【正文】 國際海事衛(wèi)星通信再入大氣層時的通信；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。，該頻率范圍簡稱C波段；, 該頻率范圍簡稱Ku波段。最適合衛(wèi)星通信的頻率是1～10GHz頻段，但為了滿足越來越多的需求，新的頻段如12GHz，14GHz，20GHz及30GHz已開始研究應(yīng)用。三、極化方式當(dāng)電磁波在空間傳播時，其電場強(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。在均勻無限空間中傳播的電磁波是一種橫波，其電場矢量E、磁場強(qiáng)度矢量H和波的傳播方向三者之間，兩兩互相垂直，常用電場強(qiáng)度矢量E的變化來代表電磁波的變化。極化方式即衛(wèi)星電視信號的電磁場的振動方向的變化方式。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強(qiáng)度矢量E 沿直線隨時間變化的波，當(dāng)E與地面垂直時，稱為垂直極化波。當(dāng)E與地面平行時，稱為水平極化波。如果電場矢量長度保持固定，矢量E的運(yùn)動軌跡是一個圓，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針時，則為左旋極化波，順時針時為右旋極化波。四、分貝的概念 衛(wèi)星通信所用的信號放大倍數(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為底的對數(shù)，即貝爾（Bell）表示時，又因單位過大而不很方便。常用單位為分貝（dB，decibel），即貝爾的1/10。采用對數(shù)后，還可以將乘除運(yùn)算簡化為加減運(yùn)算。以分貝形式表示的計算單位有：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. 用簡潔的語言描述傳送網(wǎng)。2. 列舉說明ASON光同步傳送網(wǎng)的特點(diǎn)。3. 簡述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. 簡述傳送網(wǎng)的發(fā)展趨勢。6. 常用的數(shù)字復(fù)接技術(shù)有哪些？7. 簡述PDH和SDH的各自特點(diǎn)和區(qū)別。8. 線路編碼有什么要求？9. 簡述再生中繼器的功能及基本組成部分。10. 波長、波速和頻率的關(guān)系？第2章 PDH課程目標(biāo)：初級l 了解準(zhǔn)同步數(shù)字體系中級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復(fù)接成高速信號并使復(fù)接方便，規(guī)定了各信道比特流之間的各速率等級標(biāo)稱值和容差范圍。例如，規(guī)定了各主時鐘有共同的標(biāo)稱值，同時不允許它們之間偏離標(biāo)稱值，即不超過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。中國采用的是歐洲體制。 國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。光信號的碼型、碼率都不相同時，很難互通，只有通過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)升級改造成集中可監(jiān)控PDH網(wǎng)絡(luò)，對PDH設(shè)備進(jìn)行集中監(jiān)控和管理，以方便對設(shè)備運(yùn)行情況的了解和對故障的處理，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經(jīng)過數(shù)字化處理后形成數(shù)字信號，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 可以很方便的與計算機(jī)連接l 數(shù)字信號易于加密，保密性能好l 電路易于集成下面介紹模擬信號的數(shù)字化過程以及復(fù)接后的數(shù)字信號在光纖上傳輸?shù)幕驹?。一、脈沖編碼調(diào)制的構(gòu)成對模擬信號抽樣，分別對每個樣值量化，再對其量化值進(jìn)行編碼，這一過程稱為脈沖編碼調(diào)制（PCM）。 模擬信號處理流程圖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。抽樣是把模擬信號在時間上離散化，變?yōu)槊}沖幅度調(diào)制（PAM）信號。量化是把PAM信號在幅度上離散化，變?yōu)榱炕担ü灿蠳個量化值）。..編碼用二進(jìn)制碼表示N個量化值，每個量化值編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再生中繼器以延長通信距離。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。解碼是編碼的反過程，解碼后還原為PAM信號（假設(shè)忽略量化誤差量化值與PAM信號樣值之差）低通收端低通的作用是恢復(fù)或重建原模擬信號。下面分別詳細(xì)介紹有關(guān)抽樣、量化、編碼與解碼等知識。二、抽樣話音信號不僅在幅度取值上是連續(xù)的，而且在時間上也是連續(xù)的。要使話音信號數(shù)字化，首先要在時間上對話音信號進(jìn)行離散化處理，這一處理過程是由抽樣來完成的。所謂抽樣就是每隔一定的時間間隔T抽取模擬信號的一個瞬時幅度值（樣值）。抽樣是由抽樣門來完成的，在抽樣脈沖S（t）的控制下，抽樣門閉合或斷開。模擬信號抽樣脈沖樣值序列 抽樣門，抽樣門開關(guān)閉合，其輸出取出一個模擬信號的樣值；當(dāng)抽樣脈沖幅度為零時，抽樣門開關(guān)斷開，其輸出為零（假設(shè)抽樣門等效為一個理想開關(guān)）。抽樣后所得出的一串在時間上離散的樣值稱為樣值序列或樣值信號，它是PAM信號，由于其幅度取值仍然是連續(xù)的，它仍是模擬信號。，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，有必要分析樣值序列的頻譜。為了方便起見，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，稱為理想抽樣。 抽樣過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，抽樣值是抽樣時刻nT的模擬話音信號m（t）的瞬時值m（t）。現(xiàn)分析理想抽樣時的樣值序列S（t）的頻譜S（ω）與原始模擬話音信號m（t）的頻譜M（ω）之間的關(guān)系。fmfS（f）fs2fs 理想抽樣信號及頻譜根據(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）是由無限多個分布在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頻譜M（ω）自的本身（只差一個系數(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。因此對話音信號進(jìn)行抽樣處理是可行的。抽樣處理后不僅便于量化、編碼，同時對話音信號進(jìn)行了時域壓縮，為時分復(fù)用創(chuàng)造條件。在接收端為了能恢復(fù)原始話音信號，必須要求位于ωs處的下邊帶頻譜能與話音信號頻譜分開。設(shè)原始話音信號的頻帶限制在0－fm（fm：話音信號的最高頻率），在接收端，只要用一個低通濾波器把原始話音信號（頻帶為0－fm）濾出，就可獲得原始話音信號的重建。但要獲得話音信號的重建，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，對頻帶為0－fm Hz的話音信號，其抽樣頻率fs必須滿足下列條件：fs≥2fm其中：fm模擬信號f（t）的最高頻率，fs取樣頻率，Ts取樣周期。當(dāng)fs=8000Hz時，取樣周期Ts=1/f1=1/8000=125μs。即：“一個頻帶限在fm下的連續(xù)信號m（t）可以唯一地用時間隔T≤1/2fm的抽樣值序列來確定?！边@就是著名的抽樣定理。話音信號的最高頻率限制在3400Hz，這時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，將會降低信道的利用率（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間域上幅度連續(xù)的樣值序列變換為時間域上幅度離散的樣值序列信號（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。，話音信號為小信號（指絕對值小的信號）時出現(xiàn)的機(jī)會多，而大信號（指絕對值大的信號）時出現(xiàn)的機(jī)會少，而且話音信號主要分布在U ~+U之間。我們將U與+U這個區(qū)域稱為量化區(qū)，而將（U，+U）之外的范圍稱為過載區(qū)。均勻量化是在量化區(qū)內(nèi)（即從U ~+U）均勻等分N個小間隔。N稱為量化級數(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，則量化級數(shù)N=2U/Δ=8級。這樣就把連續(xù)變化電平（4Δ~4Δ）劃分成8個量化級，每一量化級內(nèi)的連續(xù)幅值都用一個離散近似值表示，此離散值稱為量化值。由于量化級數(shù)為8級，因此把4Δ~4Δ中無限個連續(xù)值量化成有限個（8個）離散值。過載時的量化值被量化為最大量化值（絕對值）。由此可見，量化后將取值無限的PAM值變?yōu)槿≈涤邢薜姆戎?，量化值的?shù)目等于量化級N。量化會產(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，在量化區(qū)的最大誤差是2/Δ，在過載區(qū)最大誤差超過2/Δ。 emx（t）= 2/Δ （量化區(qū)） emx（t）=≥2/Δ （過載區(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來減小量化誤差。由于存在量化誤差就好比有一個噪聲疊加在原來的信號上起干擾作用，這種噪聲稱為量化噪聲。衡量量化噪聲對信號影響的指標(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、小信號的量化間隔相同，最大量化誤差也就相同，所以小信號的量化信噪比小，大信號的量化信噪比大。在N大小適當(dāng)時，均勻量化小信號的量化信噪比太小，不滿足要求（數(shù)字通信系統(tǒng)中要求量化信噪比大于26dB），而大信號的量化信噪比較大，遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求。為了解決這個問題，若仍采用均勻量化，需增大N（或n），但n過大時，一是使編碼復(fù)雜，同時使信道利用率下降。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：在不增大量化級數(shù)N的前提下，利用降低大信號的量化信噪比來提高小信號的量化信噪比（大信號的量化信噪比遠(yuǎn)遠(yuǎn)滿足要求，即使下降一點(diǎn)也沒關(guān)系）。為了達(dá)到這一目的，非均勻量化大、小信號的量化間隔不同。信號幅度小時，量化間隔小，其誤差也小；信號幅度大時，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：小信號的放大倍數(shù)大。中信號放大倍數(shù)小，大信號不放大。收信采用擴(kuò)張加均勻量化：與上相反。這里有兩個問題需要說明：(1) 上述為了分析問題方便，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x軸在O~1（歸一化）范圍內(nèi)以1/2遞減規(guī)律分成8個不均勻段，其分段點(diǎn)是l/1/1/1/11/31/64和1/128。對y軸在O~1（歸一化）范圍內(nèi)以均勻分段方式分成8個均勻段落，它們的分段點(diǎn)是：7/6/5/4/3/2/8和1/8。將x軸y軸相對應(yīng)的分段線在XY平面上的相交點(diǎn)連線就是各段的折