【正文】 108 第 9章 模擬信號的數(shù)字。 TUG可以混合不同容量的支路單元以增強(qiáng)傳送網(wǎng)絡(luò)的靈活性。 ? 支路單元群 (TUG)：由一個或幾個支路單元組成。它由一信息有效負(fù)荷（低階虛容器 VCn）和一個支路單元指針組成。虛容器的輸出可以進(jìn)入支路單元 TUn。低階虛容器包括一個容器 Cn (n = 1, 2, 3)和低階虛容器的路徑開銷。s。它由信息有效負(fù)荷和路徑開銷信息組成幀，每幀長 125181。每一種虛容器都對應(yīng)一種容器。在圖中用細(xì)箭頭指出。這里，它為后接的虛容器 (VCn)組成與網(wǎng)絡(luò)同步的信息有效負(fù)荷。 105 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? PDH和 SDH連接關(guān)系圖 指針處理 映 射 復(fù) 用 定位調(diào)整 Mb/s Mb/s ?1 VC3 C3 C4 TU3 TUG3 ?3 Mb/s VC2 VC12 VC11 C12 C11 C2 TU11 TU2 TU12 TUG2 ?3 ?4 ?7 ?7 Mb/s Mb/s Mb/s Cn 容器 n STMN VC3 VC4 AU4 AU3 AUG ?N ?1 ?3 106 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 容器： 是一種信息結(jié)構(gòu)。對于 T體系也可以作類似的處理。這時， PDH信號的速率都必須低于 ，并將速率調(diào)整到 。 ? STMN： 包含 N 個 AUG和相應(yīng)的 SOH。 103 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? SDH的速率等級 ? 目前 SDH制定了 4級標(biāo)準(zhǔn)，其容量（路數(shù)）每級翻為 4倍，而且速率也是 4倍的關(guān)系，在各級間沒有額外開銷。s。 ? 在 SDH中，信息是以“ 同步傳送模塊 (STM)”的信息結(jié)構(gòu)傳送的。 幀 比特 1 2 3 4 5 6 7 8 F0 0 0 0 0 x y x X F1 CH1 CH16 F2 CH2 CH17 F3 CH3 CH18 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F15 CH15 CH30 102 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 同步數(shù)字體系 (SDH) ? SDH基本概念 ? SDH是針對更高速率的傳輸系統(tǒng)制定出的全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。在其他幀（ F1至 F15）中，此時隙的 8個比特用于傳送 2路信令，每路 4比特。 101 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 在一個復(fù)幀中按照下表共用此信令時隙。采用隨路信令時，需將 16個幀組成一個復(fù)幀，時隙 TS16依次分配給各路使用。共路信令是將各路信令通過一個獨立的信令網(wǎng)絡(luò)集中傳輸；隨路信令則是將各路信令放在傳輸各路信息的信道中和各路信息一起傳輸。在電話網(wǎng)中傳輸信令的方法有兩種。 100 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 時隙 TS16的功能：可以用于傳輸信令，但是當(dāng)無需用于傳輸信令時，它也可以像其他 30路一樣用于傳輸語音。 TS0的奇數(shù)幀留作告警 (alarm)等其他用途。幀同步碼含 7比特，為“ 0011011”，規(guī)定占用時隙 TS0的后 7位。 ? 時隙 TS0的功能：在偶數(shù)幀和奇數(shù)幀不同。在 32個時隙中， 30個時隙傳輸 30路語音信號，另外 2個時隙可以傳輸信令和同步碼。 98 TS16 信令 偶幀 TS0 * 1 A 1 1 1 1 1 幀同步碼 奇幀 TS0 * 0 0 1 1 0 1 1 話路 (CH1 ~ CH15) 話路 (CH16 ~ CH30) 125?s 16幀 1復(fù)幀＝ 16幀 32個時隙 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 8 bit CH30 (1 bit = ) 8 bit (1 bit = ) 保留 TS10 TS12 TS14 TS16 TS18 TS9 TS11 TS13 TS15 TS17 TS4 TS6 TS2 TS0 TS8 TS5 TS7 TS3 TS1 TS20 TS22 TS28 TS26 TS24 TS30 TS19 TS21 TS23 TS29 TS27 TS25 TS31 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? E體系的一次群結(jié)構(gòu) 99 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 1幀：由于 1路 PCM電話信號的抽樣頻率為 8000 Hz，抽樣周期為 125 ?s，即 1幀的時間。 ? E3層：按照同樣的方法再次復(fù)用，得到比特率為 Mb/s的三次群信號 ? E4層：比特率為 Mb/s。故其輸出總比特率為 Mb/s，此輸出稱為一次群信號。 94 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 準(zhǔn)同步數(shù)字體系 (PDH) ? ITU提出的兩個建議： ? E體系 － 我國大陸、歐洲及國際間連接采用 ? T體系 － 北美、日本和其他少數(shù)國家和地區(qū)采用， 95 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 層次 比特率（ Mb/s） 路數(shù)（每路 64kb/s） E 體 系 E 1 30 E 2 120 E 3 480 E 4 1920 E – 5 7680 T 體 系 T – 1 24 T 2 96 T 3 （日本） 480 （北美） 672 T – 4 （日本） 1440 （北美） 4032 T－ 5 （日本） 5760 （北美） 8064 96 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? E體系的結(jié)構(gòu)圖 1 30 ? (30路 ? 64 kb/s) 一次群 Mb/s 復(fù)用 設(shè)備 1 ? 4路 ? Mb/s 二次群 Mb/s 二次復(fù)用 4 復(fù)用 設(shè)備 三次群 Mb/s 三次復(fù)用 復(fù)用 設(shè)備 1 4 4路 ? Mb/s ? 五次復(fù)用 復(fù)用 設(shè)備 五次群 Mb/s 4路 ? Mb/s ? 四次群 Mb/s 復(fù)用 設(shè)備 1 4 4路 ? Mb/s ? 四次復(fù)用 97 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? E體系的速率： ? 基本層 (E1)： 30路 PCM數(shù)字電話信號，每路 PCM信號的比特率為 64 kb/s。 ? 目前大容量鏈路的復(fù)接幾乎都是 TDM信號的復(fù)接。所以在低次群合成高次群時，需要將各路輸入信號的時鐘調(diào)整統(tǒng)一。 在通信網(wǎng)中往往有多次復(fù)用，由若干鏈路來的多路時分復(fù)用信號，再次復(fù)用，構(gòu)成高次群。故上述僅是時分復(fù)用的基本原理。 模擬脈沖調(diào)制目前幾乎不再用于傳輸。在一個多路復(fù)用設(shè)備中使各路抽樣脈沖嚴(yán)格保持這種關(guān)系并不難，因為可以由同一時鐘提供各路抽樣脈沖。 上述時分復(fù)用基本原理中的機(jī)械旋轉(zhuǎn)開關(guān)，在實際電路中是用抽樣脈沖取代的。每路信號實際上是 PAM調(diào)制的信號。設(shè)旋轉(zhuǎn)周期為 Ts秒，共有 N 路信號，則每路信號在每周中占用 Ts/N 秒的時間。假設(shè)它在此區(qū)間內(nèi)均勻分布，則 e(t)的概率分布密度 f(e)可以表示為： 故 e(t)的平均功率可以表示成： ??? ????? eef ,2 1)(?? ?? ??? ???? ?? 32 1)()]([ 2222 deedeefeteE88 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 假設(shè)這個功率的頻譜均勻分布在從 0到抽樣頻率 fs之間，即其功率譜密度 P(f)可以近似地表示為： 因此，此量化噪聲通過截止頻率為 fm的低通濾波器之后，其功率等于： 由上式可以看出，此基本量化噪聲功率只和量化臺階 ?與 (fL / fs)有關(guān)，和輸入信號大小無關(guān)。這樣，圖中的階梯波 m? (t)就是譯碼積分器輸出波形，而 m? (t)和 m(t)之差就是低通濾波前的量化噪聲 e(t)。故稱 ?/2為增量調(diào)制編碼器的起始編碼電平。因為譯碼器的輸出端接有低通濾波器，故這時譯碼器的輸出電壓為 0。 實際中增量調(diào)制采用的抽樣頻率 fs值比 PCM和 DPCM的抽樣頻率值都大很多；對于語音信號而言，增量調(diào)制采用的抽樣頻率在幾十千赫到百余千赫。另一方面， ?值直接和基本量化噪聲的大小有關(guān)，若取 ?值太大，勢必增大基本量化噪聲。當(dāng)輸入信號斜率超過這個最大值時，將發(fā)生過載量化噪聲。它發(fā)生在輸入信號斜率的絕對值過大時。它伴隨著信號永遠(yuǎn)存在，即只要有信號，就有這種噪聲。 輸出二進(jìn)制波形 Ts 84 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 增量調(diào)制系統(tǒng)中的量化噪聲 ?量化噪聲產(chǎn)生的原因 ? 由于編譯碼時用階梯波形去近似表示模擬信號波形，由階梯本身的電壓突跳產(chǎn)生失真。(t) 低通 ＋ 83 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ?波形圖 在解調(diào)器中，積分器只要每收到一個“ 1”碼元就使其輸出升高 ?，每收到一個“ 0”碼元就使其輸出降低 ?，這樣就可以恢復(fù)出圖中的階梯形電壓。若抽樣值為負(fù)值，則判決輸出電壓 +?（用“ 1”代表）；若抽樣值為正值，則判決輸出電壓 ?（用“ 0”代表）。 圖中編碼器輸入信號為 m(t)，它與預(yù)測信號 m? (t)值相減，得到預(yù)測誤差 e(t)。 mk*39。所以當(dāng)無傳輸誤碼時， mk*? = mk*。例如，用“ 1”表示“ +?”，及用“ 0”表示“ ? ”。這就是說，量化器輸出信號 rk只取兩個值+? 或－ ? 。 80 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ?方框圖 ? 編碼器： 預(yù)測誤差 ek = mk – mk? 被量化成兩個電平 +? 和－ ? 。為了不發(fā)生過載，信號的最大斜率不應(yīng)超過 ?/T，即 所以最大允許信號振幅 Amax等于 這時的信號功率為 將 ? 的值 ? = (M – 1)?v / 2 代入上式，得到 最后，求出信號量噪比等于 sk fTA ??? ??ksfA???m a x22222222m a x822 ksksfffAS???? ???? ? ? ?222222222232)1(821ksksffvMffvMS???? ???????? ??mksq fffMNNS23228)1(3 ????79 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? 增量調(diào)制 ? 增量調(diào)制原理 ?增量調(diào)制 (?M)可以看成是一種最簡單的 DPCM。若抽樣點間隔為 T ＝ 1 / fs，則將限制信號的斜率不能超過 ? / T。這就是說，在相鄰抽樣點之間，信號抽樣值的增減不能超過此范圍。我們假設(shè)此量化誤差 qk在 ( ?v/2, + ?v/2)內(nèi)是均勻分布的。39。 (b) 譯碼器 譯碼 延遲 Ts ＋ 延遲 量化 編碼 抽樣 Ts (a) 編碼器 － 74 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 ? DPCM系統(tǒng)的量化誤差（量化噪聲） DPCM系統(tǒng)的量化誤差 qk定義為編碼器輸入模擬信號抽樣值 mk與量化后帶有量化誤差的抽樣值 mk*之差： 設(shè)預(yù)測誤差 ek的范圍是 (+?, ?)，量化器的量化電平數(shù)為M，量化間隔為 ?v，則有 在下圖中畫出，當(dāng) M = 4時， ?， ?v和 M之間關(guān)系的示意圖。73 第 9章 模擬信號的數(shù)字傳輸 為了改善 DPCM體制的性能，將自適應(yīng)技術(shù)引入量化和預(yù)測過程，得出自適應(yīng)差分脈碼調(diào)制 (ADPCM ) 體制。在下圖中畫出了 DPCM系統(tǒng)的原理方框圖。這相當(dāng)于在下式 中， p = 1， a1 = 1，故 sk? = sk1*。 ????piikik mam1*39。故當(dāng)無傳輸誤碼時，即當(dāng)編碼器的輸出就是譯碼器的輸入時，這兩個相加器的輸入信號相同，即 rk = rk?。 上式表明，預(yù)測值 mk? 是前面 p個帶有量化誤差的抽樣信號值的加權(quán)和。39。39。所以，可以把 mk*看作是帶有量化誤差的抽樣信號 mk。若僅用前面的 1個抽樣值預(yù)測當(dāng)前的抽樣值，則就