数字通信系列文章：

数字通信相关基本概念（一）

数字通信之抽样（二）

数字通信之量化（三）

数字通信之编码（四）

数字通信之语音信号编码主要内容简介（五）

数字通信之语音压缩编码基本概念（六）

数字通信之PCM 30/32 时分多路复用通信系统（七）

数字通信之数字信号基带传输（九）

• 1、数字信号传输基本理论
• 2、基带传输的线路码型
• • 2.1、常见的传输码型
• 3、数字信号的基带传输
• • 3.1、基带传输的再生中继系统
• 4、SDH传输网
• • 4.1、SDH传输网的拓扑结构
  • 4.1、SDH自愈网

1、数字信号传输基本理论

   数字信号传输方式有两种：

（1）基带传输

基带传输就是编码处理后的基带数字信号，直接在信道中传输，不经过调制，基带传输的信道是电缆信道。

（2）频带传输

频带传输是对基带数字信号进行调制，将其频带搬到适合于光纤、无线信道传输的光波片段或微波频段上，利用光纤、微波、卫星等信道传输数字信号。根据传输媒介的不同，分为 光纤数字传输系统、数字微波传输系统和数字卫星传输系统。

2、基带传输的线路码型

基带传输码型的要求如下：

• 传输码型的功率谱中应不含有直流分量，同时低频分量要尽量少。
• 传输码型的功率谱中高频分量应尽量少。
• 便于定时时钟的提取。
• 传输码型应具有一定的检测误码能力。
• 对信源统计依赖性最小，不限制信源编码后生成的二进制序列，如果不适合进行码型变换满足要求即可。
• 要求码型变换设备简单，易于实现。

2.1、常见的传输码型

（1）单极性不归零码（NRZ码），占空比为1。

（2）0单极性归零码（RZ码），占空比小于1，一般为1/2。

（3）AMI码

   AMI码基本符合要求，适合基带传输。AMI码与二进制序列的关系： 二进码序列中的“0”码仍编为“0”码。二进码序列中的“1”码则交替变为“+1”及“-1”。比如有

2 进 码 序 列 1 1 0 1 0 0 1 0 0 0 1 1 A M I 码 序 列 + 1 − 1 0 + 1 0 0 − 1 0 0 0 + 1 − 1 \begin{matrix} 2进码序列& &1 & 1 & 0 & 1 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1\\ AMI码序列& & +1 & -1 & 0 & +1 & 0 & 0 & -1 & 0 & 0 & 0 & +1 & -1 \end{matrix} 2进码序列AMI码序列​​1+1​1−1​00​1+1​00​00​1−1​00​00​00​1+1​1−1​

   

但如果二进码中有很多个长连0，则转换为AMI码后依旧有很多各长连0，这对定时钟提取不利，这就需要HDB3码。

（4）HDB3码

   如果二进码中有4个0000，则用取代节000V（先用）或者 B00V（后用）来取代，其中 V 和 B 都有正、负之分，分别代表 +1 和 -1，但统写不带正负，以和原二进码中的传号码 +1 和 -1 做区分。HDB3码的编码规则：

① 取代节的安排顺序是：先用000V，当它不能用时，再用B00V。

② 000V取代节的安排要满足一下两个要求：

   各取代节之间的V码要极性交替出现。（先满足）

   V码要与前一个传号码的极性相同。（后满足）

当上述两个要求能同时满足时，用000V（000V+或000V-）；

当上述两个要求不能同时满足时，则改用 B00V（B+00V+或B-00V-），这里的B和V的极性相同。

③ HDB3码序列中的传号码（包括原始传号码“1”码、V码和B码）除V码外要满足极性交替出现的原则。

2 进 码 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 码 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进码序列& & &1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1& 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1\\ HDB3码序列& &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进码序列HDB3码序列​​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：

• 第一个取代节 0 0 0 V-，和前一个传号码-1极性相同。
• 第二个取代节用的是 B+ 00 V+ ，因为 000V-已用过，而000V+ 中的 V+和前一个传号码-1不相同，故使用第二个取代节 B00V，又传号码除V外要交替出现，故-1之后需要后B+，即选用取代节B+ 00 V+。
• 第三个取代节 0 0 0 V-，因为各取代节之间的V码要极性交替出现前面已经出现了 V+，又和前一个传号码-1极性相同。

• 第三个取代节B+ 00 V+，因为各取代节要交替出现且与前一个传号码极性相同V-，故要换取代节。

  HDB3码的码型反变换的原则：

  ① 接收端当遇到连着3个“0”，前后“1”码极性相同时，后边的“1”码（实际是V码）还原成“0”。比如第一个-1000-1变换为10000。

  ② 当遇到连着2个“0”，前后“1”码极性相同时，前、后2个“1”（前边的“1”是B码，后边的“1”是V码）均还原成“0”。比如+100+1变换为0000。

  ③ 另外，其他的±1 一律还原为 +1，其他的“0”不变。

传 输 的 H D B 3 码 − 1 0 0 0 − 1 + 1 − 1 + 1 0 0 + 1 − 1 0 0 0 − 1 + 1 0 0 + 1 0 − 1 ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ ↓ 恢 复 的 2 进 码 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} 传输的HDB3码& -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&\\ 恢复的2进码序列&1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 1& 0 & 0 & 0 & 0 & 1 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 0 & 1 \end{matrix} 传输的HDB3码恢复的2进码序列​−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码

   CMI码的码型变换规则：

输入二元码	CMI码
01
1	00与11交替出现

注意，10 是不允许出现的。比如：

2 进 码 序 列 ： 1 0 1 1 0 0 1 C M I 码 ： 00 01 11 00 01 01 11 \begin{matrix} 2进码序列：& 1 & 0 & 1 & 1 & 0 & 0 & 1\\ CMI码：& 00 & 01 & 11 & 00 & 01 & 01 & 11 \end{matrix} 2进码序列：CMI码：​100​001​111​100​001​001​111​

（6）传输码型特性的分析比较

AMI码	HDB3码	CMI码
最大连“0”数	未限	3个	3个
定时钟提取	不利	有利	有利
检测误码能力	有	有	有
误码增殖	无	有	无
码型变换电路	简单	较复杂	简单

误码增殖的定义为：

   当线路传输码中出现n个数字码错误时，在码型反变换后的数字码中出现n个以上数字码错误的现象称为误码增殖。常用码型中 AMI、CMI码没有码型增殖现象，HDB3码有误码增殖现象。

   选择HDB3码作为基带传输的主要码型（主要从对定制中提取有利方面考虑），当然AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型。而CMI码则作为PCM四次群的接口码型。

3、数字信号的基带传输

   由于数字信号序列经过电缆信道传输后会产生波形失真，而且传输距离越长，波形失真越严重。当传输距离增加到某一定长度时，接收到的信号将很难识别。为此，PCM信号传输距离将收到限制。为了延长通信距离，在传输桐庐的适当距离应设置再生中继装置，即每隔一定的距离加一个再生中继器，使已失真的信号经过整形后再向更远的距离传送。

3.1、基带传输的再生中继系统

   基带传输的再生中继系统框图如下所示：

其中，一段线路加上一个再生中继器就构成一个中继段。再生中继系统的特点：

• 无噪声积累；
• 有误码率的积累；

4、SDH传输网

4.1、SDH传输网的拓扑结构

   SDH传输网的拓扑结构有 线形（又称链形）、星形、树形（星形的扩展）、环形（具有自愈能力）和网孔形（又称不完全网状网）。

4.1、SDH自愈网

   所谓自愈，指的是无需人为干预、网络就能在极短时间内从失效故障中自动恢复所携带的业务，使用户感觉不到网络已出故障。其基本原理就是使网络具有备用（替代）路由，并重新确立通信的能力。自愈网的实现手段有线路保护倒换、环形保护网、DXC保护和混合保护。

（1）线路保护倒换

   线路保护倒换有两种方式：

• 1+1方式：在发送端一根主用光纤一根备用光纤，信号同时送往主用和备用，接收端进行择优接收，正常情况下只接收主用光纤信号，异常情况下接收备用光纤信号。

• 1：n方式

  1：1方式是1:n方式的一个特例。在发送端n根主用光纤1根备用光纤，当某一根出故障是使用备用光纤传输信号。

（2）环形保护网

自愈环，即采用环形网保护。可以从三个方面进行分类：

• 按环中每个节点插入支路信号在环中流动的方向可分为，单向环和双向环。单向环指所有业务信号按同一方向在环中传输。双向环指入环的支路信号按同一个防线传输，而由改支路信号分路节点返回的支路信号按相反的方向传输。即各节点的主用的传输方向一致就为单向环。
• 按保护倒换的层可分为，通道倒换环和复用段倒换环。通道倒换环指业务量的保护是以通道为基础的，倒换与否按离开环的每一个别通道的信号质量的优劣而定。复用段倒换环指业务量的保护是以复用段为基础的，倒换与否按每一对节点间的复用段信号质量的优劣而定。
• 按环中每一对节点间所用光纤的最小数量可分为，二纤环和四纤环。二纤环指节点之间有2根光纤。四纤环指节点之间有4根光纤。

环类型	保护方式
二纤单向通道倒换环	1+1方式
二纤双向通道倒换环	1+1方式或1:1方式
二纤单向复用段倒换环	1：1方式
四纤双向复用段倒换环	1：1方式
二纤双向复用段倒换环	1：1方式

注意：采用1:1方式的自愈环保护倒换时，要严格遵照APS协议。且二纤单向通道倒换环只能使用1+1方式，复用段倒换环采用1：1方式。