數(shù)字通信1第7章信道復(fù)用與多址技術(shù)3前面各章節(jié)所討論的內(nèi)容是針對(duì)傳輸單路信號(hào)而言的，但實(shí)際上信道往往要傳輸多路信號(hào)，這就是信道復(fù)用問題。

多址技術(shù)是指多個(gè)用戶可以共享通信信道，多址技術(shù)使信道的通信資源被互相通信的大量用戶所共享。因此，多址技術(shù)也是在通信系統(tǒng)內(nèi)信道復(fù)用的一種方法。

多路復(fù)用技術(shù)和多址技術(shù)都是現(xiàn)代通信系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)。本章主要討論這兩種技術(shù)的基本原理。引言4頻分多路復(fù)用的概念和特點(diǎn)時(shí)分多路復(fù)用的概念與工作原理

PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)數(shù)字復(fù)接的概念多址通信方式的分類、原理及其特點(diǎn)本章學(xué)習(xí)目標(biāo)學(xué)習(xí)指南5引導(dǎo)學(xué)生在學(xué)習(xí)難以掌握的知識(shí)時(shí)，尋找現(xiàn)實(shí)生活相關(guān)場景與新技術(shù)對(duì)比的思維方式，培養(yǎng)學(xué)生問題導(dǎo)向意識(shí)，以及尋找解決問題的辦法。本章素質(zhì)目標(biāo)學(xué)習(xí)指南6多路復(fù)用與多址技術(shù)頻分復(fù)用（FDM）時(shí)分復(fù)用（TDM）與數(shù)字復(fù)接多址通信方式1234內(nèi)容提要數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成回顧76.1多路復(fù)用與多址技術(shù)第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)9內(nèi)容提要信道復(fù)用技術(shù)應(yīng)用背景多路復(fù)用與多址的基本概念12早期的傳輸線路一對(duì)線只能傳送一路電話后來發(fā)明了載波電話，上述情況有了突破。單路載波電話在一對(duì)線上可以通兩路電話，線路的利用率提高了一倍。后來陸續(xù)開發(fā)出3路、12路、60路載波電話等，使電信線路的傳輸能力提高了幾倍、幾十倍。同軸電纜載波系統(tǒng)更使通信的容量從幾百路提高到幾千路、上萬路20世紀(jì)70年代后期，開始大量使用光纖通信。一條光纖就可以通幾百上千路電話。20世紀(jì)80年代，模擬調(diào)頻微波通信的容量已達(dá)1800~2700路。到20世紀(jì)90年代中期，一根光纖可以開通幾萬路電話?！安ǚ謴?fù)用技術(shù)（WDM）”的應(yīng)用，使一根光纖已能開通幾十萬路電話，而且還在繼續(xù)提高，其通信容量發(fā)展之快令人驚嘆。

這些都是“多路復(fù)用技術(shù)”的成果。6.1.1信道復(fù)用技術(shù)應(yīng)用背景10在無線通信方面，多路復(fù)用技術(shù)也得到廣泛的應(yīng)用。早在20世紀(jì)30年代初期，在無線電通信中就使用了多路復(fù)用技術(shù)。20世紀(jì)40年代以后，微波通信中更是廣泛地應(yīng)用了多路復(fù)用技術(shù)。到20世紀(jì)80年代，模擬調(diào)頻微波通信的容量已經(jīng)高達(dá)1

800～2

700路20世紀(jì)80年代末發(fā)展起來的數(shù)字微波通信，多路復(fù)用的容量更高。1965年以后，衛(wèi)星通信發(fā)展很快，20世紀(jì)90年代，新的衛(wèi)星通信系統(tǒng)應(yīng)用多路復(fù)用技術(shù)，可以承載約35

000路電話和多個(gè)頻道電視節(jié)目的傳輸。6.1.1信道復(fù)用技術(shù)應(yīng)用背景1112內(nèi)容提要信道復(fù)用技術(shù)應(yīng)用背景多路復(fù)用與多址的基本概念12實(shí)現(xiàn)在同一條通信線路上傳送多路信號(hào)的技術(shù)叫做多路復(fù)用技術(shù)。采用多路復(fù)用技術(shù)可以提高電信線路的傳輸效率，降低成本。通常將多路信號(hào)在發(fā)送端合并后通過信道傳輸，然后在接收端分開并恢復(fù)各路信號(hào)的過程分別稱為復(fù)接和分接。根據(jù)信號(hào)分割技術(shù)，多路復(fù)用技術(shù)可以分為頻分復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用等方式。6.1.2多路復(fù)用與多址的基本概念131．多路復(fù)用頻分復(fù)用是將各路信號(hào)分別調(diào)制到不同的頻段進(jìn)行傳輸，多用于模擬通信。從本質(zhì)上來說，波分復(fù)用技術(shù)（WDM）是一種頻分復(fù)用技術(shù)。光波的頻率發(fā)生變化時(shí)，波長也相應(yīng)變化。因此波分復(fù)用技術(shù)是一種專用于光纖通信技術(shù)的特殊的頻分復(fù)用技術(shù)。在現(xiàn)階段可以應(yīng)用的光纖窗口為0.85

m，1.31m和1.55m。6.1.2多路復(fù)用與多址的基本概念141．多路復(fù)用時(shí)分復(fù)用技術(shù)是利用時(shí)間上離散的脈沖組成相互不重疊的多路信號(hào)，廣泛應(yīng)用于數(shù)字通信。因各種原因，時(shí)分復(fù)用技術(shù)的標(biāo)準(zhǔn)未能統(tǒng)一，存在著兩種不同制式，三套不同的標(biāo)準(zhǔn)，這種現(xiàn)象極大地影響了時(shí)分復(fù)用技術(shù)的發(fā)展和應(yīng)用。為此，ITU-T制定了統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)來解決這一問題，這套標(biāo)準(zhǔn)即為數(shù)字復(fù)接等級(jí)標(biāo)準(zhǔn)。在時(shí)分復(fù)用技術(shù)中，每個(gè)終端用戶都被固定分配了一條信道，即使有的終端用戶并沒有有效數(shù)據(jù)進(jìn)行傳輸，仍然要占據(jù)一條信道，這種現(xiàn)象造成了信道的浪費(fèi)，導(dǎo)致信道的低效率使用。為解決這一問題，在傳統(tǒng)的時(shí)分復(fù)用技術(shù)的基礎(chǔ)上進(jìn)行了改進(jìn)，發(fā)展了統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)。與傳統(tǒng)時(shí)分復(fù)用技術(shù)不同的是，在統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)下，終端用戶的信道是動(dòng)態(tài)分配的，只有那些確實(shí)有數(shù)據(jù)要傳送的終端才能分配到信道，有效地提高了線路的使用效率。碼分復(fù)用？6.1.2多路復(fù)用與多址的基本概念151．多路復(fù)用對(duì)于有線通信（針對(duì)電話交換網(wǎng)），多用戶相互通信問題是通過交換技術(shù)來解決的。而早期的無線通信主要是以點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信為主。當(dāng)衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信和計(jì)算機(jī)通信網(wǎng)等新的通信方式發(fā)展以后，用戶位置分布廣泛，需要采用多址方式實(shí)現(xiàn)多用戶間的相互通信。6.1.2多路復(fù)用與多址的基本概念162．多址技術(shù)（多用戶通信）目前有多種類型的多用戶通信系統(tǒng)，一種多用戶通信系統(tǒng)是如圖6-1（a）所示的多址系統(tǒng)，該系統(tǒng)中的大量用戶共用通信信道以傳送信息到接收機(jī)。這個(gè)共用信道可以是衛(wèi)星通信系統(tǒng)的上行鏈路，也可以是與接入中心計(jì)算機(jī)的一組終端連接的電纜，還可以是與某一無線接收機(jī)相聯(lián)系供多個(gè)用戶使用的無線頻譜的某個(gè)頻帶。例如，在蜂窩移動(dòng)通信系統(tǒng)中，用戶是該系統(tǒng)中任一特定小區(qū)中的移動(dòng)臺(tái)（手機(jī)），接收機(jī)在給定小區(qū)的基站中。第二種類型的多用戶通信系統(tǒng)是廣播網(wǎng)。在該網(wǎng)絡(luò)中，一部發(fā)射機(jī)發(fā)送信息到多個(gè)接收機(jī)，如圖6-1（b）所示。廣播系統(tǒng)包括普通的無線電和TV電視系統(tǒng)，以及衛(wèi)星系統(tǒng)的下行鏈路。多址系統(tǒng)和廣播網(wǎng)絡(luò)是最常用的多用戶通信系統(tǒng)。第三種類型的多用戶系統(tǒng)是存儲(chǔ)和轉(zhuǎn)發(fā)網(wǎng)絡(luò)，如圖6-1（c）所示。第四種類型是如圖6-1（d）所示的雙向通信系統(tǒng)。6.1.2多路復(fù)用與多址的基本概念172．多址技術(shù)（多用戶通信）6.1.2多路復(fù)用與多址的基本概念182．多址技術(shù)（多用戶通信）多路復(fù)用和多址方式兩者都是解決信道的復(fù)用問題。它們在通信過程中都包括多個(gè)信號(hào)的復(fù)合、復(fù)合信號(hào)在信道上的傳輸以及信號(hào)的分離三個(gè)過程，如圖6-2所示。通過信道復(fù)用，多個(gè)終端能共享一條高速信道，從而達(dá)到節(jié)省信道資源、提高信道使用效率的目的。多址技術(shù)與多路復(fù)用有幾點(diǎn)細(xì)微差別，主要表現(xiàn)在：（1）多路復(fù)用通常使信道（例如電話信道）被局部范圍內(nèi)的用戶所共享，多個(gè)信號(hào)在基帶信道上復(fù)合和分離，信號(hào)直接來自話路。（2）多址技術(shù)使通信信道（或通信資源），例如衛(wèi)星無線信道等，被分布在不同位置上的用戶遠(yuǎn)程共享，多個(gè)信號(hào)在射頻信道上復(fù)用，信號(hào)來自不同的站址。6.1.2多路復(fù)用與多址的基本概念192．多址技術(shù)（多用戶通信）信號(hào)的復(fù)合與分離小結(jié)1．信道復(fù)用的基本概念復(fù)用——若干路彼此獨(dú)立的信號(hào)，先組合成一個(gè)復(fù)合信號(hào)，再在同一信道上傳輸?shù)募夹g(shù)。常用的復(fù)用方式分類如下：20數(shù)字通信21數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成回顧226.2頻分復(fù)用（FDM）第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)24內(nèi)容提要頻分復(fù)用的概念頻分復(fù)用在電話系統(tǒng)中的應(yīng)用頻分復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)1237.2.1頻分復(fù)用的概念25頻分復(fù)用（FDM）是將傳輸頻帶分成N個(gè)部分，每一個(gè)部分均可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用。這樣在一對(duì)傳輸線路上可有N路信息傳送，而每一路信息所占用的只是其中的一個(gè)頻段，如圖6-3所示。理論上，當(dāng)傳輸介質(zhì)的帶寬大于要傳輸?shù)乃行盘?hào)的帶寬之和時(shí)，就可以使用頻分多路復(fù)用技術(shù)。每一路信號(hào)被調(diào)制到不同的載波頻率上，調(diào)制后的信號(hào)被組合成通過介質(zhì)傳輸?shù)膹?fù)合信號(hào)。因而頻分制通信又被稱為載波通信，它是模擬通信的主要手段。為防止信號(hào)之間的互相干擾，在信道之間應(yīng)留出足夠的保護(hù)頻帶，以保證這些信號(hào)的帶寬不會(huì)產(chǎn)生重疊。圖6-3頻分多路復(fù)用示意圖26內(nèi)容提要頻分復(fù)用的概念頻分復(fù)用在電話系統(tǒng)中的應(yīng)用頻分復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)1236.2.2頻分復(fù)用在電話系統(tǒng)中的應(yīng)用27頻分多路復(fù)用技術(shù)被廣泛應(yīng)用于模擬通信系統(tǒng)，如固定電話系統(tǒng)、有線（閉路）電視系統(tǒng)等。下面以話音信號(hào)為例，說明頻分復(fù)用的復(fù)用和解復(fù)用原理。1．復(fù)用過程圖6-4所示說明了在固定電話系統(tǒng)中如何使用頻分多路復(fù)用技術(shù)將3路話音信號(hào)通過一對(duì)傳輸線路傳送。每路話音信號(hào)的頻率范圍都是相近的，在復(fù)用器中，3路信號(hào)被調(diào)制到不同的載波頻率（f1，f2，f3）上，然后將調(diào)制后的復(fù)合信號(hào)通過寬帶的傳輸線路傳送。圖6-4復(fù)用過程7.2.2頻分復(fù)用在電話系統(tǒng)中的應(yīng)用282．解復(fù)用過程圖6-5所示說明了在固定電話系統(tǒng)中的解復(fù)用過程。在接收端使用帶通濾波器將3路話音信號(hào)從復(fù)合信號(hào)中分離出來，之后再送到解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)。至此，3路話音信號(hào)被還原出來。圖6-5解復(fù)用過程頻分復(fù)用時(shí)，各路載頻的間隔除考慮頻譜不重疊外，還要考慮鄰路之間的相互干擾以及帶通濾波器制作上的困難。因此，在保證各路信號(hào)的帶寬外，載頻與載頻還應(yīng)留有一定的防護(hù)帶。29內(nèi)容提要頻分復(fù)用的概念頻分復(fù)用在電話系統(tǒng)中的應(yīng)用頻分復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)1237.2.3頻分復(fù)用技術(shù)特點(diǎn)30頻分多路復(fù)用技術(shù)的優(yōu)點(diǎn)系統(tǒng)效率較高傳輸介質(zhì)的帶寬使用率高技術(shù)成熟成本低其缺點(diǎn)主要有：抗干擾性能差沒有排錯(cuò)和糾錯(cuò)功能不適于傳輸數(shù)字信號(hào)而現(xiàn)代通信系統(tǒng)是以數(shù)字化通信為發(fā)展方向的，因此，在實(shí)際應(yīng)用中廣泛應(yīng)用時(shí)分復(fù)用技術(shù)。31正交頻分復(fù)用（OFDM）?小結(jié)2．頻分復(fù)用（FDM）頻分復(fù)用技術(shù)是各種復(fù)用技術(shù)中出現(xiàn)最早的一種技術(shù)。FDM技術(shù)的實(shí)現(xiàn)是基于兩個(gè)方面進(jìn)行的：一是調(diào)制技術(shù)，從而把處于同一頻帶內(nèi)的多路基帶信號(hào)搬移到不同的載頻上——頻譜搬移；二是信道帶寬遠(yuǎn)大于單路已調(diào)信號(hào)帶寬。頻分復(fù)用技術(shù)的主要優(yōu)點(diǎn)是技術(shù)成熟，易于實(shí)現(xiàn)。主要缺點(diǎn)是易產(chǎn)生路間干擾，其根本原因是相互復(fù)用的各路信號(hào)在時(shí)間上同時(shí)出現(xiàn)。頻分復(fù)用技術(shù)在許多模擬通信系統(tǒng)中獲得廣泛應(yīng)用。32習(xí)題：7-4、7-5、7-6教材練習(xí)題33作業(yè)布置《數(shù)字通信原理》蘇文俊suwenjun@139.com34數(shù)字通信系統(tǒng)構(gòu)成回顧356.3時(shí)分復(fù)用（TDM）與數(shù)字復(fù)接第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)37內(nèi)容提要時(shí)分復(fù)用原理時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)數(shù)字復(fù)接技術(shù)1236.3.1時(shí)分復(fù)用原理38時(shí)分復(fù)用（TDM）是指各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間間隙進(jìn)行通信。由前述的抽樣理論可知，抽樣的一個(gè)重要作用是將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)，其在信道上占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一信道傳輸提供了條件。具體來說，就是把時(shí)間分成一些均勻的時(shí)間間隙，將各路信號(hào)的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間間隙，以達(dá)到互相分開、互不干擾的目的。圖6-12（a）所示為時(shí)分多路復(fù)用示意圖。各路信號(hào)經(jīng)低通濾波器將頻帶限制在3

400Hz以下，然后加到快速電子旋轉(zhuǎn)開關(guān)K1，K1開關(guān)不斷重復(fù)地作勻速旋轉(zhuǎn)，每旋轉(zhuǎn)一周Ts秒對(duì)每一路信號(hào)每隔一個(gè)周期抽樣一次，這樣N個(gè)樣值按先后順序錯(cuò)開，合成的復(fù)用信號(hào)是N個(gè)抽樣信息之和，如圖6-12（b）和（c）所示。由各個(gè)信息構(gòu)成單一抽樣的一組脈沖叫做一幀。一幀中相鄰脈沖之間的時(shí)間間隔叫做時(shí)隙（TimeSlot），未被抽樣脈沖占用的時(shí)隙部分叫做防護(hù)時(shí)間。圖中的開關(guān)K1、K2也稱為分配器圖6-12時(shí)分多路復(fù)用示意圖6.3.1時(shí)分復(fù)用原理396.3.1時(shí)分復(fù)用原理40圖中，發(fā)送端分配器不僅起到抽樣的作用，同時(shí)還起到復(fù)用合路的作用。合路后的抽樣信號(hào)送到PCM編碼器進(jìn)行量化和編碼，然后將數(shù)字信碼送往信道。在接收端將這些從發(fā)送端送來的各路信碼依次解碼，還原后的PAM信號(hào)由收端分配器旋轉(zhuǎn)開關(guān)K2依次接通每一路信號(hào)，再經(jīng)低通平滑，重建話音信號(hào)。接收端的分配器起到時(shí)分復(fù)用的分路作用，所以接收端分配器又叫分路門。為保證正常通信，發(fā)送、接收端旋轉(zhuǎn)開關(guān)K1，K2必須同頻同相。同頻是指K1，K2的旋轉(zhuǎn)速度要完全相同，同相指的是發(fā)送端旋轉(zhuǎn)開關(guān)K1連接第一路信號(hào)時(shí)，接收端旋轉(zhuǎn)開關(guān)K2也必須連接第一路，否則接收端將收不到本路信號(hào)，要求發(fā)送、接收雙方必須保持嚴(yán)格的同步。6.3.1時(shí)分復(fù)用原理41【例6-1】對(duì)10路帶寬均為300～3

400Hz的模擬信號(hào)進(jìn)行PCM時(shí)分復(fù)用傳輸。抽樣速率為8

000Hz，抽樣后進(jìn)行8級(jí)量化，并編為自然二進(jìn)制碼，碼元波形是寬度為τ的矩形脈沖，且占空比為1。試求傳輸此時(shí)分復(fù)用PCM信號(hào)所需的最小帶寬。解：PCM時(shí)分復(fù)用信號(hào)的傳輸速率為Rb

=8

log2810kbit/s=

240kbit/s二進(jìn)制基帶系統(tǒng)的最大頻帶利用率為所以，傳輸此信號(hào)所需最小帶寬為42內(nèi)容提要時(shí)分復(fù)用原理時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)數(shù)字復(fù)接技術(shù)1236.3.2時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)43以PCM30/32路電話系統(tǒng)為例，來說明時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)，這樣形成的PCM信號(hào)稱為PCM一次群信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用的方式是用時(shí)隙來分割的，每一路信號(hào)分配一個(gè)時(shí)隙叫路時(shí)隙，幀同步碼和信令碼也各分配一個(gè)路時(shí)隙。PCM30/32系統(tǒng)的意思是整個(gè)系統(tǒng)共分為32個(gè)路時(shí)隙，其中30個(gè)路時(shí)隙用來傳送30路話音信號(hào)，一個(gè)路時(shí)隙用來傳送幀同步碼，另一個(gè)路時(shí)隙用來傳送信令碼。次群以1.5Mbps為基礎(chǔ)的系列以2Mbps為基礎(chǔ)的系列日本體制（kbps）北美體制（kbps）歐洲體制（kbps）0次群6464641次群1554155420482次群6312631284483次群3206444736343684次群977281392641392645次群*2741765651486.3.2時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)446.3.2時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)45從圖中可看出，PCM30/32路系統(tǒng)中一個(gè)復(fù)幀包含16幀，編號(hào)為F0幀、F1幀，…，F(xiàn)15幀，一復(fù)幀的時(shí)間為2ms。每一幀（每幀的時(shí)間為125

s）又包含有32個(gè)路時(shí)隙，其編號(hào)為TS0～TS31，每個(gè)路時(shí)隙的時(shí)間為3.9

s。每一路時(shí)隙包含有8個(gè)位時(shí)隙，每個(gè)位時(shí)隙的時(shí)間為0.488

s。根據(jù)抽樣理論，每幀頻率為8

000幀/s，幀周期為125s，所以PCM30/32路系統(tǒng)的總數(shù)碼率是Rb

=8

000

(幀/s)

32

(路時(shí)隙/幀)

8

(bit/路時(shí)隙)

=2

048kbit/s

=

2.048

Mbit/s6.3.2時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)46【例6-2】6路獨(dú)立信源的最高頻率分別為1kHz、1kHz、2kHz、2kHz、3kHz、3kHz。若采用時(shí)分復(fù)用方式進(jìn)行傳輸，每路信號(hào)均采用8位對(duì)數(shù)PCM編碼。（1）設(shè)計(jì)該系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)和總時(shí)隙數(shù)，求每個(gè)時(shí)隙占有的時(shí)間寬度及碼元寬度。（2）求信道最小傳輸帶寬。解：（1）若選擇抽樣頻率為6kHz，則每路信號(hào)都符合抽樣定理的要求。不考慮幀同步碼、信令碼，幀結(jié)構(gòu)如圖6-16所示。每幀共6個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙占有的時(shí)間寬度為27.8

s，碼元寬度為3.5

s。（2）信息傳輸速率為Rb

=6

000

(幀/s)

6

(時(shí)隙/幀)

8

(bit/時(shí)隙)

=

288kbit/s信道最小傳輸帶寬為：Bc

=

Rb/2=

144kHz47內(nèi)容提要時(shí)分復(fù)用原理時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)數(shù)字復(fù)接技術(shù)1236.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)48在時(shí)分制數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了擴(kuò)大傳輸容量和提高傳輸效率，常常需要將若干個(gè)低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)流，以便在高速寬帶信道中傳輸。擴(kuò)大數(shù)字通信容量有兩種方法。一種方法是采用PCM30/32系統(tǒng)（基群或一次群）復(fù)用的方法。例如需要傳送120路電話時(shí)，可將120路話音信號(hào)分別用8kHz抽樣頻率抽樣，然后對(duì)每個(gè)抽樣值編8位碼，其數(shù)碼率為8000

8

120

=

7

680kbit/s。由于每幀時(shí)間為125

s，每個(gè)路時(shí)隙的時(shí)間只有1

s左右，這樣每個(gè)抽樣值編8位碼的時(shí)間只有1

s時(shí)間，其編碼速度非常高，對(duì)編碼電路及元器件的速度和精度要求很高，實(shí)現(xiàn)起來非常困難。但這種方法從原理上講是可行的，這種對(duì)120路話音信號(hào)直接編碼復(fù)用的方法稱PCM復(fù)用。另一種方法是將幾個(gè)，例如4個(gè)經(jīng)PCM復(fù)用后的數(shù)字信號(hào)再進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，形成更多路的數(shù)字通信系統(tǒng)。顯然，經(jīng)過數(shù)字復(fù)用后的信號(hào)的數(shù)碼率提高了，但是對(duì)每一個(gè)基群編碼速度沒有提高，實(shí)現(xiàn)起來容易，目前廣泛采用這種方法提高通信容量。由于數(shù)字復(fù)用采用數(shù)字復(fù)接的方法來實(shí)現(xiàn)，又稱數(shù)字復(fù)接技術(shù)。1．?dāng)?shù)字復(fù)接的概念6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)49數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器組成，如圖6-17所示。數(shù)字復(fù)接器是把兩個(gè)或兩個(gè)以上的支路（低次群），按時(shí)分復(fù)用方式合并成一個(gè)單一的高次群數(shù)字信號(hào)設(shè)備，它由定時(shí)、碼速調(diào)整和復(fù)接單元等組成。數(shù)字分接器的功能是把已合路的高次群數(shù)字信號(hào)，分解成原來的低次群數(shù)字信號(hào)，它由幀同步、定時(shí)、數(shù)字分接和碼速恢復(fù)等單元組成。1．?dāng)?shù)字復(fù)接的概念圖6-17數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)50定時(shí)單元給設(shè)備提供一個(gè)統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘。碼速調(diào)整單元是把速率不同的各支路信號(hào)，調(diào)整成與復(fù)接設(shè)備定時(shí)完全同步的數(shù)字信號(hào)，以便由復(fù)接單元把各個(gè)支路信號(hào)復(fù)接成一個(gè)數(shù)字流。在復(fù)接時(shí)還需要插入幀同步信號(hào)，以便接收端正確接收各支路信號(hào)。分接設(shè)備的定時(shí)單元是由接收信號(hào)中提取時(shí)鐘，并分送給各支路進(jìn)行分接用。1．?dāng)?shù)字復(fù)接的概念圖6-17數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)51目前廣泛使用的是分別以1

544kbit/s（T1）和2

048kbit/s（E1）為代表的兩套準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH），CCITT已推薦了兩類數(shù)字速率系列和復(fù)接等級(jí)，兩類數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級(jí)分別如表6-1和圖6-18所示。2．?dāng)?shù)字復(fù)接等級(jí)群號(hào)一次群二次群三次群四次群數(shù)碼率（Mbit/s）1.544（T1）6.31232.06497.728話路數(shù)2424

4=9696

5=480480

3=1440數(shù)碼率（Mbit/s）2.048(E1)8.44834.368139.264話路數(shù)3030

4=120120

4=480480

4=1920表6-1 兩類數(shù)字速率系列6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)522．?dāng)?shù)字復(fù)接等級(jí)圖6-18數(shù)字復(fù)接等級(jí)示意圖6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)53隨著數(shù)字通信業(yè)務(wù)的不斷發(fā)展，未實(shí)現(xiàn)標(biāo)準(zhǔn)化的準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）逐漸成為實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信的重要阻礙。為此，CCITT于1988年通過了同步數(shù)字系列（SDH），采用同步轉(zhuǎn)移模式（STM），它的第一級(jí)速率為155.52kbit/s（STM-1），而其他高級(jí)速率是在第一級(jí)速率基礎(chǔ)上采用同步復(fù)接實(shí)現(xiàn)，解決了準(zhǔn)同步數(shù)字系列的非標(biāo)準(zhǔn)化及其他一些缺點(diǎn)。SDH的優(yōu)點(diǎn)同步復(fù)用強(qiáng)大的網(wǎng)絡(luò)管理能力統(tǒng)一的光接口及復(fù)用標(biāo)準(zhǔn)2．?dāng)?shù)字復(fù)接等級(jí)6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)54數(shù)字復(fù)接的方法主要有按位復(fù)接、按字復(fù)接和按幀復(fù)接三種。按位復(fù)接又叫比特復(fù)接，即復(fù)接時(shí)每支路依次復(fù)接一個(gè)比特。圖6-19（a）所示是4個(gè)PCM30/32系統(tǒng)TS1時(shí)隙（CH1話路）的碼字情況。圖6-19（b）所示是按位復(fù)接后的二次群中各支路數(shù)碼排列情況。按位復(fù)接方法簡單易行，設(shè)備也簡單，存儲(chǔ)器容量小，目前被廣泛采用，其缺點(diǎn)是對(duì)信號(hào)交換不利。3．?dāng)?shù)字復(fù)接方法與分類圖6-19按位復(fù)接與按字復(fù)接示意圖6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)55圖6-19（c）是按字復(fù)接，對(duì)PCM30/32系統(tǒng)來說，一個(gè)碼字有8位碼，它是將8位碼先儲(chǔ)存起來，按規(guī)定時(shí)間四個(gè)支路輪流復(fù)接，這種方法有利于數(shù)字電話交換，但要求有較大的存儲(chǔ)容量。按幀復(fù)接是每次復(fù)接一個(gè)支路的一幀（一幀含有256個(gè)比特），這種方法的優(yōu)點(diǎn)是復(fù)接時(shí)不破壞原來的幀結(jié)構(gòu)，有利于交換，但要求更大的存儲(chǔ)容量。3．?dāng)?shù)字復(fù)接方法與分類圖6-19按位復(fù)接與按字復(fù)接示意圖6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)56幾個(gè)低次群數(shù)字信號(hào)復(fù)接成一個(gè)高次群數(shù)字信號(hào)時(shí)，如果各個(gè)低次群，例如PCM30/32系統(tǒng)的時(shí)鐘是各自產(chǎn)生的，即使它們的標(biāo)稱數(shù)碼率相同，都是2048kbit/s，但它們的瞬時(shí)數(shù)碼率也可能是不同的。各個(gè)支路的晶體振蕩器的振蕩頻率不可能完全相同（CCITT規(guī)定PCM30/32系統(tǒng)的瞬時(shí)數(shù)碼率在2

048kbit/s

100bit/s），幾個(gè)低次群復(fù)接后的數(shù)碼就會(huì)產(chǎn)生重疊或錯(cuò)位，如圖6-20（b）所示。這樣復(fù)接合成后的數(shù)字信號(hào)流，在接收端是無法分接恢復(fù)成原來的低次群信號(hào)的。因此，數(shù)碼率不同的低次群信號(hào)是不能直接復(fù)接的。為此，在復(fù)接前要使各低次群的數(shù)碼率同步，同時(shí)使復(fù)接后的數(shù)碼率符合高次群幀結(jié)構(gòu)的要求。所以，將幾個(gè)低次群復(fù)接成高次群時(shí)，必須采取適當(dāng)?shù)拇胧哉{(diào)整各低次群系統(tǒng)的數(shù)碼率使其同步，這種同步是系統(tǒng)與系統(tǒng)之間的同步，稱系統(tǒng)同步。4．?dāng)?shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)574．?dāng)?shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整圖6-20低次群復(fù)接示意圖6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)58系統(tǒng)同步的方法有兩種，即同步復(fù)接和異步復(fù)接。同步復(fù)接是用一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘來控制被復(fù)接的幾個(gè)低次群，使這幾個(gè)低次群的碼速統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上，這樣就達(dá)到系統(tǒng)同步的目的。這種同步方法的缺點(diǎn)是主時(shí)鐘一旦出現(xiàn)故障，相關(guān)的通信系統(tǒng)將全部中斷。它只限于在局部區(qū)域內(nèi)使用。異步復(fù)接是各低次群使用各自的時(shí)鐘。這樣，各低次群的時(shí)鐘速率就不一定相等，因而在復(fù)接時(shí)先要進(jìn)行碼速調(diào)整，使各低次群同步后再復(fù)接。不論同步復(fù)接或異步復(fù)接，都需要碼速變換。雖然同步復(fù)接時(shí)各低次群的數(shù)碼率完全一致，但復(fù)接后的碼序列中還要加入幀同步碼、對(duì)端告警碼等碼元，這樣數(shù)碼率就要增加，因此需要碼速變換。4．?dāng)?shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)59數(shù)字復(fù)接的碼速調(diào)整主要有三種類型：正碼速調(diào)整、正/負(fù)碼速調(diào)整和正/零/負(fù)碼速調(diào)整。這三種方式中，正碼速調(diào)整方式的性能雖是三種方式中最差的，但能在大部分應(yīng)用場合下滿足性能要求，而這種方式的設(shè)備最簡單，成本低，所以應(yīng)用最廣泛。因此，本節(jié)主要以正碼速調(diào)整方式來說明碼速調(diào)整的原理及實(shí)現(xiàn)方法。4．?dāng)?shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)60

CCITT規(guī)定以2

048kbit/s為一次群的數(shù)碼率PCM二次群的數(shù)碼率為8

448kbit/s。按理說，PCM二次群的數(shù)碼率是4×2048kbit/s

=

8192kbit/s。當(dāng)考慮到4個(gè)PCM一次群在復(fù)接時(shí)插入了幀同步碼、告警碼、插入碼和插入標(biāo)志碼等碼元，這些碼元的插入，使每個(gè)基群的數(shù)碼率由2048kbit/s調(diào)整到2112kbit/s，這樣4×2112kbit/s

=

8448kbit/s。碼速調(diào)整后的速率高于調(diào)整前的速率，稱正碼速調(diào)整。正碼速調(diào)整方框圖如圖6-21所示。每一個(gè)參與復(fù)接的數(shù)碼流都必須經(jīng)過一個(gè)碼速調(diào)整裝置，將瞬時(shí)數(shù)碼率不同的數(shù)碼流調(diào)整到相同的、較高的數(shù)碼率，然后再進(jìn)行復(fù)接。碼速調(diào)整裝置的主體是緩沖存儲(chǔ)器，還包括一些必要的控制電路、輸入支路的數(shù)碼率fl

=

2.048Mbit/s±100bit/s，輸出數(shù)碼率為fm=2.112Mbit/s。所謂正碼速調(diào)整就是因?yàn)閒m>fi而得名的。假定緩存器中的信息原來處于半滿狀態(tài)，隨著時(shí)間的推移，由于讀出時(shí)鐘大于寫入時(shí)鐘，緩存器中的信息勢必越來越少，如果不采取特別措施，終將導(dǎo)致緩存器中的信息被取空，再讀出的信息將是虛假的信息。4．?dāng)?shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整圖6-21正碼速調(diào)整方框圖6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)614．?dāng)?shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)62為了防止緩存器的信息被取空，需要采取一些措施。一旦緩存器中的信息比特?cái)?shù)降到規(guī)定數(shù)量時(shí)，就發(fā)出控制信號(hào)，這時(shí)控制門關(guān)閉，讀出時(shí)鐘被扣除一個(gè)比特。由于沒有讀出時(shí)鐘，緩存器中的信息就不能讀出去，而這時(shí)信息仍往緩存器存入，因此緩存器中的信息就增加一個(gè)比特。如此重復(fù)下去，就可將數(shù)碼流通過緩沖存儲(chǔ)器傳送出去，而輸出信碼的速率則增加為fl。圖6-22中某支路輸入碼速率為fl，在寫入時(shí)鐘作用下，將信碼寫入緩存器，讀出時(shí)鐘頻率是fm，由于fm>fl，所以緩存器是處于慢寫快讀的狀態(tài)，最后將會(huì)出現(xiàn)“取空”現(xiàn)象。如果在設(shè)計(jì)電路時(shí)加入一控制門，當(dāng)緩沖存儲(chǔ)器中的信息尚未“取空”而快要“取空”時(shí)，就讓它停讀一次。同時(shí)插入一個(gè)脈沖（這是非信息碼），以提高碼速率，如圖6-22①、②所示。從圖中可以看出，輸入信碼是以fl的速率寫入緩存器，而讀出脈沖是以速率fm讀出，如圖中箭頭所示。由于讀、寫時(shí)間差（相位差）越來越小，到第6個(gè)脈沖到來時(shí)，fm與fl幾乎同時(shí)出現(xiàn)，這將出現(xiàn)沒有寫入都要求讀出信息的情況從而造成“取空”現(xiàn)象。為了防止“取空”，這時(shí)就停讀一次，同時(shí)插入一個(gè)脈沖，如圖中虛線所示。插入脈沖在何時(shí)插入是根據(jù)緩存器的儲(chǔ)存狀態(tài)來決定的，可通過插入脈沖控制電路來完成。儲(chǔ)存狀態(tài)的檢測可通過相位比較器來完成。4．?dāng)?shù)字復(fù)接中的碼速調(diào)整6.3.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)63在接收端，分接器先將高次群信碼進(jìn)行分接，分接后的各支路信碼分別寫入各自的緩存器。為了去掉發(fā)送端插