互控制法:各网元设有独立的时钟.第四十五页，共

24、50页。2022-5-1046n同步网的基本功能是应能准确地将同步信息从基准时钟(shzhng)向同步网内的各下级或同级节点传递，通过主从同步方式使各从节点的时钟(shzhng)与基准时钟(shzhng)同步n国内同步网的同步方式主要有三种类：n全同步网n准同步网n混合网第四十六页，共50页。2022-5-1047n同步网的等级结构n同步网由各节点时钟和传递同步信息的同步链路构成。同步网的功能是准确地将同步信息从基准时钟传给同步网的各节点，从而调节网中各时钟以建立并保持信号同步，满足通信网传递业务信息所需的传输性能要求。n在采用等级主从方式的同步网中，应当根据网中时钟所处(su ch)的地位并按照时钟的性能来划分同步等级。第四十七页，共50页。2022-5-1048n第一级是基准时钟，由三个铯原子钟组成，是数字网中精度最高的时钟，也是其它全部时钟唯一(wi y)的基准n第二级是有保持功能的高稳定