基本信息
作 者：劉穎 等 著 劉穎 編
出 版 社：科學出版社
ISBN：9787030335418
出版時間：2012-03-01
版 次：1
頁 數：237
裝 幀：平裝
開 本：16開
內容簡介
本書全面介紹數字通信中模擬信號數位化傳輸的基本原理，內容包括語音信號的PCM編碼、ADPCM和目前移動通信、IP網路常用的語音壓縮編碼技術，以及二維圖像信號和視頻信號壓縮編碼的基本原理；重點介紹同步數字傳輸體系SDH的幀結構、SDH的復用原理、SDH設備、SDH網的保護與恢復原理、SDH網同步方法和傳輸性能；並介紹了基於SDH的多業務傳送平台的特點、技術基礎和發展概況。
本書可作為高等學校通信工程專業的教材，也可供從事數字通信傳輸的工程技術人員使用。
精彩書摘
通信系統模型人類社會發展到今天已創造了許多種通信方法，如古代的烽火狼煙、金鼓、旌旗，近代的燈光信號、旗語，現代的行動電話、有線電視、IP 網路等。由於電信具有迅速、準確、可靠且不受時間、地點、距離等方面限制的優點，致使這種藉助電來傳遞訊息的通信方式在近百年來獲得了迅速的發展和廣泛的套用。在光纖通信尚未廣泛套用之前，自然科學中的“通信”幾乎就是“電信”的同義詞。需要注意的是，本書里的通信是指遠距離的通信，英文對應的詞是Tele-communication 。為了適應遠距離傳輸，通常在通信系統的傳送端，需要對信源信號進行調製等特別的處理過程。圖1.1.1 給出了通信系統的基本組成結構示意圖。
在這裡信源發出的信號可以是模擬信號，如語音、視頻，也可以是數據信號，如電報、高速數據。儘管通信系統種類繁多、形式多樣，但總的來說，無論是何種通信系統，目的都是要完成一點到另一點的信息傳遞，這樣可把通信系統概括為一個統一的系統模型。
通信系統模型中各部分的功能如下。
信源：信源是指發出信息的信息源，即信息的發出者，它可是人也可以是機器。
變換器：變換器的功能是把信源發出的信息變換成適合在信道上傳輸的信號。一般來講，它先把非電信號變成電信號，然後再對這種電信號進一步處理，使其變換成適合某種具體信道傳輸要求的信號。
信道：信道是信號的傳輸媒介，可分為有線信道（明線、電纜、光纖光纜）和無線信道（空氣等） 。
噪聲源：在實際通信情況中，客觀存在著一種不可避免的干擾，為分析方便，常把發端、收端和傳輸信道三個方面的干擾折合到信道中，合成為一個總的噪聲源。
反變換器：它是把經信道來的信號按變換器的相反過程變成原信息或變換成信息接收者可以接收的信息。
信宿：信宿就是信息接收者。它可以是人也可以是機器。它可以和信源一致，同是人或機器，也可和信源不一致。
語音、視頻、文字和圖像等都是表示信息的形式。由於信源的不同從而產生各種類型的通信系統，如電話通信系統、視頻信息傳輸系統、圖像信息傳輸系統、數據信息傳輸系統。但不同的信源所產生的信息都要經變換器處理成適合在信道上傳輸的信號後才可以傳輸，信號是攜帶信息的載體，通常的信號有電壓、電流、光波、電磁波等可以感知的物理參量。根據信號物理參量基本特徵的不同，信號可以分為模擬信號和數位訊號兩大類。
模擬信號是指代表訊息的信號及其參數（幅度、頻率或相位）隨著訊息連續變化的信號，它在幅度上連續，但在時間上則可以連續也可以不連續。例如連續變化的語音信號、電視圖像信號以及許多物理的遙測遙控信號都是模擬信號，例如圖1.1.2 的時間連續的模擬信號。抽樣後的脈衝幅度調製信號（PAM）由於其幅度仍然是連續的，所以PAM 信號也是模擬信號。
數位訊號通常是指不僅在時間上是離散的且在幅度上也是離散的信號，如圖1.1.3 所示。例如電報信號、數據信號、PCM 信號等。通常數字通信系統傳輸的多為二進制信號，這主要是由於二進制信號可以用邏輯數字電路來實現，而邏輯數字電路易於集成。
模擬信號與數位訊號形式不同，物理特性也不同，因此在傳輸過程中對信號的處理方式也不同。
通信系統從不同的角度進行分析，可以得到不同的分類方法。不僅可以從信源的角度根據業務的不同進行分類，還可以從傳輸的角度根據信號傳輸媒質的不同進行分類。如果根據信道中所傳輸信號的不同形式進行分類，通信系統可分為模擬通信系統和數字通信系統。利用模擬信號傳遞訊息的通信系統就是模擬通信系統，利用數位訊號傳遞訊息的通信系統就是數字通信系統。本書將在簡要介紹模擬通信系統的基礎上，重點介紹數字通信系統中的終端信源編碼和信道傳輸的相關理論和技術。
模擬通信系統框圖如圖1.1.4 所示。
在模擬通信系統中，由於調製方法簡單、易於實現，在通信歷史上曾一度得到了迅猛發展，但同時也存在著許多缺點，主要缺點如下。
（1） 抗干擾能力差。由於模擬通信系統傳輸的是模擬信號，信息信號和噪聲信號均具有隨機性，因此疊加在信號中的噪聲無法清除，經過長距離傳輸後，被噪聲干擾的信號只能放大而無法再生。抗干擾能力差是模擬通信系統最致命的缺點。
（2） 不易保密通信。模擬信號也可以進行加密處理，但是由於信號進行非線性變換易產生較大失真，且模擬調製的方法極其有限，因此保密性差。
（3） 不易於大規模集成。模擬通信系統中大都採用模擬電路，一些電阻、電容、電感、變壓器等常用於模擬通信系統中的器件不易大規模集成。
由於模擬通信的諸多缺點，特別是一些致命的缺點限制了它的發展。自20 世紀60 年代以來，在電信網的傳輸系統中，模擬通信傳輸系統逐步被數字通信傳輸系統所替代。在通信網的終端、傳輸、交換三大元素中，我國骨幹網、城域網的傳輸已經全部數位化，接入網的傳輸也在逐步數位化。通信網分層結構圖見圖1.1.5 。
1.數字通信系統組成
數字通信系統的形式各式各樣。從數字通信系統的共同特點以及所完成的功能來看，可把它概括成圖1.1.6 所示的系統模型。
1） 信源與信宿
信源所發出的訊息可以是離散的，也可以是連續的，信源與信宿可是人也可是機器，可以相同也可以不相同。
2） 電/非電信號轉換
如果信源發出的是非電信號，在信源的傳送端則應進行“非電/電”變換，在信源的接收端需要進行“電/非電”變換。
3） 信源編碼與信源解碼
信源編碼也稱為A/D 變換，是模擬信號數位化過程，如文字信息的莫爾斯電碼， SDH 系統中語音信號採用的脈衝編碼調製（pulse code modulation ，PCM）編碼、自適應脈衝編碼調製（adaptive delt PCM ，ADPCM）編碼，GSM 移動通信系統中語音信號採用的規則脈衝激勵長期預測（ regular pulse excitation-long term prediction ，RPE-LTP） 編碼，視頻信號的MPEG 、H.264 編碼等。如果信源本身就已符合下一環節所要求的數位訊號，這一環節則可略去，例如計算機作為信源輸出的二進制數據信號。信源解碼也稱為D/A 轉換，其作用正好與A/D轉換相反，是把數位訊號序列還原為模擬信號。
在通信網傳輸系統中，數字（digital）與數據（data）並不是完全相同的概念，通常來講，數字通信包含數據通信和模擬信號的數位化傳輸兩部分。
4） 加密與解密
為了實現保密通信，通過加密器可以產生密碼，人為地把待傳輸的數位訊號序列攪亂。這種編碼可採用周期非常長的偽隨機碼序列、混沌序列等，在接收端根據已知的加密方法，對接收序列進行解密。目前在公共通信網路的有線傳輸系統中，通常不採用加密技術。
5） 信道編碼與信道解碼
信道編碼是為了使信源編碼輸出的隨機數位訊號適合信道傳輸而進行的有規則的編碼過程，主要是為解決可靠性問題而設計的。由於數位訊號在信道傳輸過程中不可避免地要受到各種噪聲的干擾，在接收端接收數位訊號序列的判決過程中將會以一定的機率產生碼元的判決錯誤，從而產生誤碼。信道編碼就是採用一種對傳輸的原始數字信息按一定規則加入保護成分的辦法，以達到自身發現和糾正誤碼的目的，如奇偶校驗、循環編碼等。信道解碼過程與信道編碼過程正相反。信道編解碼技術稱為“差錯控制技術” 。
6） 調製器與解調器
通常稱經信源編碼器輸出的二元數位訊號為基帶信號，如果進行有線信號傳輸（如電纜、光纖） ，通常僅是對基帶信號進行一定規則的碼型變換，如AM1 碼、HDB3 碼、4B3 T 碼的碼型變換。由於二元數字基帶信號進行AMI 、HDB3 、4B3 T 碼型變換後的信號主要能量頻帶範圍並沒有發生變換，因此將這種碼型變換也稱為基帶調製。又由於信源編碼後的數位訊號進行碼型變換後可在信道中直接傳輸，有時也稱AMI 、HDB3 、4B3 T 編碼為信道編碼，但更多時候稱其為基帶調製或線路編碼。在SDH 傳輸網路中，通常不採用基帶調製，僅進行統一的擾碼處理後就直接在光纖信道中進行基帶傳輸，通過時分復用、波分復用或多條光纖並行傳輸來提高傳輸容量。但是在無線信道中，必須通過調製方式才能將基帶信號的頻譜搬移到適合的頻段上才可以實現遠距離傳輸。調製的作用是把原始數字基帶信號變為適合於信道傳輸的頻帶信號。解調的是調製的反過程。
通常對數位訊號的基本調製有ASK（幅移鍵控） 、FSK（頻移鍵控）和PSK（相移鍵控） 。GSM 移動通信系統中採用的GMFSK（高斯最小頻移鍵控）調製方式，3G WCDMA 技術採用的QPSK（正交相移鍵控）等，不同的調製方法有著不同的性能。數字調製解調技術是數字蜂窩移動通信系統空中接口的重要組成部分。調製與解調方式對通信的質量影響比較大，因此應合理選擇。
7） 信道
信道有電纜、光纜、空氣等。由於信號在信道中傳輸一定距離後，疊加在信號上的各種噪聲干擾使信號產生失真，當這種干擾達到一定程度時，需要對失真的信號波形進行再生才能進行長距離傳輸，因此再生中繼器屬於廣義信道的一部分，如光通信系統中的光再生中繼器、微波通信中的中繼站、衛星通信中衛星上的信號轉發器等。
8） 復用與分路
復用就是多路信號互不干擾地在同一信道傳輸的方式，如在同一根光纖、同一對電纜或同在空氣中傳輸。常用的多路復用方式有頻分復用（ FDM） 、時分復用（ TDM） 和碼分復用（CDM） 。本書的核心內容是介紹各種不同業務數位訊號如何在SDH 中傳輸的復用技術。分路的作用與復用相反。
另外，在數位訊號復用過程中，為了使接收端能夠正確分接多路分支信號，必須保證收、發系統同步。因此同步系統是復用單元中十分重要的內容。
