信號再生

對一個被損壞的信號進行處理，去除噪聲干擾、恢復信號損壞部分的過程，稱為信號再生。

常見的傳輸信號有電信號和光信號之分，因此信號再生也分為電信號再生和光信號再生。

數字信號中傳輸的信息是“1”和“0”組成的數字碼串，典型的信號是PCM脈衝編碼調製信號。PCM信號在長距離的傳輸過程中，必須採用再生中繼技術。

再生中繼要求在基帶信號信噪比不太大的條件下，系統對失真的波形及時進行識別判決，識別出“1”碼和“0”碼，經過再生中繼後的輸出脈衝會完全恢復為原數字信號序列。

基帶傳輸的再生中繼系統如圖1所示。

（1）無噪聲積累。數字信號在傳輸過程引起的信號幅度失真可通過再生中繼系統中的均衡放大、再生判決而去掉，所以理想的再生中繼系統是不存在噪聲積累的；

（2）有誤碼積累。在再生判決的過程中，由於碼間串擾和噪聲干擾的影響，會導致判決電路的錯誤判決，即“1”碼誤判為“0”碼，“0”碼誤判為“1”碼，產生誤碼現象。一旦誤碼發生，就無法消除，產生誤碼積累。

如圖2所示。

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

定時時鐘提取就是從已接收的信號中提取與發送端定時時鐘同步的定時脈衝，以便在最佳時刻識別判決均衡波的“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，也叫識別再生。識別是指從已經均衡好的均衡波形中識別出“1”碼還是“0”碼；再生就是將判決出來的碼元進行整形與變換，形成半佔空的雙極性碼，即碼形成。 ^[1] 

基帶傳輸系統的信道等效模型如圖3所示。

假設信道輸入信號為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，在給定某一發送信號ei(t)的條件下，可以確定經過信道傳輸後的接收信號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頻率的開方成比例，頻率越高，衰減越大。一個矩形脈衝信號經過信道傳輸後，波形要發生失真，主要反映在以下幾個方面：

（1）接收信號波形幅度變小。表明信號經過信道傳輸後能量有衰減，傳輸距離越長，衰減越大。

（2）波峯延後。反映傳輸系統的延遲特性。

（3）脈衝寬度加寬。這是傳輸系統頻率特性引起的，是波形產生失真的主要原因。

完整信號再生系統如圖4所示。

光信號在光纖通道中傳輸時，光纖損耗大和色散嚴重將會導致光信號的失真。

損耗導致光信號的幅度隨傳輸距離按指數規律衰減，光信號的衰減可以利用全光放大器來放大光信號功率的方式解決。

色散會導致光脈衝展寬而產生碼間干擾，使誤碼率增大，嚴重影響了通信質量。

對光信號的再生是利用光電中繼器來實現的。

光電中繼器先將光信號經過光信號轉變為電信號，經電路整形放大後，再重新驅動一個光源，實現光信號的再生。

全光信息再生技術，即在光纖鏈路上接入光調製器和濾波器，從鏈路傳輸的光信號中提取同步時鐘信號輸入到光調製器中，對光信號進行週期性同步調製使光脈衝變窄、頻譜展寬、頻率漂移和系統噪聲被降低、光脈衝位置得到校準和重新定時。

全光信息再生技術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，成為全光信息處理的基礎技術之一。 ^[2]