[科普中国]-信号再生

对一个被损坏的信号进行处理，去除噪声干扰、恢复信号损坏部分的过程，称为信号再生。

常见的传输信号有电信号和光信号之分，因此信号再生也分为电信号再生和光信号再生。

数字信号中传输的信息是“1”和“0”组成的数字码串，典型的信号是PCM脉冲编码调制信号。PCM信号在长距离的传输过程中，必须采用再生中继技术。

再生中继要求在基带信号信噪比不太大的条件下，系统对失真的波形及时进行识别判决，识别出“1”码和“0”码，经过再生中继后的输出脉冲会完全恢复为原数字信号序列。

基带传输的再生中继系统如图1-1所示。

（1）无噪声积累。数字信号在传输过程引起的信号幅度失真可通过再生中继系统中的均衡放大、再生判决而去掉，所以理想的再生中继系统是不存在噪声积累的；

（2）有误码积累。在再生判决的过程中，由于码间串扰和噪声干扰的影响，会导致判决电路的错误判决，即“1”码误判为“0”码，“0”码误判为“1”码，产生误码现象。一旦误码发生，就无法消除，产生误码积累。

如图1-2所示。

均衡放大的作用是将接收到的失真信号均衡放大成适合于抽样判决的波形，这个波形称为均衡波形，用r(t)表示。

定时时钟提取就是从已接收的信号中提取与发送端定时时钟同步的定时脉冲，以便在最佳时刻识别判决均衡波的“1”码和“0”码。

抽样判决与码形成电路完成的就是判决再生功能，也叫识别再生。识别是指从已经均衡好的均衡波形中识别出“1”码还是“0”码；再生就是将判决出来的码元进行整形与变换，形成半占空的双极性码，即码形成。1

基带传输系统的信道等效模型如图2-1所示。

假设信道输入信号为ei(t)，信道的特性为h(t)，信道引入的加性干扰噪声为n(t)，则信道输出信号eo(t)为：
　　eo(t)= ei(t)*h(t)+n(t)

如果信道特性h(t)和噪声特性n(t)是已知的，在给定某一发送信号ei(t)的条件下，可以确定经过信道传输后的接收信号eo(t)。

由传输线的基本理论可知，传输线衰减特性与传输信号频率的开方成比例，频率越高，衰减越大。一个矩形脉冲信号经过信道传输后，波形要发生失真，主要反映在以下几个方面：

（1）接收信号波形幅度变小。表明信号经过信道传输后能量有衰减，传输距离越长，衰减越大。

（2）波峰延后。反映传输系统的延迟特性。

（3）脉冲宽度加宽。这是传输系统频率特性引起的，是波形产生失真的主要原因。

完整信号再生系统如图2-1-1所示。

光信号在光纤通道中传输时，光纤损耗大和色散严重将会导致光信号的失真。

损耗导致光信号的幅度随传输距离按指数规律衰减，光信号的衰减可以利用全光放大器来放大光信号功率的方式解决。

色散会导致光脉冲展宽而产生码间干扰，使误码率增大，严重影响了通信质量。

目前对光信号的再生是利用光电中继器来实现的。

光电中继器先将光信号经过光信号转变为电信号，经电路整形放大后，再重新驱动一个光源，实现光信号的再生。

全光信息再生技术，即在光纤链路上接入光调制器和滤波器，从链路传输的光信号中提取同步时钟信号输入到光调制器中，对光信号进行周期性同步调制使光脉冲变窄、频谱展宽、频率漂移和系统噪声被降低、光脉冲位置得到校准和重新定时。

全光信息再生技术不仅能从根本上消除色散等不利因素的影响，而且克服了光电中继器的缺点，成为全光信息处理的基础技术之一。2