【正文】 國(guó)際海事衛(wèi)星通信再入大氣層時(shí)的通信；波導(dǎo)通信衛(wèi)星通信使用微波頻段300MHz—30GHz，采用高頻信號(hào)的目的是保證地面上發(fā)射的電磁波能夠穿透電離層到達(dá)衛(wèi)星。在衛(wèi)星通信中，不同的衛(wèi)星，或者同一顆衛(wèi)星上的轉(zhuǎn)發(fā)器所使用的頻率范圍不同，不同頻率范圍有不同的代號(hào)。，該頻率范圍簡(jiǎn)稱C波段；, 該頻率范圍簡(jiǎn)稱Ku波段。最適合衛(wèi)星通信的頻率是1～10GHz頻段，但為了滿足越來(lái)越多的需求，新的頻段如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz已開(kāi)始研究應(yīng)用。三、極化方式當(dāng)電磁波在空間傳播時(shí)，其電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E的方向具有確定的規(guī)律，這種現(xiàn)象稱為電磁波的極化。在均勻無(wú)限空間中傳播的電磁波是一種橫波，其電場(chǎng)矢量E、磁場(chǎng)強(qiáng)度矢量H和波的傳播方向三者之間，兩兩互相垂直，常用電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E的變化來(lái)代表電磁波的變化。極化方式即衛(wèi)星電視信號(hào)的電磁場(chǎng)的振動(dòng)方向的變化方式。按照極化方式的不同，電磁波可分為線極化波和圓極化波等各種不同的類型。所謂線極化波就是其電場(chǎng)強(qiáng)度矢量E 沿直線隨時(shí)間變化的波，當(dāng)E與地面垂直時(shí)，稱為垂直極化波。當(dāng)E與地面平行時(shí)，稱為水平極化波。如果電場(chǎng)矢量長(zhǎng)度保持固定，矢量E的運(yùn)動(dòng)軌跡是一個(gè)圓，稱為圓極化波。順著電磁波的傳播方向看去，當(dāng)矢量旋轉(zhuǎn)方向?yàn)槟鏁r(shí)針時(shí)，則為左旋極化波，順時(shí)針時(shí)為右旋極化波。四、分貝的概念 衛(wèi)星通信所用的信號(hào)放大倍數(shù)和傳輸損耗等的數(shù)值都很大，不便于用真數(shù)表示和比較。如果用以10為底的對(duì)數(shù)，即貝爾（Bell）表示時(shí)，又因單位過(guò)大而不很方便。常用單位為分貝（dB，decibel），即貝爾的1/10。采用對(duì)數(shù)后，還可以將乘除運(yùn)算簡(jiǎn)化為加減運(yùn)算。以分貝形式表示的計(jì)算單位有：n 增益或損耗單位dB功率關(guān)系，GdB = 10 log10(P1/ P2)電壓關(guān)系，GdB = 20 log10(V1/ V2)電流關(guān)系，GdB = 20 log10(I1/ I2)n 功率單位dBW或dBm1W = 0dBW1mW = 0dBm0dBW = 30dBmn 帶寬單位dBHz 1Hz = 0dBHz1kHz = 30dBHz1MHz = 60dBHz習(xí) 題1. 用簡(jiǎn)潔的語(yǔ)言描述傳送網(wǎng)。2. 列舉說(shuō)明ASON光同步傳送網(wǎng)的特點(diǎn)。3. 簡(jiǎn)述SDH和WDM的關(guān)系。4. 列舉常用的物理拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)，并敘述其優(yōu)缺點(diǎn)。5. 簡(jiǎn)述傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢(shì)。6. 常用的數(shù)字復(fù)接技術(shù)有哪些？7. 簡(jiǎn)述PDH和SDH的各自特點(diǎn)和區(qū)別。8. 線路編碼有什么要求？9. 簡(jiǎn)述再生中繼器的功能及基本組成部分。10. 波長(zhǎng)、波速和頻率的關(guān)系？第2章 PDH課程目標(biāo)：初級(jí)l 了解準(zhǔn)同步數(shù)字體系中級(jí)l 熟悉準(zhǔn)同步數(shù)字體系l 掌握PCM30/32路系統(tǒng)l 熟悉網(wǎng)絡(luò)性能標(biāo)準(zhǔn)高級(jí)l 熟悉準(zhǔn)同步數(shù)字體系l 掌握PCM30/32路系統(tǒng)l 熟悉數(shù)字復(fù)接技術(shù)l 了解數(shù)字傳輸技術(shù)l 熟悉PDH接口標(biāo)準(zhǔn)l 熟悉網(wǎng)絡(luò)性能標(biāo)準(zhǔn) 準(zhǔn)同步數(shù)字體系 何謂準(zhǔn)同步數(shù)字體系為了將低速信號(hào)復(fù)接成高速信號(hào)并使復(fù)接方便，規(guī)定了各信道比特流之間的各速率等級(jí)標(biāo)稱值和容差范圍。例如，規(guī)定了各主時(shí)鐘有共同的標(biāo)稱值，同時(shí)不允許它們之間偏離標(biāo)稱值，即不超過(guò)容差范圍這種允許比特偏差但幾乎是同步的工作狀態(tài)，稱之為準(zhǔn)同步。相應(yīng)的比特系列稱為準(zhǔn)同步數(shù)字系列。英文縮寫是PDH。中國(guó)采用的是歐洲體制。 國(guó)際上允許存在的三種PDH次群以2Mbps為基礎(chǔ)的系列日本體制（kbps）北美體制（kbps）歐洲體制（kbps）0次群6464641次群1554155420482次群6312631284483次群3206444736343684次群977282741761392645次群**564992（*注：日本體制的應(yīng)用比較有限，不再列舉)另外，目前只有統(tǒng)一的電接口標(biāo)準(zhǔn)（），而沒(méi)有統(tǒng)一的光接口標(biāo)準(zhǔn)，即使一種準(zhǔn)同步復(fù)接體制中，也不能保證光接口的互通。同為歐州體制的4次群系統(tǒng)，光接口就可能有幾種。光信號(hào)的碼型、碼率都不相同時(shí)，很難互通，只有通過(guò)光電變換將光接口轉(zhuǎn)換為電接口后才能保證互通。這就增加了網(wǎng)絡(luò)成本，影響了光纖系統(tǒng)的互聯(lián)，與目前光纖通信飛速發(fā)展的形勢(shì)不符。如今，PDH系統(tǒng)已經(jīng)從主干網(wǎng)上退出，而在接入網(wǎng)側(cè)PDH仍有部分使用。實(shí)際的應(yīng)用中，雖然每端PDH設(shè)備所傳業(yè)務(wù)不多，但都是銀行、政府等重要部門。所以為了提高網(wǎng)絡(luò)的服務(wù)質(zhì)量、安全性和可維護(hù)性，將原有的PDH網(wǎng)絡(luò)升級(jí)改造成集中可監(jiān)控PDH網(wǎng)絡(luò)，對(duì)PDH設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，以方便對(duì)設(shè)備運(yùn)行情況的了解和對(duì)故障的處理，優(yōu)化網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)，提高網(wǎng)絡(luò)使用率。 PCM的基本原理將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)數(shù)字化處理后形成數(shù)字信號(hào)，從而使模擬傳輸變?yōu)閿?shù)字傳輸。這種通信方式的主要優(yōu)點(diǎn)是：l 抗干擾能力強(qiáng)l 實(shí)現(xiàn)高質(zhì)量的遠(yuǎn)距離通信l 靈活性高，能適應(yīng)各種業(yè)務(wù)要求l 可以很方便的與計(jì)算機(jī)連接l 數(shù)字信號(hào)易于加密，保密性能好l 電路易于集成下面介紹模擬信號(hào)的數(shù)字化過(guò)程以及復(fù)接后的數(shù)字信號(hào)在光纖上傳輸?shù)幕驹?。一、脈沖編碼調(diào)制的構(gòu)成對(duì)模擬信號(hào)抽樣，分別對(duì)每個(gè)樣值量化，再對(duì)其量化值進(jìn)行編碼，這一過(guò)程稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。 模擬信號(hào)處理流程圖1．模/數(shù)變換，..相當(dāng)于信源編碼部分的模/數(shù)變換（A/D變換），具體包括抽樣、量化、編碼三步。抽樣是把模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化，變?yōu)槊}沖幅度調(diào)制（PAM）信號(hào)。量化是把PAM信號(hào)在幅度上離散化，變?yōu)榱炕担ü灿蠳個(gè)量化值）。..編碼用二進(jìn)制碼表示N個(gè)量化值，每個(gè)量化值編n位碼，則N=2 n。2．信道部分信道部分包括傳輸線路及再生中繼器。再生中繼器可消除噪聲，所以數(shù)字通信系統(tǒng)中每隔一定的距離加一個(gè)再生中繼器以延長(zhǎng)通信距離。3．?dāng)?shù)/模變換接收端首先利用再生中繼器消除數(shù)字信號(hào)中的噪聲干擾，然后進(jìn)行數(shù)/模變換。數(shù)/模變換包括解碼和低通兩部分。解碼是編碼的反過(guò)程，解碼后還原為PAM信號(hào)（假設(shè)忽略量化誤差量化值與PAM信號(hào)樣值之差）低通收端低通的作用是恢復(fù)或重建原模擬信號(hào)。下面分別詳細(xì)介紹有關(guān)抽樣、量化、編碼與解碼等知識(shí)。二、抽樣話音信號(hào)不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時(shí)間上也是連續(xù)的。要使話音信號(hào)數(shù)字化，首先要在時(shí)間上對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行離散化處理，這一處理過(guò)程是由抽樣來(lái)完成的。所謂抽樣就是每隔一定的時(shí)間間隔T抽取模擬信號(hào)的一個(gè)瞬時(shí)幅度值（樣值）。抽樣是由抽樣門來(lái)完成的，在抽樣脈沖S（t）的控制下，抽樣門閉合或斷開(kāi)。模擬信號(hào)抽樣脈沖樣值序列 抽樣門，抽樣門開(kāi)關(guān)閉合，其輸出取出一個(gè)模擬信號(hào)的樣值；當(dāng)抽樣脈沖幅度為零時(shí)，抽樣門開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，其輸出為零（假設(shè)抽樣門等效為一個(gè)理想開(kāi)關(guān)）。抽樣后所得出的一串在時(shí)間上離散的樣值稱為樣值序列或樣值信號(hào)，它是PAM信號(hào)，由于其幅度取值仍然是連續(xù)的，它仍是模擬信號(hào)。，其抽樣脈沖有一定的寬度，樣值也就有一定的寬度，且樣值的頂部隨模擬信號(hào)的幅度變化。為了了解在什么條件下，接收端能從解碼后的樣值序列中恢復(fù)出原始模擬信號(hào)，有必要分析樣值序列的頻譜。為了方便起見(jiàn)，要借助于理想抽樣分析。采用理想的單位沖激脈沖序列作為抽樣脈沖（即用沖激脈沖近似表示有一定寬度的抽樣脈沖）時(shí)，稱為理想抽樣。 抽樣過(guò)程理想抽樣的頻譜設(shè)抽樣脈沖S（t）是單位沖激脈沖序列，抽樣值是抽樣時(shí)刻nT的模擬話音信號(hào)m（t）的瞬時(shí)值m（t）。現(xiàn)分析理想抽樣時(shí)的樣值序列S（t）的頻譜S（ω）與原始模擬話音信號(hào)m（t）的頻譜M（ω）之間的關(guān)系。fmfS（f）fs2fs 理想抽樣信號(hào)及頻譜根據(jù)推導(dǎo)得出S（ω）=1/TΣM（ωnωs）上式表示，抽樣后的樣值序列頻譜S（ω）是由無(wú)限多個(gè)分布在ω各次諧波左右的上下邊帶所組成，而其中位于n=0處的頻譜就是抽樣前的話音信號(hào)頻譜M（ω）自的本身（只差一個(gè)系數(shù)1/T）。，樣值序列的頻譜被擴(kuò)大了（即頻率成分增多了），但樣值序列中含原始話音的信息。因此對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行抽樣處理是可行的。抽樣處理后不僅便于量化、編碼，同時(shí)對(duì)話音信號(hào)進(jìn)行了時(shí)域壓縮，為時(shí)分復(fù)用創(chuàng)造條件。在接收端為了能恢復(fù)原始話音信號(hào)，必須要求位于ωs處的下邊帶頻譜能與話音信號(hào)頻譜分開(kāi)。設(shè)原始話音信號(hào)的頻帶限制在0－fm（fm：話音信號(hào)的最高頻率），在接收端，只要用一個(gè)低通濾波器把原始話音信號(hào)（頻帶為0－fm）濾出，就可獲得原始話音信號(hào)的重建。但要獲得話音信號(hào)的重建，可知，必須使0－fm之間有一程寬度的防衛(wèi)帶。否則產(chǎn)生重疊而產(chǎn)生失真，這種失真所產(chǎn)生的噪聲稱為折疊噪聲。為了避免產(chǎn)生折疊噪聲，對(duì)頻帶為0－fm Hz的話音信號(hào)，其抽樣頻率fs必須滿足下列條件：fs≥2fm其中：fm模擬信號(hào)f（t）的最高頻率，fs取樣頻率，Ts取樣周期。當(dāng)fs=8000Hz時(shí)，取樣周期Ts=1/f1=1/8000=125μs。即：“一個(gè)頻帶限在fm下的連續(xù)信號(hào)m（t）可以唯一地用時(shí)間隔T≤1/2fm的抽樣值序列來(lái)確定?！边@就是著名的抽樣定理。話音信號(hào)的最高頻率限制在3400Hz，這時(shí)滿足抽樣定理的最低的抽樣頻率應(yīng)為fsmin=6800Hz，為留有一定的防衛(wèi)帶，原CCITT規(guī)定話音信號(hào)的抽樣頻率為fs=8000Hz，這樣就留出了80006800=1200Hz出作為濾波器的防衛(wèi)帶。應(yīng)當(dāng)指出，抽樣頻率fs不是越高越好，fs太高時(shí)，將會(huì)降低信道的利用率（因?yàn)殡Sfs的升高，fb也增大，則數(shù)字信號(hào)帶寬變寬，導(dǎo)致信道利用率降低）。所以只要能滿足fs≥2fm ，并有一定頻寬的防衛(wèi)帶即可。三、量化量化的意思是將時(shí)間域上幅度連續(xù)的樣值序列變換為時(shí)間域上幅度離散的樣值序列信號(hào)（即量化值）。量化分為均勻量化和非均勻量化兩種。1．均勻量化uP（u）uu。，話音信號(hào)為小信號(hào)（指絕對(duì)值小的信號(hào)）時(shí)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)多，而大信號(hào)（指絕對(duì)值大的信號(hào)）時(shí)出現(xiàn)的機(jī)會(huì)少，而且話音信號(hào)主要分布在U ~+U之間。我們將U與+U這個(gè)區(qū)域稱為量化區(qū)，而將（U，+U）之外的范圍稱為過(guò)載區(qū)。均勻量化是在量化區(qū)內(nèi)（即從U ~+U）均勻等分N個(gè)小間隔。N稱為量化級(jí)數(shù)，每一小間隔稱為量化間隔Δ： Δ=2U/N例如：、、量化值為：、、設(shè)：N=8U=4Δ，均勻量化間隔為Δ，則量化級(jí)數(shù)N=2U/Δ=8級(jí)。這樣就把連續(xù)變化電平（4Δ~4Δ）劃分成8個(gè)量化級(jí)，每一量化級(jí)內(nèi)的連續(xù)幅值都用一個(gè)離散近似值表示，此離散值稱為量化值。由于量化級(jí)數(shù)為8級(jí)，因此把4Δ~4Δ中無(wú)限個(gè)連續(xù)值量化成有限個(gè)（8個(gè)）離散值。過(guò)載時(shí)的量化值被量化為最大量化值（絕對(duì)值）。由此可見(jiàn)，量化后將取值無(wú)限的PAM值變?yōu)槿≈涤邢薜姆戎?，量化值的?shù)目等于量化級(jí)N。量化會(huì)產(chǎn)生量化誤差，用下式表示： 量化誤差e（t）= 量化值樣值在采用四舍五入量化方法時(shí)，在量化區(qū)的最大誤差是2/Δ，在過(guò)載區(qū)最大誤差超過(guò)2/Δ。 emx（t）= 2/Δ （量化區(qū)） emx（t）=≥2/Δ （過(guò)載區(qū)）考慮采用四舍五入量化方法不易實(shí)現(xiàn)，所以在工程中采用舍去法。由于舍去法的量化誤差較大，通常在收信彌補(bǔ)2/Δ來(lái)減小量化誤差。由于存在量化誤差就好比有一個(gè)噪聲疊加在原來(lái)的信號(hào)上起干擾作用，這種噪聲稱為量化噪聲。衡量量化噪聲對(duì)信號(hào)影響的指標(biāo)是量化信噪比，其定義為（S/D）dB=10lg（S/D）=10lg（話音信號(hào)平均功率／量化噪聲功率）（dB） 均勻量化噪聲的特點(diǎn)是：在量化區(qū)內(nèi)大、小信號(hào)的量化間隔相同，最大量化誤差也就相同，所以小信號(hào)的量化信噪比小，大信號(hào)的量化信噪比大。在N大小適當(dāng)時(shí)，均勻量化小信號(hào)的量化信噪比太小，不滿足要求（數(shù)字通信系統(tǒng)中要求量化信噪比大于26dB），而大信號(hào)的量化信噪比較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。為了解決這個(gè)問(wèn)題，若仍采用均勻量化，需增大N（或n），但n過(guò)大時(shí)，一是使編碼復(fù)雜，同時(shí)使信道利用率下降。所以引出了非均勻量化。2． 非均勻量化非均勻量化的宗旨是：在不增大量化級(jí)數(shù)N的前提下，利用降低大信號(hào)的量化信噪比來(lái)提高小信號(hào)的量化信噪比（大信號(hào)的量化信噪比遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求，即使下降一點(diǎn)也沒(méi)關(guān)系）。為了達(dá)到這一目的，非均勻量化大、小信號(hào)的量化間隔不同。信號(hào)幅度小時(shí)，量化間隔小，其誤差也??；信號(hào)幅度大時(shí)，量化間隔大，其量化誤差也大。壓縮信道均勻量化編碼擴(kuò)張解碼 模擬壓擴(kuò)法方框圖發(fā)信采用壓縮加均勻量化：小信號(hào)的放大倍數(shù)大。中信號(hào)放大倍數(shù)小，大信號(hào)不放大。收信采用擴(kuò)張加均勻量化：與上相反。這里有兩個(gè)問(wèn)題需要說(shuō)明：(1) 上述為了分析問(wèn)題方便，實(shí)際壓縮特性常采用μ律壓縮特性、A律壓縮特性及A律13折線等。(2) 要求擴(kuò)張?zhí)匦砸獓?yán)格地與壓縮特性相反，以使壓縮一一擴(kuò)張的總傳輸系數(shù)為1，否則會(huì)產(chǎn)生失真。但這在實(shí)際中很難做到，所以模擬壓擴(kuò)法已不采用。目前常用的是A律13折線壓縮特性。為了便于編碼，希望非均勻量化間隔的劃分嚴(yán)格地成2的倍數(shù)關(guān)系折線。而A律壓縮特性基本上是一條平滑變化的曲線，由此決定的橫坐標(biāo)量化間隔的劃分不可能嚴(yán)格地成2的倍數(shù)關(guān)系，所以，用若干段折線去逼近A律壓縮特性，由此得出了A律13折線。具體的方法是：對(duì)x軸在O~1（歸一化）范圍內(nèi)以1/2遞減規(guī)律分成8個(gè)不均勻段，其分段點(diǎn)是l/1/1/1/11/31/64和1/128。對(duì)y軸在O~1（歸一化）范圍內(nèi)以均勻分段方式分成8個(gè)均勻段落，它們的分段點(diǎn)是：7/6/5/4/3/2/8和1/8。將x軸y軸相對(duì)應(yīng)的分段線在XY平面上的相交點(diǎn)連線就是各段的折