數字通信系列文章：

數字通信相關基本概念（一）

數字通信之抽樣（二）

數字通信之量化（三）

數字通信之編碼（四）

數字通信之語音信号編碼主要内容簡介（五）

數字通信之語音壓縮編碼基本概念（六）

數字通信之PCM 30/32 時分多路複用通信系統（七）

數字通信之數字信号基帶傳輸（九）

• 1、數字信号傳輸基本理論
• 2、基帶傳輸的線路碼型
• • 2.1、常見的傳輸碼型
• 3、數字信号的基帶傳輸
• • 3.1、基帶傳輸的再生中繼系統
• 4、SDH傳輸網
• • 4.1、SDH傳輸網的拓撲結構
  • 4.1、SDH自愈網

1、數字信号傳輸基本理論

   數字信号傳輸方式有兩種：

（1）基帶傳輸

基帶傳輸就是編碼處理後的基帶數字信号，直接在信道中傳輸，不經過調制，基帶傳輸的信道是電纜信道。

（2）頻帶傳輸

頻帶傳輸是對基帶數字信号進行調制，将其頻帶搬到适合于光纖、無線信道傳輸的光波片段或微波頻段上，利用光纖、微波、衛星等信道傳輸數字信号。根據傳輸媒介的不同，分為 光纖數字傳輸系統、數字微波傳輸系統和數字衛星傳輸系統。

2、基帶傳輸的線路碼型

基帶傳輸碼型的要求如下：

• 傳輸碼型的功率譜中應不含有直流分量，同時低頻分量要盡量少。
• 傳輸碼型的功率譜中高頻分量應盡量少。
• 便于定時時鐘的提取。
• 傳輸碼型應具有一定的檢測誤碼能力。
• 對信源統計依賴性最小，不限制信源編碼後生成的二進制序列，如果不适合進行碼型變換滿足要求即可。
• 要求碼型變換裝置簡單，易于實作。

2.1、常見的傳輸碼型

（1）單極性不歸零碼（NRZ碼），占空比為1。

（2）0單極性歸零碼（RZ碼），占空比小于1，一般為1/2。

（3）AMI碼

   AMI碼基本符合要求，适合基帶傳輸。AMI碼與二進制序列的關系： 二進碼序列中的“0”碼仍編為“0”碼。二進碼序列中的“1”碼則交替變為“+1”及“-1”。比如有

2 進 碼 序 列 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 A M I 碼 序 列 + 1 − 1 0 + 1 0 0 − 1 0 0 0 + 1 − 1 \begin{matrix} 2進碼序列& &1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1\\ AMI碼序列& & +1 & -1 & 0 & +1 & 0 & 0 & -1 & 0 & 0 & 0 & +1 & -1 \end{matrix} 2進碼序列AMI碼序列​​1+1​1−1​00​1+1​00​00​1−1​00​00​00​1+1​1−1​

   

但如果二進碼中有很多個長連0，則轉換為AMI碼後依舊有很多各長連0，這對定時鐘提取不利，這就需要HDB3碼。

（4）HDB3碼

   如果二進碼中有4個0000，則用取代節000V（先用）或者 B00V（後用）來取代，其中 V 和 B 都有正、負之分，分别代表 +1 和 -1，但統寫不帶正負，以和原二進碼中的傳号碼 +1 和 -1 做區分。HDB3碼的編碼規則：

① 取代節的安排順序是：先用000V，當它不能用時，再用B00V。

② 000V取代節的安排要滿足一下兩個要求：

   各取代節之間的V碼要極性交替出現。（先滿足）

   V碼要與前一個傳号碼的極性相同。（後滿足）

當上述兩個要求能同時滿足時，用000V（000V+或000V-）；

當上述兩個要求不能同時滿足時，則改用 B00V（B+00V+或B-00V-），這裡的B和V的極性相同。

③ HDB3碼序列中的傳号碼（包括原始傳号碼“1”碼、V碼和B碼）除V碼外要滿足極性交替出現的原則。

2 進 碼 序 列 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 H D B 3 碼 序 列 V + − 1 0 0 0 V − + 1 − 1 B + 0 0 V + − 1 0 0 0 V − B + 0 0 V + 0 − 1 \begin{matrix} 2進碼序列& & &1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1& 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1\\ HDB3碼序列& &V+ & -1 & 0 & 0 & 0 & V- & +1 & -1 & B+ & 0 & 0 & V+ & -1 & 0 & 0 & 0 & V- & B+ & 0 & 0 & V+ & 0 & -1 \end{matrix} 2進碼序列HDB3碼序列​​V+​1−1​00​00​00​0V−​1+1​1−1​0B+​00​00​0V+​1−1​00​00​00​0V−​0B+​00​00​0V+​00​1−1​

注意：

• 第一個取代節 0 0 0 V-，和前一個傳号碼-1極性相同。
• 第二個取代節用的是 B+ 00 V+ ，因為 000V-已用過，而000V+ 中的 V+和前一個傳号碼-1不相同，故使用第二個取代節 B00V，又傳号碼除V外要交替出現，故-1之後需要後B+，即選用取代節B+ 00 V+。
• 第三個取代節 0 0 0 V-，因為各取代節之間的V碼要極性交替出現前面已經出現了 V+，又和前一個傳号碼-1極性相同。

• 第三個取代節B+ 00 V+，因為各取代節要交替出現且與前一個傳号碼極性相同V-，故要換取代節。

  HDB3碼的碼型反變換的原則：

  ① 接收端當遇到連着3個“0”，前後“1”碼極性相同時，後邊的“1”碼（實際是V碼）還原成“0”。比如第一個-1000-1變換為10000。

  ② 當遇到連着2個“0”，前後“1”碼極性相同時，前、後2個“1”（前邊的“1”是B碼，後邊的“1”是V碼）均還原成“0”。比如+100+1變換為0000。

  ③ 另外，其他的±1 一律還原為 +1，其他的“0”不變。

傳 輸 的 H D B 3 碼 − 1 0 0 0 − 1 + 1 − 1 + 1 0 0 + 1 − 1 0 0 0 − 1 + 1 0 0 + 1 0 − 1 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 恢 複 的 2 進 碼 序 列 1 0 0 0 0 1 1 0 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 \begin{matrix} 傳輸的HDB3碼& -1 & 0 & 0 & 0 & -1 & +1 & -1 & +1 & 0 & 0 & +1 & -1 & 0 & 0 & 0 & -1 & +1 & 0 & 0 & +1 & 0 & -1\\ &&& & & \downarrow &&&\downarrow&&&\downarrow&&&&&\downarrow&\downarrow&&&\downarrow&\\ 恢複的2進碼序列&1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1& 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix} 傳輸的HDB3碼恢複的2進碼序列​−11​00​00​00​−1↓0​+11​−11​+1↓0​00​00​+1↓0​−11​00​00​00​−1↓0​+1↓0​00​00​+1↓0​00​−11​

（5）CMI碼

   CMI碼的碼型變換規則：

輸入二進制碼	CMI碼
01
1	00與11交替出現

注意，10 是不允許出現的。比如：

2 進 碼 序 列 ： 1 0 1 1 0 0 1 C M I 碼 ： 00 01 11 00 01 01 11 \begin{matrix} 2進碼序列：& 1 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 1\\ CMI碼：& 00 & 01 & 11 & 00 & 01 & 01 & 11 \end{matrix} 2進碼序列：CMI碼：​100​001​111​100​001​001​111​

（6）傳輸碼型特性的分析比較

AMI碼	HDB3碼	CMI碼
最大連“0”數	未限	3個	3個
定時鐘提取	不利	有利	有利
檢測誤碼能力	有	有	有
誤碼增殖	無	有	無
碼型變換電路	簡單	較複雜	簡單

誤碼增殖的定義為：

   當線路傳輸碼中出現n個數字碼錯誤時，在碼型反變換後的數字碼中出現n個以上數字碼錯誤的現象稱為誤碼增殖。常用碼型中 AMI、CMI碼沒有碼型增殖現象，HDB3碼有誤碼增殖現象。

   選擇HDB3碼作為基帶傳輸的主要碼型（主要從對定制中提取有利方面考慮），當然AMI碼也是CCITT建議采用的基帶傳輸碼型。而CMI碼則作為PCM四次群的接口碼型。

3、數字信号的基帶傳輸

   由于數字信号序列經過電纜信道傳輸後會産生波形失真，而且傳輸距離越長，波形失真越嚴重。當傳輸距離增加到某一定長度時，接收到的信号将很難識别。為此，PCM信号傳輸距離将收到限制。為了延長通信距離，在傳輸桐廬的适當距離應設定再生中繼裝置，即每隔一定的距離加一個再生中繼器，使已失真的信号經過整形後再向更遠的距離傳送。

3.1、基帶傳輸的再生中繼系統

   基帶傳輸的再生中繼系統框圖如下所示：

其中，一段線路加上一個再生中繼器就構成一個中繼段。再生中繼系統的特點：

• 無噪聲積累；
• 有誤碼率的積累；

4、SDH傳輸網

4.1、SDH傳輸網的拓撲結構

   SDH傳輸網的拓撲結構有 線形（又稱鍊形）、星形、樹形（星形的擴充）、環形（具有自愈能力）和網孔形（又稱不完全網狀網）。

4.1、SDH自愈網

   所謂自愈，指的是無需人為幹預、網絡就能在極短時間内從失效故障中自動恢複所攜帶的業務，使使用者感覺不到網絡已出故障。其基本原理就是使網絡具有備用（替代）路由，并重新确立通信的能力。自愈網的實作手段有線路保護倒換、環形保護網、DXC保護和混合保護。

（1）線路保護倒換

   線路保護倒換有兩種方式：

• 1+1方式：在發送端一根主用光纖一根備用光纖，信号同時送往主用和備用，接收端進行擇優接收，正常情況下隻接收主用光纖信号，異常情況下接收備用光纖信号。

• 1：n方式

  1：1方式是1:n方式的一個特例。在發送端n根主用光纖1根備用光纖，當某一根出故障是使用備用光纖傳輸信号。

（2）環形保護網

自愈環，即采用環形網保護。可以從三個方面進行分類：

• 按環中每個節點插入支路信号在環中流動的方向可分為，單向環和雙向環。單向環指所有業務信号按同一方向在環中傳輸。雙向環指入環的支路信号按同一個防線傳輸，而由改支路信号分路節點傳回的支路信号按相反的方向傳輸。即各節點的主用的傳輸方向一緻就為單向環。
• 按保護倒換的層可分為，通道倒換環和複用段倒換環。通道倒換環指業務量的保護是以通道為基礎的，倒換與否按離開環的每一個别通道的信号品質的優劣而定。複用段倒換環指業務量的保護是以複用段為基礎的，倒換與否按每一對節點間的複用段信号品質的優劣而定。
• 按環中每一對節點間所用光纖的最小數量可分為，二纖環和四纖環。二纖環指節點之間有2根光纖。四纖環指節點之間有4根光纖。

環類型	保護方式
二纖單向通道倒換環	1+1方式
二纖雙向通道倒換環	1+1方式或1:1方式
二纖單向複用段倒換環	1：1方式
四纖雙向複用段倒換環	1：1方式
二纖雙向複用段倒換環	1：1方式

注意：采用1:1方式的自愈環保護倒換時，要嚴格遵照APS協定。且二纖單向通道倒換環隻能使用1+1方式，複用段倒換環采用1：1方式。