《數(shù)字通信》課件第4章

4.1多路復(fù)用概述4.2PCM30/32路系統(tǒng)4.3多址技術(shù)

1.多路復(fù)用技術(shù)

多路復(fù)用(Multiplexing)是指利用一條信道同時傳輸多路信號的一種技術(shù)，它能夠較大地提高信道的利用效率。

為了使多路信號在同一個信道上傳輸而互不干擾，必須使各個信號具有不同的特征。由于信號直接來自話路，因此區(qū)分信號和區(qū)分話路是一致的。

多路復(fù)用技術(shù)示意圖如圖4.1所示。4.1多路復(fù)用概述圖4.1多路復(fù)用技術(shù)示意圖

2.多址通信技術(shù)

現(xiàn)代通信中最多的用戶是移動用戶。

在有線通信中，多用戶點之間的相互通信問題可以通過交換技術(shù)來解決。

多址通信技術(shù)的典型應(yīng)用是衛(wèi)星通信和蜂窩移動通信。在衛(wèi)星通信中，多個地球站通過公共的衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器來實現(xiàn)各地球站之間的相互通信。在移動通信中，則是多個移動用戶通過公共的基站來實現(xiàn)各用戶之間的相互通信。圖4.2所示為多址衛(wèi)星通信方式示意圖。圖4.2多址衛(wèi)星通信方式示意圖4.1.1頻分多路復(fù)用

通信系統(tǒng)的信道帶寬往往要比傳送單路信號所需的帶寬寬得多。因此，一條信道只傳輸一路信號是非常浪費的。為了提高信道的傳輸效率，人們提出了信道的頻分復(fù)用技術(shù)(FrequencyDivisionMultiplex，F(xiàn)DM)。頻分復(fù)用技術(shù)就是在發(fā)送端利用不同頻率的載波將多路信號調(diào)制到不同的頻段，然后合并在一起并通過一條信道傳輸，以實現(xiàn)多路復(fù)用。頻分復(fù)用的多路信號在頻率上不會重疊，到達(dá)接收端后可以通過中心頻率不同的帶通濾波器區(qū)分開來。圖4.3所示為一個頻分多路復(fù)用示意圖。假設(shè)共有n路復(fù)用的信號，每路信號首先通過低通濾波器(LPF)變成頻帶寬度相等的低通信號；然后，每路信號通過載頻不同的調(diào)制器進(jìn)行頻譜搬移。最后利用加法器合成后送入一條信道傳輸。圖4.3頻分多路復(fù)用示意圖

圖4.4

fm、fg和fs的關(guān)系示意圖選擇載頻時，要保證各個信號之間的頻譜不能重疊，需要有一定的頻率間隔。設(shè)n個信號的帶寬相等，間隔帶寬相等,則n路復(fù)用信號的總頻帶寬度為

其中，fm為單個信號頻帶寬度，fg為單個間隔寬度，fs=fm+fg，為載頻間隔,這三者之間的關(guān)系如圖4.4所示。

【例4.1】

采用頻分復(fù)用的方式在一條信道中傳輸兩路信號，已知兩路信號的頻譜如圖4.5所示，假設(shè)每路信號的最高頻率fH=4000Hz，均采用上邊帶(USB)調(diào)制，鄰路間隔防護(hù)頻帶為fg=500Hz。試計算信道中復(fù)用信號的頻帶寬度，并畫出頻譜結(jié)構(gòu)。圖4.5兩路信號的頻譜

解信道中FDM信號的頻譜寬度為

Bn=nfH+(n-1)fg=8000+500=8500Hz

設(shè)載波頻率分別是fc1和fc2，則FDM信號的頻譜結(jié)構(gòu)如圖4.6所示。圖4.6FDM信號頻譜結(jié)構(gòu)

【例4.2】

設(shè)有一個雙邊帶/調(diào)頻頻分復(fù)用系統(tǒng)，副載波用雙邊帶DSB調(diào)制，主載波用FM調(diào)制。對64路帶寬為4kHz的語音信號，設(shè)防護(hù)頻帶帶寬為0.7kHz，若最大頻移為1000kHz，試計算FDM信號的帶寬。

解64路雙邊帶信號的總寬度是64×2×4kHz=512kHz，附加保護(hù)寬度為63×0.7=44.1kHz，則合并后總帶寬為B=512+44.1=556.1kHz。4.1.2時分多路復(fù)用

1.時分多路復(fù)用的概念

時分多路復(fù)用(TimeDivisionMultiplex，TDM)也叫時分制技術(shù)，是以信道傳輸時間作為分隔對象，通過為多個信道分配相互獨立的時間段來實現(xiàn)多路復(fù)用。

頻分多路復(fù)用(FDM)適用于時間連續(xù)信號的傳輸，而時分多路復(fù)用(TDM)適用于時間離散信號的傳輸，如第3章我們討論的脈沖編碼調(diào)制(PCM)系統(tǒng)就是采用時分多路復(fù)用的方式傳輸?shù)?。時分復(fù)用系統(tǒng)示意圖如圖4.7所示。圖4.7時分復(fù)用系統(tǒng)示意圖抽樣定理為時分多路復(fù)用提供了理論依據(jù)。抽樣定理指明：當(dāng)滿足一定條件時，時間連續(xù)的模擬信號可以用時間上離散的抽樣脈沖值代替。因此，如果抽樣脈沖占據(jù)的時間較短，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙，利用這種空隙便可以傳輸其它信號的抽樣值。時分復(fù)用就是利用各路信號的抽樣值在時間上占據(jù)不同的時隙，來達(dá)到在同一信道中傳輸多路信號而互不干擾的目的。抽樣時隙示意圖見圖4.8。圖4.8抽樣時隙示意圖

1)時分復(fù)用的PAM系統(tǒng)(TDM-PAM)

我們通過舉例來說明時分復(fù)用技術(shù)的基本原理。假設(shè)有3路PAM信號進(jìn)行時分復(fù)用，其具體實現(xiàn)方法如圖4.9所示。各路信號首先通過相應(yīng)的低通濾波器變?yōu)轭l帶受限的低通型信號，然后再送至旋轉(zhuǎn)開關(guān)(抽樣開關(guān))，每秒將各路信號依次抽樣一次，在信道中傳輸?shù)暮铣尚盘柧褪?路在時域上周期地互相錯開的PAM信號，即TDM-PAM信號。

時分復(fù)用系統(tǒng)空間示意圖如圖4.10所示。圖4.93路PAM信號時分復(fù)用原理圖圖4.10時分復(fù)用系統(tǒng)空間示意圖

2)幾個基本概念

(1)抽樣周期。

抽樣時各路每輪一次的時間稱為一幀，長度記為Ts，它就是旋轉(zhuǎn)開關(guān)旋轉(zhuǎn)一周的時間，即一個抽樣周期。

(2)路時隙。一幀中相鄰兩個抽樣脈沖之間的時間間隔叫做路時隙(簡稱為時隙)，即每路PAM信號的每個樣值允許占用的時間間隔，記為Ta=Ts/n。

例如，3路PAM信號時分復(fù)用的幀和時隙如圖4.11所示。圖4.113路PAM信號時分復(fù)用的幀和時隙

(3)位時隙。1位碼占用的時間稱為位時隙。

(4)交織?？梢园淹綍r分復(fù)用器想像成高速旋轉(zhuǎn)的開關(guān)。按照交織過程中數(shù)據(jù)單位的大小，交織的方法可分為以下幾種。

①比特交織法：比特交織技術(shù)主要用于同步的數(shù)據(jù)源，其每個時間片僅含有一個比特。

②字符交織法：字符交織法以一個字符為單位進(jìn)行復(fù)用。

③碼組交織法：碼組交織法以某一碼元長度(若干比特)為單位進(jìn)行復(fù)用，即在每個時間段取出某支路的一個碼字。

2.PCM時分多路通信系統(tǒng)的構(gòu)成

PCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎(chǔ)上再進(jìn)行量化和編碼。為簡便起見，假設(shè)現(xiàn)有3路語音信號要通過時分復(fù)用的PCM系統(tǒng)(TDM-PCM)進(jìn)行傳遞，其原理框圖如圖4.12所示。圖4.12TDM-PCM示意圖在發(fā)送端，3路語音信號m1(t)、m2(t)、m3(t)經(jīng)過低通濾波后形成最高頻率為fH的低通信號，再經(jīng)過抽樣得到3路PAM信號。在定時取樣脈沖的控制下，3路PAM信號的抽樣值在時間上錯開。

接收端收到信號碼后，先經(jīng)過碼型反變換，再進(jìn)行解碼，得到PAM信號。但此時的PAM是原3路信號的合成信號，通過分路開關(guān)把各路PAM分開。最后，信號通過低通濾波器重建原始的3個語音信號m1(t)、m2(t)、m3(t)。

3路語音信號抽樣合路示意圖如圖4.13所示。圖4.133路語音信號抽樣合路示意圖

3.時分多路復(fù)用系統(tǒng)中的位同步

數(shù)字通信的同步是指收發(fā)兩端的設(shè)備在指定的時間協(xié)調(diào)一致地工作，也稱為定時。

時分多路復(fù)用系統(tǒng)中收、發(fā)兩端的同步應(yīng)包括時鐘頻率的同步和幀時隙的同步兩個方面。

4.時分多路復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步

1)幀同步的概念

幀同步的目的是要求收端與發(fā)端相應(yīng)的話路在時間上要對準(zhǔn)，就是要從收到的信碼流中分辨出哪8位是一個樣值的碼字，以便正確地解碼；還要能分辨出這8位碼是哪一個話路的，以便正確分路。

2)幀同步電路工作原理

PCM復(fù)用系統(tǒng)為了完成幀同步功能，在接收端還需要有兩種裝置：一是同步碼識別裝置，二是調(diào)整裝置。同步碼識別裝置用來識別接收的PCM信號序列中的同步標(biāo)志碼位置；調(diào)整裝置的作用就是當(dāng)收、發(fā)兩端同步標(biāo)志碼位置不對應(yīng)時，對收端進(jìn)行調(diào)整,使兩者位置相對應(yīng)。這些裝置統(tǒng)稱為幀同步電路，其原理圖如圖4.14所示。圖4.14幀同步電路原理圖

3)幀同步系統(tǒng)中的保護(hù)電路

由同步碼誤碼引起的誤判失步叫做“假失步”。為了避免由于假同步碼的出現(xiàn)而誤判為同步，在電路設(shè)計中要加入一個核對保護(hù)電路，這個電路的作用是在同步引入狀態(tài)中連續(xù)幾幀的同步檢測均檢測到同步碼時，才確認(rèn)為同步，這一段時間稱為后方保護(hù)時間。

由前述工作原理可知，幀同步系統(tǒng)總是處于檢測和比較狀態(tài)，即使系統(tǒng)處于正常同步工作狀態(tài)，也要進(jìn)行檢測和比較。加入保護(hù)電路的同步系統(tǒng)原理框圖如圖4.15所示。圖4.15加入保護(hù)電路的同步系統(tǒng)原理框圖

4)對幀同步系統(tǒng)的要求

對幀同步系統(tǒng)的要求如下：

(1)同步性能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾能力；

(2)同步識別效果好；

(3)捕捉時間短；

(4)構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡單。

5.TDM信號的碼元速率和帶寬

1)TDM信號的碼元速率

設(shè)TDM-PCM系統(tǒng)復(fù)用路數(shù)有n路,每一路的抽樣頻率fs都相等，各路經(jīng)低通后的信號帶寬fH相等。用I表示每個抽樣值的碼元位數(shù)，I=lbM,M為抽樣量化級數(shù)。

則單路信號每秒鐘的脈沖個數(shù)為I×fs，即碼元速率RB=I×fs波特。對于n路頻帶都是fH的TDM-PAM信號，二進(jìn)制碼元在每一個抽樣周期內(nèi)有n×I個，則TDM-PCM信號的二進(jìn)制碼元速率為RB=n×I×fs波特，對應(yīng)的信息速率Rb=RB=n×I×fs(bit/s)。一位二進(jìn)制碼元傳輸時占用的時間稱為時隙，記為Tb，則

式中，Ts為一幀的長度，Ta為路時隙。

2)TDM信號的帶寬

得到碼元速率后，按照3.2.3節(jié)脈沖編碼調(diào)制中對PCM帶寬的計算方法，容易得到TDM-PAM信號和TDM-PCM信號傳輸波形為矩形脈沖時的第一零點帶寬。

【例4.3】

對10路最高頻率為3400Hz的語音信號進(jìn)行TDM-PCM傳輸，抽樣頻率為8000Hz。抽樣合路后對每個抽樣值按照8級量化，并編為自然二進(jìn)制碼，碼元波形是寬度為Tb的矩形脈沖，且占空比為0.5。計算TDM-PCM基帶信號的第一零點帶寬。

解信號的二進(jìn)制碼元速率為

RB=n×lbM×fs=10×3×8000=240000波特

二進(jìn)制碼元寬度Tb為二進(jìn)制碼元速率RB的倒數(shù)Tb=1/RB，給定占空比為0.5，則矩形脈沖寬度τ=0.5Tb，則TDM-PCM基帶信號的第一零點帶寬B=1/T=480000Hz。

【例4.4】

對10路最高頻率為4000Hz的語音信號進(jìn)行TDM-PCM傳輸，抽樣頻率為奈奎斯特抽樣頻率，抽樣合路后對每個抽樣值按照8級量化。試計算傳輸此TDM-PCM信號所需的奈奎斯特帶寬。

解抽樣頻率為奈奎斯特抽樣頻率，則fs=2fH=8000Hz。例4.3已經(jīng)得出，二進(jìn)制碼元速率RB為240000波特，由奈奎斯特準(zhǔn)則得知

所以奈奎斯特帶寬B=120000Hz。

【例4.5】

對10路最高頻率為3400Hz的語音信號進(jìn)行TDM-PCM傳輸，抽樣頻率為8000Hz。抽樣合路后對每個抽樣值按照8級量化，再編為自然二進(jìn)制碼，然后通過升余弦濾波器進(jìn)行2PSK調(diào)制，試計算所需的傳輸帶寬。

解由例4.4已經(jīng)得出，二進(jìn)碼元速率RB為240000波特，由

TDM的工作特點如下:

(1)多路低速數(shù)字信號可共享一條傳輸線路資源。

(2)TDM多路信號的合路和分路都是數(shù)字電路，比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠。

(3)信道的非線性會在FDM系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真和多次諧波，引起路間干擾，因此FDM對信道的非線性失真要求很高，而TDM系統(tǒng)的非線性失真要求可降低。

(4)時隙是預(yù)先分配的，且是固定的，每個用戶獨占時隙，時隙的利用率較低，線路的傳輸能力不能充分利用。4.1.3波分多路復(fù)用(WDM)

波分多路復(fù)用(WavelengthDivisionMultiplex，WDM)就是光的頻分復(fù)用，或者說是在光纖通道上的頻分多路復(fù)用技術(shù)。

WDM在一根光纖中同時傳輸多個波長的光信號。在發(fā)送端，WDM將不同波長的信號組合起來(復(fù)用)，送入光纜線路上的同一根光纖中進(jìn)行傳輸，在接收端又將組合波長的光信號分開(解復(fù)用)，恢復(fù)出原信號后送入不同的終端。一般載波間隔比較小(小于1nm)時，稱為頻分復(fù)用，載波間隔比較大(大于1nm)時，稱為波分復(fù)用。相鄰兩個峰值波長間隔比較大，即波長的間隔在50～100nm之間的系統(tǒng)，稱為WDM系統(tǒng)；相鄰兩個峰值波長間隔比較小，即波長的間隔在1～10nm之間的系統(tǒng)，稱為密集的波分復(fù)用(DenseWDM或DWDM)系統(tǒng)。波分復(fù)用系統(tǒng)有以下幾方面的優(yōu)點:

(1)能充分利用光纖的低損耗波段，增加光纖的傳輸容量，降低成本。

(2)波分復(fù)用器件(分波/合波器)具有方向的可逆性。

(3)在光波分復(fù)用技術(shù)中，各個波長的工作系統(tǒng)是彼此獨立的，各個系統(tǒng)所用的調(diào)制方式、傳輸速率及信號類型(比如用模擬信號還是數(shù)字信號)均不相同，在使用上具有很大的方便和靈活性。

光波分復(fù)用原理框圖如圖4.16所示。圖4.16光波分復(fù)用原理框圖(a)單向波分復(fù)用系統(tǒng)；(b)雙向波分復(fù)用系統(tǒng)WDM系統(tǒng)的基本構(gòu)成主要有兩種形式：雙纖單向傳輸和單纖雙向傳輸。圖4.17所示是一個單纖雙向傳輸系統(tǒng)示例。圖4.17單纖雙向傳輸示意圖

WDM技術(shù)充分利用了光纖的巨大帶寬資源，使一根光纖的傳輸容量比單波長傳輸增加了幾倍甚至幾十倍。各波長相互獨立，可傳輸特性不同的信號，完成各種業(yè)務(wù)信號的綜合和分離，實現(xiàn)多媒體信號的混合傳輸。

WDM技術(shù)使N個波長的信號復(fù)用起來在單根光纖中傳輸，并且可以實現(xiàn)單根光纖的雙向傳輸，以節(jié)省大量的線路投資。

WDM技術(shù)可降低對一些器件在性能上的極高要求，同時又可實現(xiàn)大容量傳輸。它能充分利用成熟的TDM技術(shù)，并且對光纖色散無過高的要求。WDM的信道對數(shù)據(jù)格式是透明的，是理想的擴(kuò)容手段。它可實現(xiàn)組網(wǎng)的靈活性、經(jīng)濟(jì)性和可靠性，并可組成全光網(wǎng)。4.2.1PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)

所謂幀結(jié)構(gòu)，就是將各路樣值的數(shù)字碼和各種用途的標(biāo)記碼按照一定的時間順序排列的數(shù)字碼組合。

同一個話路抽樣兩次的時間間隔，或者所有話路都抽樣一次的時間稱為幀周期Ts；每個話路在一幀中所占的時間稱為路時隙tC；每個二進(jìn)制碼位所占的時間稱為位時隙tB。

反映幀周期、時隙及碼位的位置關(guān)系的時間圖就是幀結(jié)構(gòu)圖。PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖4.18所示。4.2PCM30/32路系統(tǒng)圖4.18PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)示意圖對于多路數(shù)字電話系統(tǒng)，國際上有兩種標(biāo)準(zhǔn)化制式，即PCM30/32路制式(E體系)和PCM24路制式(T體系)。我國規(guī)定采用的是PCM30/32路制式，一幀共有32個時隙，可以傳送30路電話，即復(fù)用的路數(shù)n=32路，其中話路數(shù)為30。

PCM時分多路通信可以組成數(shù)千路的復(fù)用。我國采用30/32路制式為基群，簡稱基群或一次群。PCM30/32路基群幀結(jié)構(gòu)圖如圖4.19所示。圖4.19PCM30/32路基群幀結(jié)構(gòu)圖根據(jù)信令信道的位置，信令可以分為時隙內(nèi)信令和時隙外信令；根據(jù)信令信道的利用方式，信令又可以分為共路信令和隨路信令。

1.復(fù)幀

在傳送話路信令時，PCM30/32路系統(tǒng)采用共路信令傳送方式，將TS16所包含的64kb/s集中起來傳送30個話路的信令信號，此時，必須將16個幀構(gòu)成一個復(fù)幀。

2.幀

一幀由32個時隙組成，每個時隙有8個比特，則幀長為256bit。由于幀周期是125μs。一個時隙傳送一路信號，則每路占用的時隙為125/32=3.91125μs。

3.時隙

一個時隙有8個比特，因此，位時隙占488125μs。各時隙安排如下:

(1)話路時隙TS1～TS15、TS17～TS31，共30個。

(2)幀同步時隙TS0。

偶幀TS0用來傳送幀同步碼，奇幀TS0用來傳送幀失步對告碼、監(jiān)視碼等。

(3)信令碼傳送時隙TS16。

每路信令只有4個比特，頻率為500Hz，每隔2ms傳送一次。4.2.2PCM30/32路定時系統(tǒng)

定時系統(tǒng)的任務(wù)是在主時鐘的控制下產(chǎn)生數(shù)字通信系統(tǒng)中所需要的各種定時脈沖。表4.1列出了這些主要定時脈沖。表4.1定時系統(tǒng)產(chǎn)生的主要定時脈沖

1.發(fā)送端定時系統(tǒng)

發(fā)送端定時系統(tǒng)的主要任務(wù)是提供終端機(jī)發(fā)信支路所需要的各種定時脈沖，由主時鐘脈沖發(fā)生器、位脈沖發(fā)生器、路脈沖發(fā)生器、路時隙脈沖發(fā)生器以及復(fù)幀脈沖發(fā)生器等部分組成。發(fā)送端定時系統(tǒng)示意圖如圖4.20所示。圖4.20發(fā)送端定時系統(tǒng)示意圖

1)主時鐘脈沖發(fā)生器

時鐘頻率的頻率穩(wěn)定度一般要求小于50×10-6，即允許2048kHz的誤差在±100kHz以內(nèi)，其占空比為50％，即脈沖寬度占重復(fù)周期的一半。一般使用兩級正反饋連接的反相器與石英晶體構(gòu)成方波發(fā)生器，如圖4.21所示。石英晶體具有極高的品質(zhì)因數(shù)，頻率穩(wěn)定度可達(dá)1×10-12以上。因此，用石英晶體制作的振蕩器頻率十分穩(wěn)定。圖4.21石英晶體振蕩器

2)位脈沖發(fā)生器

位脈沖用于編碼、解碼以及產(chǎn)生路脈沖、幀同步碼和標(biāo)志信號碼等。一般由環(huán)行移位寄存器組成位脈沖發(fā)生器。位脈沖發(fā)生器電路如圖4.22所示，其相應(yīng)的時序如圖4.23所示，狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖如圖4.24所示。圖4.22環(huán)行移位寄存器組成位脈沖發(fā)生器圖4.23脈沖發(fā)生器時序圖4.24狀態(tài)轉(zhuǎn)換圖

3)路脈沖發(fā)生器

路脈沖發(fā)生器的主要任務(wù)是產(chǎn)生CH1～CH30路脈沖序列，用于各話路信號的抽樣、分離以及TS0和TS16時隙脈沖的形成。

4)路時隙脈沖發(fā)生器

路時隙脈沖發(fā)生器的任務(wù)是產(chǎn)生TS0、TS16時隙脈沖。TS0路時隙脈沖用來傳送幀同步碼；TS16路時隙脈沖用來傳送標(biāo)志信號碼。TS0、TS16路時隙脈沖的重復(fù)頻率為8kHz，脈寬為８比特，0.488μs×8=3.91μs。

2.接收端定時系統(tǒng)

接收端定時系統(tǒng)與發(fā)送端定時系統(tǒng)基本相同，不同之處是它沒有主時鐘源(晶體震蕩器)，而是由時鐘提取電路代替。時分多路復(fù)用系統(tǒng)的一個重要問題是同步問題(即位同步、幀同步和復(fù)幀同步)。定時鐘提取電路原理框圖如圖4.25所示。圖4.25定時鐘提取電路原理框圖4.2.3PCM30/32路幀同步系統(tǒng)

數(shù)字通信中，接收端要能從收到的信碼流中分辨出哪8位碼是一個抽樣值所編的碼字，以便能正確解碼；并且要能分辨出每一個碼字(8位碼)是屬于哪一路的，或者說，要使收到的抽樣值和每一路信號相對應(yīng)，即接收端應(yīng)該能夠正確分路。采用幀同步方法可以解決以上問題。正確分辨碼字的方式稱為位同步；正確分辨路信號的方式稱為幀同步。

位同步是指收、發(fā)雙方時鐘頻率要完全相同。幀同步是指在發(fā)送端第n路抽樣、量化和編碼的信號一定要送到接收端第n路還原，以保證語音的正確傳送。對幀同步系統(tǒng)的要求如下：

(1)同步性能穩(wěn)定：具有一定的抗干擾能力；

(2)同步建立時間短。

幀同步碼組的插入方式有兩種：分散插入方式和集中插入方式。PCM30/32路系統(tǒng)的幀同步碼采用了集中插入方式。插入示意圖如圖4.26所示。圖4.26幀同步碼集中插入方式示意圖

1.PCM30/32路系統(tǒng)幀同步的實現(xiàn)方法

1)同步捕捉方式

同步捕捉方式是指系統(tǒng)失步時由失步指令控制調(diào)整的方式。常用的有兩種：逐步移位捕捉方式和復(fù)位式同步方式。

2)前方保護(hù)

前方保護(hù)是為了防止假失步的不利影響而采取的一種措施。只有當(dāng)連續(xù)m次檢測不出同步碼時，才判為系統(tǒng)真正失步，而立即進(jìn)入捕捉狀態(tài)，開始捕捉同步碼。

前方保護(hù)時間：T前=(m-1)Ts,Ts=250μs。

3)后方保護(hù)

后方保護(hù)是為了防止偽同步的不利影響而采取的一種措施。在捕捉幀同步碼的過程中，只有在連續(xù)捕捉到n次幀同步碼后，才能認(rèn)為系統(tǒng)已真正恢復(fù)到了同步狀態(tài)。

從捕捉到第一個真正的同步碼到系統(tǒng)進(jìn)入同步狀態(tài)這段時間稱為后方保護(hù)時間。

后方保護(hù)時間：T后=(n-1)Ts。

前方保護(hù)和后方保護(hù)電路是由3個D觸發(fā)器和RS觸發(fā)器、奇幀監(jiān)視碼檢出電路等組成，如圖4.27所示。圖4.27前方保護(hù)和后方保護(hù)電路

2.幀同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)及工作原理

30/32路PCM基群幀同步系統(tǒng)采用碼型檢出、逐位捕捉方式，由幀同步碼檢出、前后方保護(hù)以及時標(biāo)脈沖產(chǎn)生等部分組成。幀同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖如圖4.28所示。圖4.28幀同步系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖

1)時標(biāo)脈沖的產(chǎn)生

時標(biāo)脈沖的作用是在規(guī)定的時間檢出或檢驗該時刻的碼型并輔助同步系統(tǒng)的建立。

本方案的幀同步系統(tǒng)共有三種時標(biāo)脈沖，即讀出時標(biāo)脈沖Pr、比較時標(biāo)脈沖Pc以及監(jiān)視碼時標(biāo)脈沖Pm。

2)幀同步碼的檢出

幀同步碼檢出電路由８級移位寄存器與檢出門組成，如圖4.29所示。

幀同步系統(tǒng)的時間圖如圖4.30所示。圖4.29幀同步碼檢出電路圖4.30幀同步系統(tǒng)的時間圖

3.幀同步系統(tǒng)性能的近似分析

衡量幀同步系統(tǒng)性能的主要因素有平均失步時間和誤失步的平均時間間隔。平均失步時間是指幀同步系統(tǒng)真正失步開始到確認(rèn)幀同步已建立所需要的時間。它包括失步檢出、捕捉、校核三段時間,其中捕捉和失步檢出時間是主要的。誤失步平均時間間隔是幀同步系統(tǒng)可靠性的指標(biāo)，希望誤失步平均時間間隔越長越好。

4.逐步移位方式幀同步電路工作原理

常用的同步識別方式有兩種：逐位比較方式和碼型檢出方式。PCM30/32路系統(tǒng)的同步捕捉方式是采用逐步移位捕捉方式。逐步移位方式幀同步電路原理框圖如圖4.31所示。

圖4.31逐步移位方式幀同步電路原理框圖4.2.4集中編解碼PCM30/32路系統(tǒng)

1.集中編解碼系統(tǒng)簡介

集中編解碼方式是指多個話路共用一個PCM編解碼器。圖4.32為集中編解碼方式PCM30/32路系統(tǒng)方框圖。圖4.32集中編解碼方式PCM30/32路系統(tǒng)方框圖

(1)信令系統(tǒng)。

這些控制交換機(jī)自動接續(xù)和復(fù)原的指令稱為信令，也稱為標(biāo)志信號。

(2)發(fā)信支路。

發(fā)信支路包括抽樣、量化編碼、匯總和碼型變換等電路。(3)收信支路。

收信支路包括再生、碼型反變換、分離、解碼及分路等電路。

(4)差動系統(tǒng)。圖4.33差動系統(tǒng)電路圖

2.PCM話路特性指標(biāo)及其測試

話路特性指標(biāo)是指在PCM信道傳輸音頻信號(300～3400Hz)時的特性指標(biāo)。

1)傳輸電平

傳輸電平指在終端機(jī)話路盤二線塞孔和四線塞孔處的電平值。表4.2列出了傳輸電平標(biāo)準(zhǔn)。圖4.34為傳輸電平測試示意圖。表4.2傳輸電平標(biāo)準(zhǔn)dB圖4.34傳輸電平測試示意圖

2)凈衰減頻率特性

凈衰減頻率特性指在有效傳輸頻帶內(nèi)凈衰減與頻率的關(guān)系。全程凈衰減頻率特性可以是四線發(fā)與四線收之間的凈衰減頻率特性，也可以是二線發(fā)與二線收之間的凈衰減頻率特性。圖4.35為凈衰減頻率特性測試示意圖。

3)電平特性

電平特性指話路凈衰減或凈增益(二者大小相等，符號相反)與話路輸入電平的關(guān)系。圖4.36為電平特性測試示意圖。圖4.35凈衰減頻率特性測試示意圖圖4.36電平特性測試示意圖

4)空閑信道噪聲

空閑信道噪聲指在每個話路的輸入輸出端均終接600Ω的標(biāo)稱電阻，在不通話時測得的背景噪聲。

(1)衡重噪聲測試。衡重噪聲是指用帶有衡重網(wǎng)絡(luò)的噪聲計測量出來的噪聲。圖4.37所示為衡重噪聲測試示意圖。圖4.37衡重噪聲測試示意圖

(2)單頻噪聲測試。單頻噪聲測試是指在被測話路音頻輸入口終接600Ω電阻，在該話路音頻輸出口用選頻電平表選測任何單一頻率的電平。圖4.38所示為單頻噪聲測試示意圖。

(3)接收設(shè)備噪聲測試。接收設(shè)備噪聲是指在設(shè)備接收側(cè)的數(shù)字輸入口送入數(shù)字空閑碼，在被測話路音頻輸出口用噪聲計或話路特性測試儀測得的噪聲電平。圖4.39所示為接收設(shè)備噪聲測試示意圖。圖4.38單頻噪聲測試示意圖圖4.39接收設(shè)備噪聲測試示意圖

5)總信噪比

總信噪比又稱為總失真比。電路的總噪聲包括由量化失真、非線性失真、熱噪聲、信道誤碼及外來干擾等產(chǎn)生的噪聲。

總信噪比的測量方法有兩種：用正弦信號作測量源的測量和用噪聲信號作測量源的測量，前者的測試連接圖如圖4.40所示。圖4.40用正弦信號作測量源測量總信噪比的測試連接圖

6)路際串音防衛(wèi)度

路際串音是指同一PCM系統(tǒng)中，某一路或某幾路的通話信號串?dāng)_到其他話路中去，產(chǎn)生終端機(jī)通路之間的串音。路際串音分為可懂串音和不可懂串音。

串音通常用防衛(wèi)度指標(biāo)來衡量，防衛(wèi)度定義為有用信號電平與串音電平之差。串音防衛(wèi)度測試示意圖如圖4.41所示。圖4.41串音防衛(wèi)度測試示意圖(a)近端串音測試；(b)遠(yuǎn)端串音測試4.3.1多址技術(shù)的基本原理

多址技術(shù)和多路復(fù)用技術(shù)都是為了共享通信資源，解決多個信號源共用信道的問題。在多址通信中，信道具有一個共同的特征，即接收機(jī)得到的信號是多臺發(fā)射機(jī)發(fā)送信號的疊加?！岸嘀贰敝傅氖切旁床辉谝黄鸹蚋鱾€信源獨立工作。圖4.42所示為多址通信示意圖。4.3多址技術(shù)圖4.42多址通信示意圖與多路復(fù)用技術(shù)類似，任何一種多址技術(shù)都要求不同用戶發(fā)射的信號在信號空間相互正交，互相關(guān)系數(shù)為0，或者說各個信號之間互不干擾。

在頻分多址方式(FDMA)中，任何兩個用戶的信號在頻域不能有重疊，即它們在頻域中是正交的，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

s1(f)s2(f)df=0在時分多址方式(TDMA)中，任何兩個用戶的信號在時域不能有重疊，即它們在時域中是正交的，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

s1(t)s2(t)dt=0

在碼分多址方式(CDMA)中，任何兩個用戶的信號是正交的，即它們之間的相關(guān)系數(shù)為0，數(shù)學(xué)表達(dá)式為

s1(t)s2(t)dt=0

圖4.43所示為三種多址工作方式示意圖。圖4.43三種多址工作方式示意圖4.3.2頻分多址方式(FDMA)

頻分多址方式(FDMA)是多址通信技術(shù)中的最基本的多址方式，也是最古老的多址方式。在FDMA中，不同的信道占用不同的頻段，互不重疊。FDMA方式最突出的特點是簡單、可靠和易于實現(xiàn)。以衛(wèi)星通信系統(tǒng)為例，頻分多址方式是按頻率高低的不同把各地球站發(fā)射的信號排列在衛(wèi)星工作頻帶內(nèi)的某個位置上，各站的頻譜排列互不重疊，可以按頻率區(qū)分站址。圖4.44所示為頻分多址方式示意圖。圖4.44頻分多址方式示意圖使用FDMA方式應(yīng)滿足以下幾方面的要求：

(1)解決好衛(wèi)星的功率和帶寬之間的關(guān)系；

(2)必須嚴(yán)格控制功率；

(3)設(shè)置適當(dāng)?shù)谋Ｗo(hù)頻帶；

(4)盡量減少互調(diào)的影響。4.3.3時分多址方式(TDMA)

圖4.45所示為時分多址方式示意圖。從圖中可以清楚地看出，在按時分多址方式工作的系統(tǒng)中，由于分配給各地球站的是特定的時隙，而不是特定的頻帶，因而每個地球站必須在分配給自己的時隙中用相同的載波頻率向衛(wèi)星發(fā)射信號，并經(jīng)放大后沿下行鏈路重新發(fā)回地面。圖4.45時分多址方式示意圖與FDMA方式相比，TDMA方式更充分地利用轉(zhuǎn)發(fā)器的輸出功率，不需要較多的輸出補(bǔ)償，并且任何時刻在衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器上都只有一個載波工作，從根本上消除了轉(zhuǎn)發(fā)器中的互調(diào)干擾問題。

TDMA技術(shù)有如下優(yōu)點:

(1)不存在FDMA中的互調(diào)問題；

(2)系統(tǒng)容量大，衛(wèi)星功率利