现代通信系统重点图文精.docx

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现代通信系统重点图文精

第二章

一.光纤SDH的基本帧结构以及和微波SDH帧结构对比

（1光纤SDH帧结构

123456789

（

微波SDH是以码子为单位的片状帧结构。

微波STM-1帧速率=171.072Mbps

（=6*3.564*1000*8000只针对第二种调制方

式。

二.SDH帧结构中包含的指针和开销以及其作用

1开销部分

（1SOH（段开销:

作为段层性能监视、管理和维护的信息。

①RSOH（再生段开销:

负责管理再生段,在再生器接入,也可在终端设备接入。

②MSOH:

（复用段开销:

负责管理复用段,只能在终端设备接入。

（2Vc-POH（通道开销

它主要用于复用（复接VC进入STM的开销比特,安排在净负荷之中。

①低阶Vc-POH（Vc-11/Vc-12POH

负责低阶Vc通道的功能监视、维护信号以及告警态指示。

②高阶Vc-POH（Vc-3/Vc-4POH

负责高阶Vc通道的功能监视、告警状态指示,维护信号以及复用结构指示等。

2指针部分

（1管理单元指针（AU-PTR

用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符以便收端能根据这个位置指示符的值指针值正确分离信息净负荷。

（2支路单元指针（TU-PTR

TU-PTR用以指示Vc12的首部字节V5在TU-12净负荷中的具体位置,以便收端能正确分理出Vc12、TU-12。

（用于在较小范围内确定净负荷所在数据帧中的位置

三.由低阶到高阶SDH的复用过程

低速SDH到高速SDH的复用过程

四.数字复接方式

1按帧复接:

复接器每次复接一个支路的一帧信号,依次复接各支路的信号,这种复接称

为按帧复接。

优点:

复接时不破坏原来的帧结构,有利于交换。

缺点:

需要更大的存储容量,目前极少应用。

2按字复接:

复接器每次复接一个支路的一个码字（8bit,依次复接各支路的信号,这

种

复接就称为按码字复接。

优点:

复接后码流保留了完整的码字结构,有利于合成和处理。

这种方法有利于数字电话交换。

缺点:

要求有较大的存储容量。

3按位复接:

复接器每次复接一个支路的一比特信号,依次轮流复接各支路信号,这种复

接就称为逐位（逐比特复接。

优点:

按位复接简单易行,且对存储器容量要求不高。

缺点:

对信号交换不利。

五.码速调整

1正码速调整:

支路信号码流以fL速率写入缓存器,以fm速率读出,在缓冲存储器要取

空还没有取空时,插入无用bit,使得fm>fL,从而使各支路的速率均调

整到指定的速率的调整方式。

2正负码速调整

3正零负码速调整

六.帧同步码的插入方式、假同步、假失步、前方保护时间、后方保护时间

1帧同步码的插入方式

①连贯是插入:

连贯是插入又称集中插入法。

它是指在每一信息群的开头集中插入作为群同步码组的特殊码组（该码组应在信息码中很少出现,即使偶尔出现,也不可能依照群的规律周期出现。

接收端按群的周期连续数次检测到该特殊码组,这样便获得群同步信息。

优点:

同步时间短。

缺点:

帧同步码组占用时隙。

②间隔式插入

间隔式插入又称为分散插入法,它是将群同步码以分散的形式均匀插入信息码流中。

这种方式比较多地用在多路数字电路系统中,如PCM24路基群设备以及一些简单的ΔM系统一般都采用1、0交替码型作为帧同步码间隔插入的方法:

即一帧插入“1”码,则下帧插入“0”码,如此交替。

由于每帧只插一位码,那么它与信码混淆的概率则为1/2,这样似乎无法识别同步码,但是这种插入方式在同步捕获时不是检测一帧两帧,而是连续检测数十帧,每帧都符合“1”、“0”交替的规律才确认同步。

优点:

同步码不占用信息时隙,传输效率较高;但同步捕获时间较长,它较适合于连续发送信号的通信系统。

缺点:

若是断续发送信号,每次捕获同步需要较长的时间,反而降低效率。

2假失步

由于信道误码使同步码误成非同步码叫假失步。

为了防止假失步的不利影响设置了前方保护电路,当连续m次检测不出同步码后,才判为系统真正失步,而立即进入捕捉状态,开始捕捉同步码。

3假同步

假同步是指信息的码元中出现与同步码组相同的码组,这时信息码会被识别器误认为同步码,从而出现假同步信号。

4捕捉态、维持态

为保证同步系统性能可靠,提高抗干扰能力,实际系统中根据群同步的规律采用相应的保护措施,尽量防止假同步混入,同时也要防止真同步漏掉。

常采用前方保护和后方保护措

施,最常用的保护措施是将群同步的工作划分为两种状态:

即捕捉态和维持态。

5前方保护

①前方保护的作用——前方保护是为了防止假失步的不利影响。

②前方保护是这样防止假失步的不利影响的:

当连续m次（m称为前方保护计数检测不出同步码后,才判为系统真正失步,而立即进入捕捉状态,开始捕捉同步码。

③前方保护的前提状态——同步状态（前方保护之前,系统处于同步状态,即正常接收同步码和各路信号。

④前方保护时间——从第一个帧同步码丢失起到帧同步系统进入捕捉状态为止的这段时间称为前方保护时间。

⑤捕捉时间（同步引入时间:

由失步检出到确认同步这段时间。

6后方保护

①作用——后方保护是为了防止伪同步的不利影响。

②后方保护是这样防止伪同步的不利影响的:

在捕捉帧同步码的过程中,只有在连续捕捉到n（n为后方保护计数次帧同步码后,才能认为系统已真正恢复到了同步状态。

③后方保护的前提状态——捕捉状态（即后方保护之前,系统处于捕捉状态。

④后方保护时间——从捕捉到第一个真正的同步码到系统进入同步状态这段时间称为后方保护时间。

即帧同步系统进入捕捉状态后在捕捉过程中,如果捕捉到的帧同步码组具有以下规律:

A.第N帧（偶帧有帧同步码

B.第N+1帧（奇帧无帧同步码,而有对端告警码

C.第N+2帧（偶帧有帧同步码

则判为帧同步系统进入帧同步状态,这时帧同步系统已完成同步恢复。

七.SDH的网元结构及各部分的作用

（1终端复用器（TM

双端器件,用于网络终端站。

其作用是将低速支路信号复用进STM-N帧上的任意位置,或完成相反的交换。

（2再生中继器（REG

REG有两种:

一种是纯光再生中继器,主要进行光功率的放大以延长传输距离;另一种是电再生中继器,属于双端器件,只有两个线路端口。

它通过光/电转换、电信号抽样判决再生整形、电/光转换,以达到消除线路噪声积累的目的,保证线路上传送波形完好。

（3数字交叉连接设备（DXC

适用于SDH的DXC称为SDXC。

SDXC是能在接口端口间提供可控Vc的透明连接和再连接功能的设备,其端口速率可以是SDH速率,也可以是PDH速率。

DXC可将输入的m路STM-N信号交叉连接到输出的n路STM-N信号上,完成SDH信号的交叉连接功能。

此外,它具有一定的控制管理功能。

SDXC的输入/输出端口与传统系统相连。

（4分叉复用器（ADM

ADM用于SDH传输网的转接站点处,它是一个三端口的器件。

ADM有两个线路端口和一个支路端口。

两个线路端口各接一侧的光缆。

ADM的作用是:

降低速支路信号交叉复用进两侧的线路,或从线路端口接收到的线路信号中拆分出低速支路信号。

第三章

1.光纤通信网应用于骨干网、城域网、广域网、最后一公里接入

2.光纤通信系统的组成:

光发射机、光接收机、光纤线路、光中继器;光发射机由光源、驱动器、调制器组成,其中光源是光发射机的核心部分;光接收机由光探测器、放大器和相关电路;光纤线路由光纤、光线接头和光纤连接器组成。

作用:

光发射机的功能是把输入电信号转换为光信号,并用耦合技术把光信号最大限度地注入光纤电路;光接收机作用是将光纤传输后的幅度被衰减、波形产生畸变的微弱的光信号变

换为电信号,并对电信号进行放大、调整、再生后,再生成语发送端相同的电信号,输入到电接收端机,并且用自动增益控制电路保证稳定的输出;光纤线路的功能是把来自光发射机的光信号以尽可能小的畸变和衰减传输到光接收机;光中继器的作用是将光纤长距离传输后,收到的衰减及色散畸变的光脉冲信号,转换为电信号后经放大整形、定时、再生还原为规则的数字脉冲信号。

3.调制方式:

直接调制（内调制和间接调制（外调制

比较:

直接调制技术简单,成本较低,容易实现,但调制速率收激光器的频率特性所限制;外调制的优点是调制速率高,缺点是技术复杂,成本较低,因此只有在大容量的波分复用和相干光通信系统中使用。

4.对光源的要求:

（1发送光波的中心波长应在0.85微米和1.55微米附近;（2光谱的谱线宽度要窄,以减少光纤色散对带宽的限制;电/光转换效率高

5.光接收端机光电转换通过光探测器的探测实现,探测方式有直接检测和外差检测。

优缺点比较:

直接检测设备简单、经济实用;外差检测方式的难点是需要频率非常稳定,相位和偏振方向可控制,谱线宽度很窄的单模激光源,优点是有很高的接收灵敏度。

目前普遍采用直接调制—直接检测方式。

6.密集波分复用（DWDM:

在同一窗口中信道间隔较小的波分复用,特点是容量大。

光波分复用技术室在一根光纤中同时传输多个博城光信号的一项技术。

7.（1双纤单向传输。

单向WDM传输是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送。

（2单纤双向传输。

双向WDM传输是指光通路在一根光纤上同时向两个不同的方向传输8.光纤的分类:

（1按折射率分布情况:

阶跃光纤、渐变光纤;（2按传输模式分为:

单模光纤、多模光纤;（3按工作的工作波长分为:

短波长光纤、长波长光纤、超长波长光纤（4按最佳频率传输窗口分为:

常规型单模光纤、色散位移型单模光纤;（5按光纤的所用材料分为:

石英系光纤、多组分玻璃光纤、塑料包层石英芯光纤、全塑料光纤盒氟化物光纤。

9.光纤传输特性:

损耗和色散是光纤最重要的传输特性,损耗限制系统的传输距离,色散则限制系统的传输容量。

10.“大气窗口“:

根据大气的选择吸收特性,一般将近红外区分为八个区段,将透过率较高的波段称为“大气窗口”

11.在可见光和近红外波段,辐射波长总是远大于分子的线度,这一条件下的散射为瑞利散射。

当光的波长相当于或小于散射粒子尺寸的时候,会产生米氏散射。

12.SDH的保护方式:

1+1【单端不恢复式】、1:

1（1:

N,N最大值为14【双端恢复式】

13.自愈环网结构有四种:

双纤单向通道倒换环、双纤单向复用段倒换环、四纤双向复用段倒换环、双纤双向复用段倒换环

（1双纤单向通道倒换环

在双纤单向通道倒换环中,用S表示一根光纤用于传送信号。

另一根用P表示的光纤用于保护,此倒换环采用“首端桥接,末端倒换结构”,如下图（a所示,业务信号与保护信号分别由两光纤携带。

例如在节点A入环,在节点C为目的的AC信号同时进入发送方向光纤S1和P1,即所谓的1+1的双馈保护方式。

其中S1光纤沿顺时针方向送至分支节点C,P1光纤沿逆时针方向把信号送入节点C。

在节点C按照两通道信号优劣选用一路作为分路信号,一般情况下是首选S1光纤送来的信号。

当BC节点间光缆被切断时,若两光纤同时切断,如下图（b所示,在节点C,从S1送来的AC信号丢失,这时按通道优选准则,此时倒换开关将会转至P1光纤,接收经P1光纤送来的AC信号,使AC间的业务得以维持,不会丢失。

当故障排除后,又可恢复原位。

另一种描述:

（双纤单向通道保护环是由两根光纤组成两个环,其中一个为主环S1;另一个为保护环P1。

两环的业务流向相反,通道保护环的功能是通过网元支路板的“并发选收”功能来实现的。

在正常情况下,网元A向网元C发业务,A将环业务“并发”到主环S1、保护环P1上,网元支路板“选收”主环下支路的业务。

如图a所示。

当BC段光缆被同时切断,网元A仍然将环业务“并发”到主环S1、保护环P1上,两环业务完全一样且流向相反。

但是网元C收不到从主环S传送过来的业务,只能选收保护环P上的业务。

如图b所示

（a

（b

（2双纤单向复用段倒换环

S表示业务光纤,P表示保护光纤,支路信号从S1光纤插入,P1光纤一般空闲。

各节点中高速线路上都有一个保护倒换开关。

B、C间光纤断后,B节点开关倒换,S1上的AC线路信号经P1沿相反方向传到C节点,经C节点倒换开关再从P1光纤回到S1光纤落地分路。

（3四纤双向复用段倒换环

四纤复用段保护环需要4根光纤。

和二纤双向复用段保护环不同,工作和保护是在不同的光纤里传送。

四纤双向主要采用主——备方式。

两根业务光纤（一发一收和两根保护光纤（一发一收。

其中业务光纤S1形成顺时针业务信号环,业务光纤S2形成逆时针业务信号环。

而保护光纤P1和P2分别形成与S1和S2反方向的两个保护信号环,每根光纤都通过一个倒换开关作保护倒换用。

正常情况下,网元A的业务信号顺时针沿S1光纤传输到达C;而网元C的业务逆时针沿S2光纤传回A节点,保护光纤P1和P2是空闲的。

如图a所示

当BC节点间光缆被切断,利用APS协议,故障点两边的B和C节点中各有两个倒换开关执行环回功能。

在B节点,光纤S1和P1沟通,光纤S2和P2沟通。

其它节点确保光纤P1和P2上传的业务信号在本节点完成正常的桥接功能。

故障排除后,倒换开关通常返回原

来位置。

如图b所示。

（4双纤双向复用段倒换环

双纤双向复用段保护环上的两根光纤,一条光纤上一半时隙载送工作通路（S1和另一半时隙载送保护通路（P2,另一条光纤上一半时隙载送工作通路（S2和另一半时隙载送保护通路（P1。

在一条光纤上的工作通路（S1,由沿环的相反方向的另一条光纤上的保护通路（P1来保护。

反之亦然。

允许业务双向传送。

在正常情况下,网元A语音业务沿着S1光纤以顺时针的方向到达网元C,其他业务沿着P1光纤以逆时针方向到达网元C。

网元C的语音业务沿着S2光纤以逆时针方向到达网元A,其他业务业务沿着P2光纤以顺时针方向到达网元A。

如图a所示。

当BC节点间光缆被切断后,与切断点相邻的B节点和C节点中的倒换开关将S1/P2光纤和S2/P1光纤上的业务信号时隙移到另一根光纤上的保护信号时隙,从而完成保护倒换作用。

故障排除后,倒换开关通常将返回其原来的位置。

如图b所示。

（a（b

第四章

第五章卫星通信系统

考点1.通信频段的的选取:

（1C波段:

4~6MHz上行频率为5850~6425MHz,下行频率为3625~4200MHz

（2Ku波段12~14GHz上行频率为12.75~14.8GHz,下行频率为10.7~12.7GHz

（3Ka波段20~30GHz上行频率为27.5~31GHz,下行频率为17.2~21.2GHz

考点2.调制技术:

上课讲了三种:

OQPSK、GMSK、QAM。

此处只是简单介绍,GMSK和QAM作为通信原理考试的重点,请大家好好看通信原理书和课件。

这三种调制技术在通信原理书上的位置为

OQPSK:

219~220页

GMSK:

250~251页

QAM:

238~241页

（1OQPSK

OQPSK也称为偏移四相相移键控（offset-QPSK,是QPSK的改进型。

它与QPSK有同样的相位关系,也是把输入码流分成两路,然后进行正交调制。

不同点在于它将同相和正交两支路的码流在时间上错开了半个码元周期。

由于两支路码元半周期的偏移,每次只有一路可能发生极性翻转,不会发生两支路码元极性同时翻转的现象。

因此,OQPSK信号相位只能跳变0°、±90°,不会出现180°的相位跳变。

OQPSK信号可采用正交相干解调方式解调,它与QPSK信号的解调原理基本相同,其差别仅在于对Q支路信号抽样判决时间比I支路延迟了T/2,这是因为在调制时Q支路信号在时间上偏移了T/2,所以抽样判决时刻也应偏移T/2,以保证对两支路交错抽样。

OQPSK克服了QPSK的l80°的相位跳变,信号通过BPF后包络起伏小,性能得到了改善,因此受到了广泛重视。

但是,当码元转换时,相位变化不连续,存在90°的相位跳变,因而高频滚降慢,频带仍然较宽。

QPSK和OQPSK的星座图和相位转移图

（2GMSK（高斯最小移频键控

MSK调制方式的突出优点是已调信号具有恒定包络,且功率谱在主瓣以外衰减较快。

但是,在移动通信中,对信号带外辐射功率的限制十分严格,一般要求必须衰减70dB以上。

从MSK信号的功率谱可以看出,MSK信号仍不能满足这样的要求。

高斯最小移频键控（GMSK就是针对上述要求提出来的。

GMSK调制方式能满足移动通信环境下对邻道干扰的严格要求,它以其良好的性能而被泛欧数字蜂窝移动通信系统（GSM所采用。

GMSK的基本原理

为压缩MSK信号功率谱,可在MSK调制前加入预调制滤波器,对矩形波形进行滤波,得到一种新型的基带波形,使其本身和尽可能高阶的导数都连续,从而得到较好的频谱特性。

GMSK调制原理图如图:

为了有效地抑制MSK信号的带外功率辐射,预调制滤波器应具有以下特性:

（1带宽窄并且具有陡峭的截止特性;（2较小的过脉冲响应;（3能保持输出脉冲的面积不变。

其中条件（1是为了抑制高频分量;条件（2是为了防止过大的瞬时频偏;条件（3是为了使调制指数为0.5。

GMSK信号的基本特征与MSK信号完全相同,其主要差别是GMSK信号的相位轨迹比MSK信号的相位轨迹平滑。

因此,MSK信号相干解调器原理图完全适用GMSK信号的相干解调。

（3QAM（正交振幅调制原理

正交振幅调制（QuadratureAmplitudeModulation,QAM[1]是一种振幅和相位联合键控。

虽然MPSK和MDPSK等相移键控的带宽和功率方面都具有优势,即带宽占用小和比特噪声比要求低。

但是由图1可见,在MPSK体制中,随着

图18PSK信号相位

M的增大,相邻相位的距离逐渐减小,使噪声容限随之减小,误码率难于保证。

为了改善在M大时的噪声容限,发展出了QAM体制。

在QAM体制中,信号的振幅和相位作为两个

8/15π8

/5π8

/3π8

/π8

/7π8/9π8

/11π8

/13π

独立的参量同时受到调制。

这种信号的一个码元可以表示为

0（cos（（1kkkstAtkTtkTωθ=+<≤+（2—1

式中:

k=整数;

kA和kθ分别可以取多个离散值。

式（2—1可以展开为

00（coscossinsinkkkkkstAtAtθωθω=-（2—2

令Xk=Akcosθk,Yk=-Aksinθk则式（2—1变为

00（cossinkkkstXtYtωω=+（2—3

kX和kY也是可以取多个离散的变量。

从式（2—3看出,（kst可以看作是两个正交

的振幅键控信号之和。

在式（2—1中,若θk值仅可以取π/4和-π/4,Ak值仅可以取+A和-A,则此QAM信号就成为QPSK信号,如图2所示:

图24QAM信号矢量图

所以,QPSK信号就是一种最简单的QAM信号。

有代表性的QAM信号是16进制的,记

为16QAM,它的矢量图示于下图中:

图316QAM信号矢量图

图中用黑点表示每个码元的位置,并且示出它是由两个正交矢量合成的。

类似地,有64QAM和256QAM等QAM信号,如图4、图5所示。

它们总称为MQAM调制。

由于从其矢量图看像是星座,故又称星座调制。

16QAM信号的产生方法主要有两种。

第一种是正交调幅法,即用两路独立的正交4ASK信号叠加,形成16QAM信号,如图6所示。

第二种方法是复合相

图6正交调幅法

移法,它用两路独立的QPSK信号叠加,形成16QAM信号,如图7所示。

图中

图7复合相移法

图464QAM信号矢量图

图5256QAM信号矢量图

虚线大圆上的4个大黑点表示一个QPSK信号矢量的位置。

在这4个位置上可以叠加上第二个QPSK矢量,后者的位置用虚线小圆上的4个小黑点表示。

考点3.信道分配方式

信道分配方式实际上就是指如何进行信道分配。

信道分配方式与具体所采用的多址方式有关。

多址方式不同,其信道的内含而不同。

在FDMA中,信道分配指各地球站所占用的转发器的频段;

在TDMA中,信道分配指各地球站所占用的时隙;

在CDMA中,信道分配指各地球站所使用的码型。

1.预分配（PA方式

预分配（PA方式又分为固定预分配（FPA和按时预分配（TPA方式,具体如下:

（1

固定预分配（FPA是指按事先规定半永久性地分配给每个地球站固定数量的信道,这样各地球站只能各自在特定的信道上完成与其他地球站的通信,其他地球站不得占用。

优点:

载频专用,连接设备简单,基本无需控制设备

缺点:

使用不灵活,只有在业务量高的时候通信效率才高,业务量低时信道利用率低。

此分配制度只适用于业务量大的信道。

（2按时预分配（TPA方式

根据统计,事先掌握各地球站间业务量随时间的变化规律,因而在一天内可按约定对信道做几次固定的调整,这种方式就是按时预分配（TPA方式。

TPA比FPA的信道利用率高,但仍只适用于大容量通信线路。

2.按需分配方式

按需分配（DA方式是一种分配可变的制度,这个可变是按申请进行信道分配变化的,通话完毕之后,系统信道又收归公有。

按需分配比较灵活,各站之间可以通过协商进行通道调剂,因而可以用较少的通道为较多的地球站服务,同时还可以避免出现忙闲不均的现象,从而提高通道的利用率。

但为实现该种分配方式,必须在卫星转发器上单独划出一个频段,专门作为公用信道,

根据信道分配可变的程度不同,将申请分配制度分为以下几种:

（1收端可变、发端固定的DA方式

（2收端固定、发端可变的DA方式

频分多址技术

收、发可变DA方式

收、发可变DA方式

指发送载频和接收载频都是临时申请分配的,选择范围包括转发器的整个频带

（3收、发可变DA方式

指发送载频和接收载频都是临时申请分配的,选择范围包括转发器的整个频带;通话结束后将全部载频释放,以供其他终端使用。

此种方式信道利用率最高,接近于1,设备也最复杂。

3.动态分配

动态分配是系统根据终端申请要求,将系统的频带资源（传输速率实时地分配给地球站或卫星移动通信终端,从而能高效率地利用转发器的频带。

动态分配制度主要与TDMA结合应用于数字语音及数据传输。

4.随机分配

它是指通信中各种终端随机地占用卫星信道的一种多址分配制度。

适用于卫星通信中的分组通信方式。

（数据通信的间断、不连续性、其数据组的发送时间随机

考点4.多址技术

在卫星通信中的信号分割和识别是以载波频率出现的时间或空间位置为参量实现的,归纳起来可分为:

频分多址（FDMA、时分多址（TDMA、码分多址（CDMA、空分多址（SDMA

1.频分多址访问（FDMA——以频率来进行分割的,其在时间和空间上无法分开,故此不同的信道占用不同的频段,互不重叠。

即让不同的地球通信站占用不同频率的信道进行通信。

因为各个用户使用着不同频率的信道,所以相互没有干扰。

早期的移动通信就是采用这个技术。

2.时分多址访问（TDMA——以时间为参量来进行分割,其频率和空间是无法分开的,不同的信号占据不同时间段,彼此互不重叠。

即让若干个地球站共同使用一个信道。

但是占用的时间不同,所以相互之间不会干扰。

显然,在相同信道数的情况下,采用时分多址要比频分多址能容纳更多的用户。

现在的移动通信系统多数用这种多址技术。

3.码分多址访问（CDMA——以信号的波形、码型为参量来实现多址访问的,其频率、时间和空间上均无法分开,因而不同的地球站使用不同的码型作为地址码,并且