[科普中國(guó)]-信號(hào)再生

對(duì)一個(gè)被損壞的信號(hào)進(jìn)行處理，去除噪聲干擾、恢復(fù)信號(hào)損壞部分的過(guò)程，稱為信號(hào)再生。

常見的傳輸信號(hào)有電信號(hào)和光信號(hào)之分，因此信號(hào)再生也分為電信號(hào)再生和光信號(hào)再生。

數(shù)字信號(hào)中傳輸?shù)男畔⑹恰?”和“0”組成的數(shù)字碼串，典型的信號(hào)是PCM脈沖編碼調(diào)制信號(hào)。PCM信號(hào)在長(zhǎng)距離的傳輸過(guò)程中，必須采用再生中繼技術(shù)。

再生中繼要求在基帶信號(hào)信噪比不太大的條件下，系統(tǒng)對(duì)失真的波形及時(shí)進(jìn)行識(shí)別判決，識(shí)別出“1”碼和“0”碼，經(jīng)過(guò)再生中繼后的輸出脈沖會(huì)完全恢復(fù)為原數(shù)字信號(hào)序列。

基帶傳輸?shù)脑偕欣^系統(tǒng)如圖1-1所示。

（1）無(wú)噪聲積累。數(shù)字信號(hào)在傳輸過(guò)程引起的信號(hào)幅度失真可通過(guò)再生中繼系統(tǒng)中的均衡放大、再生判決而去掉，所以理想的再生中繼系統(tǒng)是不存在噪聲積累的；

（2）有誤碼積累。在再生判決的過(guò)程中，由于碼間串?dāng)_和噪聲干擾的影響，會(huì)導(dǎo)致判決電路的錯(cuò)誤判決，即“1”碼誤判為“0”碼，“0”碼誤判為“1”碼，產(chǎn)生誤碼現(xiàn)象。一旦誤碼發(fā)生，就無(wú)法消除，產(chǎn)生誤碼積累。

如圖1-2所示。

均衡放大的作用是將接收到的失真信號(hào)均衡放大成適合于抽樣判決的波形，這個(gè)波形稱為均衡波形，用r(t)表示。

定時(shí)時(shí)鐘提取就是從已接收的信號(hào)中提取與發(fā)送端定時(shí)時(shí)鐘同步的定時(shí)脈沖，以便在最佳時(shí)刻識(shí)別判決均衡波的“1”碼和“0”碼。

抽樣判決與碼形成電路完成的就是判決再生功能，也叫識(shí)別再生。識(shí)別是指從已經(jīng)均衡好的均衡波形中識(shí)別出“1”碼還是“0”碼；再生就是將判決出來(lái)的碼元進(jìn)行整形與變換，形成半占空的雙極性碼，即碼形成。1

基帶傳輸系統(tǒng)的信道等效模型如圖2-1所示。

假設(shè)信道輸入信號(hào)為ei(t)，信道的特性為h(t)，信道引入的加性干擾噪聲為n(t)，則信道輸出信號(hào)eo(t)為：
　　eo(t)= ei(t)*h(t)+n(t)

如果信道特性h(t)和噪聲特性n(t)是已知的，在給定某一發(fā)送信號(hào)ei(t)的條件下，可以確定經(jīng)過(guò)信道傳輸后的接收信號(hào)eo(t)。

由傳輸線的基本理論可知，傳輸線衰減特性與傳輸信號(hào)頻率的開方成比例，頻率越高，衰減越大。一個(gè)矩形脈沖信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸后，波形要發(fā)生失真，主要反映在以下幾個(gè)方面：

（1）接收信號(hào)波形幅度變小。表明信號(hào)經(jīng)過(guò)信道傳輸后能量有衰減，傳輸距離越長(zhǎng)，衰減越大。

（2）波峰延后。反映傳輸系統(tǒng)的延遲特性。

（3）脈沖寬度加寬。這是傳輸系統(tǒng)頻率特性引起的，是波形產(chǎn)生失真的主要原因。

完整信號(hào)再生系統(tǒng)如圖2-1-1所示。

光信號(hào)在光纖通道中傳輸時(shí)，光纖損耗大和色散嚴(yán)重將會(huì)導(dǎo)致光信號(hào)的失真。

損耗導(dǎo)致光信號(hào)的幅度隨傳輸距離按指數(shù)規(guī)律衰減，光信號(hào)的衰減可以利用全光放大器來(lái)放大光信號(hào)功率的方式解決。

色散會(huì)導(dǎo)致光脈沖展寬而產(chǎn)生碼間干擾，使誤碼率增大，嚴(yán)重影響了通信質(zhì)量。

目前對(duì)光信號(hào)的再生是利用光電中繼器來(lái)實(shí)現(xiàn)的。

光電中繼器先將光信號(hào)經(jīng)過(guò)光信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)殡娦盘?hào)，經(jīng)電路整形放大后，再重新驅(qū)動(dòng)一個(gè)光源，實(shí)現(xiàn)光信號(hào)的再生。

全光信息再生技術(shù)，即在光纖鏈路上接入光調(diào)制器和濾波器，從鏈路傳輸?shù)墓庑盘?hào)中提取同步時(shí)鐘信號(hào)輸入到光調(diào)制器中，對(duì)光信號(hào)進(jìn)行周期性同步調(diào)制使光脈沖變窄、頻譜展寬、頻率漂移和系統(tǒng)噪聲被降低、光脈沖位置得到校準(zhǔn)和重新定時(shí)。

全光信息再生技術(shù)不僅能從根本上消除色散等不利因素的影響，而且克服了光電中繼器的缺點(diǎn)，成為全光信息處理的基礎(chǔ)技術(shù)之一。2