第七章 图像信号的传输技术

• 卫星传输
卫星接收系统的连接示意图
• 光纤传输
光纤传输系统基本框图
7.3 图像的传输网络
ATM 和 IP 各有优势： ATM技术是电信界思想的体现，网络可 靠，可管理，以路为中心，面向连接，实现相对复杂； IP技术是计 算机界思想的体现，网络可用，尽力而为（Best effort），以端为中 心，面向无连接，实现相对简单。这两种技术都得到了电信界、计 算机网络界的广泛重视。 在本世纪初，IP技术彻底击败了ATM技术，成为业界普遍看好 的下一代网络（NGN）的承载技术。但是随着网络多媒体业务需求 的发展，IP最初设计Best effort的工作方式面临着服务质量（QoS） 和安全等问题的考验。因此，须将IP网与其它网络传输技术相融合。 基于IP的宽带网络是以光纤为传输介质，大容量的密集波分复 用（DWDM）为传输通道，SDH/SONET、 ATM或千兆以太网为组 网模式，第三层/第四层路由交换机为交换平台，综合提供基于IP的 各种多媒体业务的数据通信网络。 新一代的宽带网络技术必须建立在当前最先进的网络传输和交 换的基础上。目前实现宽带IP网络的典型技术有：IP over SDH、IP over ATM、IP over WDM、IP over DWDM等。
• 正交频分复用OFDM
– 将高速串行数据分成若干低速并行数据并分别调制到不同载频上， 载频之间相互正交 – 码间干扰进一步减小（符号周期增大、频带保护间隔设臵） – 移动接收
• 多相相移键控MPSK 我们可以用高频带通信号的复数表示法来分析多相相移 键控（mPSK）信号。对于mPSK信号：
s(t ) g (t nTs )cos(0t 0 2 I n / m)
信道编码会降低信道利用率。在不增加信道传输带宽的前提 下降低差错率，解决方法之一就是把编码和调制相结合统一 设计。 • TCM（ Trellis Coded Modulation，网格编码调制） 将卷积码和MPSK或MQAM组合起来。 • COFDM（编码正交频分复用） COFDM实际上是将编码和OFDM结合起来的一种传输方案。 利用时间和频率分集， OFDM 提供了一种在频率选择性衰 减信道中传输数据的方案。但是，它本身并不能够抑制衰减。 由于在频域中所处位臵的不同，不同子信道受到的衰减也不 同，这就要求采用信道编码进一步保护传输数据。在所有信 道编码方案中，网格编码调制（ TCM ）结合频率和时间交 织被认为是频率选择性衰减信道中最有效的方法。
– IP Over SDH技术
– IP Over DWDM技术
7.3.2 宽带接入技术
– 有线接入： 铜线、光纤、混合光纤/同轴电缆 （Hybric of Fiber and Coax，HFC） – 无线接入：一点多址、甚小型天线地球站、蜂窝移 动电话、无绳电话
接入网的定义
电信网的组成
• 接入网
图像通信中常用的多进制调制系统
• 多电平正交幅度调制MQAM
– 载波幅度和相位均带信息，具有较高的传输码率 – 数字电视有线双向网的下传
• 多相相移键控MPSK
– 较强的抗干扰性 – 数字卫星广播、有线双向网回传
• 多电平残留边带调制MVSB
– ATSC 8-VSB，抗多径发射干扰稍差，固定接收，不支持移动 – 数字电视信号的地面传输
A(t ) xn g (t nTs ) j yn g (t nTs )
n n
同理可求得8PSK 的等效基带信号。 以4PSK为例，可利用两个平衡调幅器分别对同相与正交载 波进行调制，然后相加，就得4PSK信号，如下图所示。
4PSK调制与矢量图
• 多电平正交幅度调制MQAM 由前面4PSK信号的分析可知，它包含了二电平正交 振幅键控。如果将二电平振幅键控进一步发展为多电平 （例如， 4、 8、16电平）正交振幅键控（ mQAM），显 然可以获得更高的频谱利用率。用类似于上图的正交调 幅可以产生多电平正交调幅信号，不过需将表示多电平 的二进制码元经电平变换后成为双极性的多电平信号， 然后再对正交载波进行线性调制。由于线性调制器的电 路比较复杂，因此一般都采用四相叠加法实现调制。
n
和s(t) 对应的复带通信号为：
S (t ) g (t nTs )e
n 2 I n j 0 m
e j0 t
对二相相移键控信号，m=2，若 0 0 ，则当 I n 取0或1时 ，可得：
A(t ) xn g (t nTs )
n
• 多相相移键控MPSK 对于四相相移键控信号，4PSK的等效基带信号可以写作：
– 由业务节点接口（ SNI）和用户网络接口（ UNI） 之间的一系列传送实体（例如线路设施和传输设施） 组成，为传送电信业务提供所需传送承载能力的实 施系统，可经由Q3接口配臵和管理。 电信管理网（TMN） Q3 Q3 业务节点 （SN）
用户终端或 用户驻地网 （CPN）
接入网 （AN） 业务节点 接口SNI
多路多点分布业务（MMDS）
本地多点分布业务（LMDS） 甚小型天线地球站（VSAT）
直播卫星系统（DBS）
蜂窝移动电话 卫星移动通信
铜线接入网
分路点 端局 馈线 电缆 4 ~ 5km 交接箱 配线 电缆 1.5km 配线点
NI
用户
分线 盒
引入线 NI
300m以内
用户
典型的铜线接入网系统：市内铜缆用户环 • 端局与交接箱之间：RSU/RT • 铜线用户环作用：把用户话机连接到电话局的交换机。 • 接入技术
7.2 图像信号的传输方式
• 微波传输
• 通信频段的频带宽，受外界干扰的影响小，通信灵活 性较大，天线增益高、方向性强，投资少、建设快。
• 卫星传输
• 覆盖范围大、通信距离远，通信容量大，传输质量高， 机动性好，生存能力强。
• 有线传输（光纤传输）
• 容量大，衰减小，体积小、重量轻、方便施工和运输， 抗干扰性能好，节约有色金属。
• 接入网
– AN 需提供多种类型的接入，如支持单一接入的标 准 化 接 口 ： 提 供 综 合 业 务 数 字 网 ISDN 基 本 速 率 2B+D（144kbps）的V1接口和一次群速率（30B+D， 2Mbps）的V3接口；支持综合接入（包括多种接入 类型，多种承载能力）的接口，如V5接口。 – UNI（包括各种类型的公用电话网和ISD的UNI）应 该位于AN中。 – 接入网对用户信令透明，不作处理，即 AN 可看作 是与业务和应用无关的传送网。 – 其主要功能：复用、交叉连接和传输，不含交换。
7.3.1 基于IP的宽带多媒体通信网络
– IP Over ATM 技术
重叠模型：IP在ATM上运行 集成模型： ATM 看成 IP 层的对等层， 结合IP的选路和ATM的交换功能 以SDH网络作为IP数据网的物理传输网 络，使用链路适配及成帧协议对 IP数据 包进行封装，然后按字节同步的方式把 封装后的IP数据包映射到 SDH的同步净 负荷包中。采用 PPP对 IP数据分组分装， HDLC帧格式。 IP业务直接放到光层上传输
接入网的传输技术分类
有 线 接 入 网 铜线接 入网 光纤接 入网
高比特数字用户线（HDSL） 不对称数字用户线（ADSL） 甚高比特数字用户线（VDSL） 光纤到路边（FTTC） 光纤到楼（FTTB） 光纤到户（FTTH）
接 入 网
CATV的混合光纤/同轴电缆接入网（HFC） 无 线 接 入 网 固定无线 接入网 移动 接入网 微波 卫星
在OFDM调制中，设fk是一组载波，各频率的关系为
f k f0 k / Ts k 0,1,2,, N 1
设第k个载波为：
e j 2 fk t g k (t ) 0 0 ts Ts 其它

其频谱如右图所示。
gk(t)信号的频谱
• 正交频分复用OFDM 待调制的数字信号经 TCM 编码（可以是 QAMTCM 或PSKTCM）后产生的信号点可视为一个矢量集，则
四相叠加法框图
• 多电平残留边带调制MVSB 数字 VSB 调制方式输出的是一种使用单个载波、采 用幅度调制、抑制载波的残留边带（vestigial sideband） 信号。VSB系统实际上提供了一系列调制等级，如2-VSB 、4-VSB、8-VSB、16-VSB调制等。这一系列的VSB可以 使用相同的导频（pilot frequency）、符号率、数据帧结 构、交织过程、R-S编码及同步脉冲。它可以应用于地面 广播和有线电视。一般的8或者16-VSB系统的调制部分的 构成如下图所示。来自8/16-VSB调制框图
• 正交频分复用OFDM 将总的信号带宽划分为N个互不重叠的子通道， N个 子通道进行正交频分多重调制，就可克服 单载波串行数 据系统的缺陷。这一新型的调制方式称为正交频分复用 （Orthogonal Frequency Division Multiplexing），简称 OFDM。
用户网络 接口UNI
• 接入网
– 接入网通过UNI与用户终端设备相连。 – 接入网通过 SNI 与位于局端或远端交换模块的业务 节点相连。业务节点是为用户提供各种业务的实体， 如电话业务的本地交换机、租用线路业务节点、数 据业务的节点、CATV业务的前端、VOD视频业务 的信息源等。 – 接入网通过Q3接口与电信管理网相连，由其进行配 臵和管理。 – 接入网侧 AN-SNI 与 SN-SNI 不在同一地方，可通过 透明传输通道实现远端连接。
D(t )
p k 0
C
N 1
p ,k
p ,k (t )
即为 OFDM 信号。实际输出的 OFDM 信号可以只是 D(t) 的 实部。如果利用离散傅立叶变换及其反变换来进行OFDM 的调制或解调，则可以大大简化它的实现复杂度，如下图 所示。
用DFT实现OFDM