第七章 图像信号的传输技术

– 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
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
• 微波传输
微波 终端站 微波 中继站 微波 分路站 微波 分路站 微波 中继站 微波 终端站
数字 终端机
数字分路 终端机
数字分路 终端机
数字 终端机
交换机
数字 终端机
交换机
交换机
交换机
用户 终端
微波 终端站
用户 终端
用户 终端
用户 终端
• 卫星传输
• 卫星传输
接收机原理框图
• 卫星传输
接收机
– 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
第七章
图像信号的传输技术
信息工程学院 管张均
7.1 数字调制技术
• 数字基带传输（传输距离不太远的有限信道） • 数字调制技术（无线信道和光信道）
• 数字基带信号：模拟图像信号数字化后形成的 PCM信号，经信源信道编码后的信号。
• 含有较多低频及直流分量
• 数字基带传输：数字基带信号直接送入信道。
• 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。
• 网格编码调制TCM
将卷积码和 mQAM 或 mPSK组合起来，将编码器和调制 器当作一个整体来进行设计，这种设计方式就是网格编码调 制（Trellis Coded Modulation），简称TCM。这类信号有两 个基本特点：一是在信号空间中所用信号点的数目比无编码 调制情况下要多，这些附加的信号点为纠错编码提供了冗余 度，而没有增加传输带宽；二是采用卷积编码规则，使相继 的信号点之间引入某种依赖关系，仅有某些信号点序列允许 使用，并可将这些信号序列模型化成为网格状态，因而称之 为网格编码调制。 在幅度-相位平面（信号平面）中，通常把信号点之间的 距离称为欧几里德（Euclidean）距离，其中最短的距离称为 最小欧几里德距离，最小欧几里德距离是影响差错率的一个 重要因素。当编码调制后的信号序列经过一个加性高斯白噪 声的信道后，可用维特比算法寻找最佳网格状态路径，以最 小欧几里德距离为准则，解出接收信号序列。
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
信道编码与调制的综合
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。
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。
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
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。
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。
• 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)
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
• 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。
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：
A(t ) xn g (t nTs ) j yn g (t nTs )
n n
பைடு நூலகம்
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。
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
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。
• 具有低通特性的有线信道 • 传输距离有限
• 数字载波传输（调制传输）：载波调制，将信号 频谱搬移到高频。
• 远距离传输、信道媒介（无线、光等）
二进制与多进制数字调制技术
• 数字基带信号为二进制或多进制 • 多进制比二进制传输速率高，所占带宽不变。 • 实用系统中的区别在于：发送端输入的二进制 数字基带信号需经一电平转换器转换为M电平 的基带脉冲再去调制。 • 常用的是键控载波的调制方法（ SK ）。键控 法又分为调幅键控（ASK）、频移键控（FSK） 和相移键控（ PSK），调节载波的幅度、频率 和相位。
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