《數(shù)字通信原理》課件-第6章

6.1多路復(fù)用與多址技術(shù)概述

6.2多址通信方式

6.3碼分多址方式

6.4數(shù)字復(fù)接原理

6.5CCITT基群復(fù)接系統(tǒng)

6.6時(shí)分復(fù)用、信道模擬與擴(kuò)頻實(shí)驗(yàn)

本章小結(jié)

思考與練習(xí)第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.1多路復(fù)用與多址技術(shù)概述6.1.1信道的定義及分類信道是通信系統(tǒng)的重要組成部分，其特性對通信系統(tǒng)的性能有很大影響。本節(jié)以信道模型為例簡單介紹信道的定義和分類。

1.信道的定義信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，是信號的傳輸媒介，所以通俗地說，信道是指以傳輸媒介為基礎(chǔ)的信號通道。具體地說，信道是指由有線或無線線路提供的信號通道。總體來說，信道的作用主要是傳輸信號。為了進(jìn)一步理解信道的概念，下面對信道進(jìn)行分類。

2.信道的分類信道的分類可以從不同的角度進(jìn)行，總體來說，主要是從以下三個(gè)角度進(jìn)行分類。

(1)按照信道傳輸媒介性質(zhì)的不同，可將其分為有線信道和無線信道。目前采用的傳輸媒介有架空明線、電纜、光纜、地波傳播、短波傳播、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼以及各種反射、散射信道等。其中，架空明線、電纜、光纜等一些看得見的媒介屬于有線信道；地波傳播、短波傳播、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼以及各種反射、散射信道等均屬于無線信道。

(2)按照信道的組成范圍，可將其分為狹義信道與廣義信道。如圖6-1所示為信道分類的模型圖。通常，我們將僅指信號傳輸媒介的信道稱為狹義信道，主要是指接在發(fā)端設(shè)備和收端設(shè)備中間的傳輸媒介。狹義信道定義直觀，易理解。但是，從研究消息傳輸?shù)慕嵌瓤?，我們所關(guān)心的只是通信系統(tǒng)中的基本問題，因而，信道的范圍還可以擴(kuò)大。它除包括傳輸媒介外，還可能包括有關(guān)的轉(zhuǎn)換器，如饋線、天線、調(diào)制器、解調(diào)器等。通常將這種擴(kuò)大了范圍的信道稱為廣義信道。在通信原理的分析中，通常采用的是廣義信道。圖6-1信道分類的模型圖

(3)按照信道輸入輸出端信號的類型，可將其分為連續(xù)信道(模擬信道)和離散信道(數(shù)字信道)。連續(xù)信道的輸入輸出信號為連續(xù)信號(又稱模擬信號)，例如廣義信道中的調(diào)制信道即屬于連續(xù)信道。離散信道的輸入輸出信號為離散信號(又稱數(shù)字信號)，例如廣義信道中的編碼信道即屬于離散信道。如果輸入為連續(xù)信號，輸出為離散信號或反之，則稱為半連續(xù)和半離散信道。連續(xù)信道又可分為恒參信道和隨參信道。恒參信道的性質(zhì)(參數(shù))不隨時(shí)間變化。如果實(shí)際信道的性質(zhì)(參數(shù))不隨時(shí)間變化，或者基本不隨時(shí)間變化，或者變化極慢，則可以認(rèn)為是恒參信道。隨參信道的性質(zhì)(參數(shù))隨時(shí)間隨機(jī)變化。一般的有線信道可看做是恒參信道，部分無線信道可看做是恒參信道，另一部分是隨參信道。6.1.2多路復(fù)用與多址技術(shù)的基本原理及特點(diǎn)多路復(fù)用是指為了提高信道利用率，使多個(gè)信號沿同一信道傳輸而相互不干擾的一種技術(shù)。多點(diǎn)通信系統(tǒng)中的多路復(fù)用也被稱為多址技術(shù)。

1.多路復(fù)用一個(gè)實(shí)際信道可用的通頻帶往往比一路基帶信號所占有的頻帶寬得多，為了充分利用信道，需要將多路基帶信號合成群路信號在信道中傳輸，在接收端再將群路信號分解為各基帶信號，于是提出了多路復(fù)用技術(shù)。多路復(fù)用技術(shù)就是在發(fā)送端將多路信號進(jìn)行組合，如廣電前端使用的混合器，然后在一條專用的物理信道上進(jìn)行傳輸，在接收端再采用相關(guān)的技術(shù)將接收到的復(fù)合信號分離出來。通過多路復(fù)用技術(shù)，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、提高信道利用率的目的。復(fù)用技術(shù)的使用極大地提高了信道的傳輸效率，因此得到了廣泛的應(yīng)用。多路復(fù)用技術(shù)應(yīng)用最多的主要有兩大類，即頻分多路復(fù)用(FDM)和時(shí)分多路復(fù)用(TDM)。頻分多路復(fù)用常用于模擬通信，時(shí)分多路復(fù)用常用于數(shù)字通信。

1)頻分復(fù)用(FrequencyDivisionMultiplexing，F(xiàn)DM)頻分復(fù)用又稱載波通信，是將多路信號按頻率的不同進(jìn)行復(fù)接并傳輸?shù)姆椒?。將傳輸頻帶分成N個(gè)小區(qū)間，每一個(gè)小區(qū)間均能順利通過一路信號，可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用。頻分復(fù)用示意圖如圖6-2所示。圖6-2頻分復(fù)用示意圖這樣在一條傳輸線路上可有N個(gè)話路信息傳送，而每一個(gè)話路所占用的只是其中的一個(gè)頻段。也就是將用于傳輸信道的總帶寬分成若干個(gè)子頻帶(或稱為子信道)，每一個(gè)子信道傳輸一路信號。頻分復(fù)用的多路信號在頻率上不會重疊，但在時(shí)間上是重疊的，頻分復(fù)用實(shí)質(zhì)就是每個(gè)信號在全部時(shí)間內(nèi)占用部分頻率譜。在頻分多路復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個(gè)互不重疊的頻段，每路信號占用其中一個(gè)頻段，因而在接收端可采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號分開，從而恢復(fù)出所需要的原始信號，這個(gè)過程就是多路信號復(fù)接和分接的過程。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ?，每一路信號傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延，這使得頻分復(fù)用技術(shù)得到了非常廣泛的應(yīng)用。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復(fù)用(FDM)外，還有一種是正交頻分復(fù)用(OFDM)，它是模擬通信的主要手段。頻分復(fù)用技術(shù)的主要缺點(diǎn)有:要求系統(tǒng)的非線性失真很小，否則將因非線性失真而產(chǎn)生各路信號間的相互干擾；用硬件實(shí)現(xiàn)時(shí)，設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)較為復(fù)雜，特別是濾波器的制作和調(diào)試較繁難；成本較高。另外，頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_，應(yīng)在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號互不干擾。

2)時(shí)分復(fù)用(TimeDivisionMultiplexing，TDM)時(shí)分復(fù)用通信也稱為時(shí)間分割通信，是數(shù)字電話多路通信的主要方法。時(shí)分復(fù)用就是將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干個(gè)時(shí)間片，簡稱為時(shí)隙，并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號源使用，每一路信號在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的一種復(fù)用技術(shù)。抽樣定理使模擬的連續(xù)基帶信號被在時(shí)間上離散的抽樣脈沖值所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短的時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙，利用這種空隙便可以傳輸其它信號的抽樣值。因此，這就有可能沿一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號，因而PCM通信常稱為時(shí)分多路通信。如圖6-3所示，就是把一個(gè)傳輸通道進(jìn)行時(shí)間分割，以傳送若干話路信息的示意圖。圖6-3時(shí)分復(fù)用示意圖時(shí)分復(fù)用一般采用電子旋轉(zhuǎn)開關(guān)來實(shí)現(xiàn)，把N個(gè)話路設(shè)備接到一條公共的通道上，按一定的次序輪流給各個(gè)設(shè)備分配一段使用通道的時(shí)間。當(dāng)輪到某個(gè)設(shè)備時(shí)，這個(gè)設(shè)備與通道接通，執(zhí)行操作。與此同時(shí)，其它設(shè)備與通道的聯(lián)系均被切斷。待指定的使用時(shí)間間隔一到，則通過電子轉(zhuǎn)換開關(guān)把通道連接到下一個(gè)要連接的設(shè)備上。時(shí)分多路復(fù)用原理如圖6-4所示。圖6-4時(shí)分多路復(fù)用原理圖時(shí)分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是時(shí)隙事先規(guī)劃分配好且固定不變，所以有時(shí)也叫同步時(shí)分復(fù)用。其優(yōu)點(diǎn)是時(shí)隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，便于信號的數(shù)字化和實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信。另外，它的生產(chǎn)成本較低，具有價(jià)格優(yōu)勢。缺點(diǎn)是當(dāng)某信號源沒有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對應(yīng)的信道會出現(xiàn)空閑，而其它繁忙的信道無法占用這個(gè)空閑的信道，因此會降低線路的利用率。時(shí)分復(fù)用技術(shù)與頻分復(fù)用技術(shù)一樣，有著非常廣泛的應(yīng)用，電話就是其中最經(jīng)典的例子。此外時(shí)分復(fù)用技術(shù)在廣播電視系統(tǒng)中也同樣取得了廣泛的應(yīng)用。國際電信聯(lián)盟(ITU)建議使用的主要有準(zhǔn)同步數(shù)字體系PDH和同步數(shù)字體系SDH。另外，如SDH、ATM、IP和HFC網(wǎng)絡(luò)中CM與CMTS的通信都是利用了時(shí)分復(fù)用技術(shù)。

2.多址技術(shù)多址技術(shù)允許許多用戶同時(shí)共享有限的頻譜資源。使用多址技術(shù)時(shí)，需要分配有效的帶寬或有效的信道給多個(gè)用戶，來獲得高的系統(tǒng)容量，而且對于高質(zhì)量的通信，使必須保證不使系統(tǒng)性能的降低。多址通信主要應(yīng)用在衛(wèi)星通信和蜂窩移動通信系統(tǒng)中。多址通信的主要技術(shù)是信號的分割，就是說在發(fā)送端要適當(dāng)?shù)卦O(shè)計(jì)信號，使系統(tǒng)中各個(gè)地球站發(fā)射的信號有區(qū)別，而各個(gè)地球站則具有信號識別能力，能從收到的復(fù)合信號中分離出本站所需要的信號。目前常用的多址方式主要有頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)以及混合多址等，具體內(nèi)容將在6.2節(jié)中詳細(xì)介紹。6.2多址通信方式多址通信現(xiàn)在已經(jīng)在衛(wèi)星通信中廣泛應(yīng)用，如圖6-5所示為衛(wèi)星多址通信示意圖。圖6-5衛(wèi)星多址通信示意圖在衛(wèi)星天線波束覆蓋區(qū)內(nèi)的任意兩點(diǎn)都可以進(jìn)行雙邊或者多邊通信，也就是都能夠?qū)崿F(xiàn)多址通信。任何一個(gè)信號都可以由主要的幾個(gè)參數(shù)決定，最主要的是信號的頻率、信號出現(xiàn)的時(shí)間和信號所處的空間等參數(shù)，信號的差別可以通過以上幾個(gè)參數(shù)的差別來反映。信號的分割可以利用任意一種參數(shù)來實(shí)現(xiàn)。綜合考慮通信系統(tǒng)的性能，現(xiàn)階段最有效的方法是采用信號的正交性來實(shí)現(xiàn)多址連接。目前常用的多址方式主要有頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)以及混合多址等。另外在采用多址技術(shù)的同時(shí)，還應(yīng)該考慮到信道分配的問題。在信道分配技術(shù)中，信道一詞在不同的技術(shù)中含義是不同的。在FDMA中，是指傳輸信號的不同載波頻段；在TDMA中，是指傳輸信號存在的不同時(shí)間間隔；在CDMA中，是指傳輸信號的不同正交碼組。6.2.1頻分多址(FDMA)方式

1.FDMA的工作原理

FDMA技術(shù)是將可以使用的總頻段劃分為若干個(gè)占用較小帶寬的頻道，這些頻道在時(shí)域上互不重疊，每一個(gè)頻道就是一個(gè)通信信道，可以分配給一個(gè)用戶使用。一個(gè)典型的FDMA頻道劃分如圖6-6所示。在接收設(shè)備中，使用帶通濾波器允許指定頻道里的能量通過，可以濾除指定頻道外其它頻率的信號，從而限制鄰近信道之間的相互干擾。FDMA頻分多址技術(shù)主要應(yīng)用在模擬通信系統(tǒng)中，現(xiàn)階段應(yīng)用得并不是很多。圖6-6FDMA頻道劃分示意圖

2.FDMA的優(yōu)點(diǎn)和缺點(diǎn)

FDMA的主要優(yōu)點(diǎn)是設(shè)備簡單，價(jià)格低，不需要精確的時(shí)鐘同步；主要缺點(diǎn)是要求傳輸信道的非線性失真要小。例如，在衛(wèi)星通信系統(tǒng)中，若一個(gè)星上轉(zhuǎn)發(fā)器內(nèi)同時(shí)轉(zhuǎn)發(fā)多個(gè)載波信號，則星上放大器的非線性將在各載波信號間產(chǎn)生交叉調(diào)制，使星上(行波管)放大器只能工作在線性好的一段功率范圍內(nèi)。6.2.2時(shí)分多址(TDMA)方式

1.TDMA的工作原理時(shí)分多址(TimeDivisionMultipleAccess，TDMA)是把時(shí)間分割成周期性的幀(Frame)，每一幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號，一個(gè)時(shí)隙就是一個(gè)TDMA信道，按需要動態(tài)分配給用戶使用。在滿足定時(shí)和同步的條件下，基站可以分別在各時(shí)隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時(shí)，基站發(fā)向多個(gè)移動終端的信號都按順序安排在預(yù)定的時(shí)隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時(shí)隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中將發(fā)給它的信號區(qū)分并接收。

圖6-7TDMA時(shí)隙劃分示意圖也就是說，TDMA采用了時(shí)分的多址技術(shù)，將業(yè)務(wù)信道在不同的時(shí)間段分配給不同的用戶，如圖6-7所示。時(shí)分多址是把時(shí)間分割成周期性的幀，每一個(gè)幀再分割成若干個(gè)時(shí)隙向基站發(fā)送信號。

2.TDMA系統(tǒng)的特點(diǎn)及應(yīng)用

TDMA與FDMA系統(tǒng)相比較，主要特點(diǎn)如下:

(1)TDMA系統(tǒng)只用一部發(fā)射機(jī)，只需用一個(gè)載波，從而可避免FDMA系統(tǒng)多部不同頻率發(fā)射機(jī)同時(shí)工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾。

(2)TDMA系統(tǒng)不需要解決頻率分配問題，對于時(shí)隙的管理和分配比對頻率的管理和分配簡單，且成本低。

(3)TDMA系統(tǒng)的終端設(shè)備只在指定的時(shí)隙中接收信息，有利于通信網(wǎng)絡(luò)的控制與管理，可以保證用戶在網(wǎng)絡(luò)中能夠高質(zhì)量地通信。

(4)TDMA能同時(shí)提供多種通信業(yè)務(wù)，使系統(tǒng)的通信容量和通信速率飛速增長，同時(shí)，TDMA系統(tǒng)具有精確的定時(shí)和同步系統(tǒng)，可保證正常的通信?？傊?，TDMA較之FDMA具有頻譜利用率高、適合支持多個(gè)突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入、通信信號質(zhì)量高、保密性能較好、系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點(diǎn)，但它必須要有精確的定時(shí)和同步系統(tǒng)來保證移動終端和基站間的正常通信，技術(shù)上比較復(fù)雜?，F(xiàn)階段，除中國聯(lián)通、中國移動所使用的GSM移動電話網(wǎng)采用FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合外，廣電HFC網(wǎng)中的CM與CMTS的通信也采用了時(shí)分多址的接入方式(基于DOCSIS1.0或1.1和EruoDOCSIS1.0或1.1)。TDMA是通信技術(shù)中的基本多址技術(shù)之一，在2G(為GSM)移動通信系統(tǒng)中多被采用，同時(shí)也被應(yīng)用于衛(wèi)星通信和光纖通信的多址技術(shù)中。6.2.3碼分多址(CDMA)方式

1.CDMA的工作原理

CDMA是在FDMA和TDMA的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種常用的多址方式。在碼分多址通信系統(tǒng)中，不同用戶傳輸信息所用的信號是用各自不同的編碼序列來加以區(qū)分的，或者說是靠信號的不同波形來區(qū)分的。在通信系統(tǒng)中，為了傳輸不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的傳輸通道(信道)，但是，CDMA通信系統(tǒng)中，既不分頻道，也不分時(shí)隙，無論傳輸哪種信息的信道，都靠不同的碼型區(qū)分。一個(gè)典型的CDMA頻道劃分如圖6-8所示。在采用CDMA技術(shù)的過程中還涉及到多址干擾問題，多個(gè)CDMA信號互相重疊，接收端的相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號中選出使用預(yù)定碼型的信號，其它使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)，就好像在信號中引入了噪聲和干擾，所以稱這種信號為多址干擾。圖6-8CDMA頻道劃分示意圖

2.CDMA方式的發(fā)展和應(yīng)用碼分多址已經(jīng)成功地應(yīng)用于衛(wèi)星通信和蜂窩移動通信領(lǐng)域，和FDMA模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)、TDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)相比較，有更大的系統(tǒng)容量、更高的語音質(zhì)量以及更好的抗干擾和保密性能。但是，由于衛(wèi)星通信和移動通信中帶寬受限，因此CDMA技術(shù)還未充分發(fā)揮它的優(yōu)點(diǎn)。光纖通信具有豐富的帶寬，能夠很好地彌補(bǔ)這個(gè)缺陷。近年來，光碼分多址(OpticalFiberCodeDivisionMultipleAccess，OCDMA)已經(jīng)成為一項(xiàng)備受矚目的熱點(diǎn)技術(shù)。OCDMA技術(shù)在原理上與碼分多址技術(shù)相似。OCDMA通信系統(tǒng)給每個(gè)用戶分配一個(gè)唯一的光正交碼的碼字作為該用戶的地址碼。在發(fā)送端,對要傳輸?shù)臄?shù)據(jù)地址碼進(jìn)行光正交編碼，然后實(shí)現(xiàn)信道復(fù)用；在接收端，用與發(fā)送端相同的地址碼進(jìn)行光正交解碼。6.2.4混合多址方式前面介紹了最基本的幾種多址技術(shù)，在實(shí)際通信系統(tǒng)中往往還會用到由頻分多址(FDMA)、時(shí)分多址(TDMA)、碼分多址(CDMA)等混合應(yīng)用的混合多址方式。常用的幾種典型混合多址方式主要有直擴(kuò)加跳頻、時(shí)分加跳頻和時(shí)分加直擴(kuò)等。下面以時(shí)分加直擴(kuò)在移動通信中的應(yīng)用為例進(jìn)行簡單介紹。若TDMA方式具有M個(gè)時(shí)隙(信道)，在每個(gè)TDMA時(shí)隙中，使用N個(gè)正交地址碼，同時(shí)傳送N路信息數(shù)據(jù)；或者將DS-CDMA系統(tǒng)N個(gè)正交地址碼組成的N個(gè)邏輯信道上的信息數(shù)據(jù)按TDMA方式劃分為M個(gè)TDMA時(shí)隙，則構(gòu)成共M×N個(gè)信道的TD/DS混合多址通信系統(tǒng)。如圖6-9所示，則是采用一個(gè)載頻，包含2個(gè)TDMA時(shí)隙和2個(gè)DS-CDMA地址碼，具有2×2=4個(gè)信道的TD/DS混合多址通信系統(tǒng)的框圖。圖6-9TD/DS混合多址方式舉例

TX-BS為系統(tǒng)基站BS的發(fā)射機(jī)，4個(gè)TD/DS信道傳送的信息數(shù)據(jù)為d1、d2、d3、d4。d1(TS1)與d2(TS2)復(fù)接為D1后，采用地址碼C1擴(kuò)頻調(diào)制為DE1；d3(TS1)與d4(TS2)復(fù)接為D2后，采用地址碼C2擴(kuò)頻調(diào)制為DE2；DE1與DE2線性疊加為DEX后，經(jīng)載波FSK調(diào)制發(fā)射出去。接收端RX-MS通過切換本地址碼Ci為C1/C2及切換時(shí)鐘CLK為TS1/TS2，可分別接收4個(gè)信道的信息d1/d2/d3/d4，模擬4個(gè)TD/DS混合多址移動臺接收機(jī)。D1、D2、C1、C2的設(shè)置為d1=1010…(每隙4bit，周期循環(huán))，d2=1100…(每隙4bit，周期循環(huán))，D1=10101100…(每幀8bit，2個(gè)時(shí)隙，周期循環(huán))，C1=

=01010101；d3=0101…(每時(shí)隙4bit，周期循環(huán))，d4=0101…(每時(shí)隙4bit，周期循環(huán))，D2=01010011…(每幀8bit，2個(gè)時(shí)隙，周期循環(huán))，C2=

=01010011。一般說來，采用混合方式在技術(shù)上要復(fù)雜一些，實(shí)現(xiàn)起來也困難一些。但是，不同方式結(jié)合起來的優(yōu)點(diǎn)，是只用其中一種方式所無法得到的。6.3碼分多址方式

CDMA的技術(shù)原理是基于擴(kuò)頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼序列(PN)進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機(jī)碼，對接收的寬帶信號做相關(guān)處理，把寬帶信號轉(zhuǎn)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號，即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。CDMA碼分多址技術(shù)完全滿足現(xiàn)代移動通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務(wù)、軟切換等要求，正受到越來越多的運(yùn)營商和用戶的青睞。擴(kuò)頻技術(shù)主要有直接序列擴(kuò)頻技術(shù)、跳頻(FH)擴(kuò)頻技術(shù)和跳時(shí)(TH)擴(kuò)頻技術(shù)等幾種基本類型，其中直接序列擴(kuò)頻技術(shù)和跳頻擴(kuò)頻技術(shù)用得比較多，此外由這幾種常用的基本擴(kuò)頻技術(shù)構(gòu)成的混合系統(tǒng)也經(jīng)常被采用。在接下來的內(nèi)容中,我們主要介紹使用最為普遍的直接序列擴(kuò)頻技術(shù)、跳頻擴(kuò)頻技術(shù)的基本原理和關(guān)鍵技術(shù)。6.3.1碼分多址技術(shù)的特點(diǎn)碼分多址技術(shù)在移動通信中應(yīng)用比較廣泛，指的是多個(gè)用戶的移動臺共用一個(gè)頻道，每個(gè)手機(jī)分配一個(gè)彼此不同的碼序列，叫做“偽隨機(jī)碼序列”，利用這種碼序列相互不干擾的特性，用戶可以共用一個(gè)頻譜。在接收端，通過解碼識別接收信息。碼分多址技術(shù)應(yīng)用了“擴(kuò)頻通信”的原理。擴(kuò)頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，是將待傳送的信息數(shù)據(jù)進(jìn)行偽隨機(jī)編碼調(diào)制，實(shí)現(xiàn)頻譜擴(kuò)展后再傳輸?shù)囊环N技術(shù)，其信號所占有的頻帶寬度遠(yuǎn)遠(yuǎn)大于所傳信息必需的最小帶寬，在接收端用同樣的碼序列進(jìn)行相關(guān)的同步接收、解擴(kuò)頻技術(shù)來還原所傳輸?shù)男畔?shù)據(jù)。擴(kuò)頻通信與常規(guī)的窄帶通信方式相比較，主要區(qū)別是前者的發(fā)送端在信息傳輸?shù)倪^程中，信息的頻譜展寬形成寬帶傳輸，在接收端經(jīng)過相關(guān)的處理之后再恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。同時(shí)，擴(kuò)頻系統(tǒng)還需要非常嚴(yán)格的同步技術(shù)。擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)是傳輸信號所占用的頻帶寬度(Bw)遠(yuǎn)大于原始信息本身所需的最小(有效)帶寬(Bc)，其比值稱為處理增益Gp，即Gp=Bw/Bc，在工程上常用分貝數(shù)來表示:(6-1)現(xiàn)階段使用的電話、廣播系統(tǒng)中，無論是采用調(diào)幅、調(diào)頻還是采用脈沖編碼調(diào)制，Gp值一般都在十多倍范圍內(nèi)，統(tǒng)稱為“窄帶通信”。而擴(kuò)頻通信的Gp值至少在100倍(即20dB)，甚至高達(dá)數(shù)百、上千倍，稱為“寬帶通信”?？垢蓴_容限是指擴(kuò)頻通信系統(tǒng)能在多大的干擾環(huán)境下正常工作，定義為(6-2)其中：Mj為抗干擾容限；Gp為處理增益；為信息數(shù)據(jù)被正確解調(diào)而要求的最小輸出信噪比；Ls為接收系統(tǒng)的工作損耗。例如:一個(gè)擴(kuò)頻系統(tǒng)的處理增益為30dB，要求誤碼率小于10－5的信息數(shù)據(jù)解調(diào)的最小的輸出信噪比(S/N)out

＜8dB，系統(tǒng)損耗Ls＝2dB，則抗干擾容限Mj＝30－(8+2)=20dB。這說明，該系統(tǒng)能在干擾輸入功率電平比擴(kuò)頻信號功率電平高20dB的范圍內(nèi)正常工作，也就是說該系統(tǒng)能夠在接收輸入信噪比大于或等于-20dB的環(huán)境下正常工作。6.3.2直接擴(kuò)頻碼分多址

1.直接序列擴(kuò)頻的調(diào)制直接序列擴(kuò)頻DSSS(DirectSequenceSpreadSpectrum)是直接利用具有高碼速率的擴(kuò)頻碼序列，在發(fā)送端擴(kuò)展信號的頻譜，在接收端用相同的擴(kuò)頻碼序列進(jìn)行解碼，把展寬后的擴(kuò)頻信號還原成原始的信號。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體來說，就是將信源與一定的PN碼序列(偽隨機(jī)序列)進(jìn)行模2加。例如，在發(fā)射端將“1”用11000100110代替，而將“0”用00110010110代替，這個(gè)過程就實(shí)現(xiàn)了擴(kuò)頻，而在接收端，把收到的11000100110序列恢復(fù)成“1”，把收到的00110010110序列恢復(fù)成“0”，這個(gè)過程就是解擴(kuò)。這樣信源速率就被提高了11倍，同時(shí)處理增益增大，有效地提高了系統(tǒng)的信噪比。直擴(kuò)碼分多址(DirectSequenceSpreadSpectrum-CodeDivisionMultipleAccess，DS-CDMA)通信系統(tǒng)原理框圖如圖6-10所示。DS-CDMA利用高速率的正交碼序列Ci(互相關(guān)函數(shù)值為0或很小的碼序列)作為地址碼，與用戶信息數(shù)據(jù)di相乘(或模2加)得到信息數(shù)據(jù)的直接序列擴(kuò)頻信號，經(jīng)過相應(yīng)的信道傳輸后，在接收端與本地產(chǎn)生的地址碼進(jìn)行相關(guān)檢測，從中將地址碼與本地地址碼一致的用戶數(shù)據(jù)選出，把不一致的用戶數(shù)據(jù)除掉。碼分多址通信系統(tǒng)可完成時(shí)域、頻域及空間上混疊的多個(gè)用戶直擴(kuò)數(shù)據(jù)的同時(shí)傳輸，或者說，利用正交地址碼序列在同一載頻上形成多路邏輯信道，可動態(tài)地分配給用戶使用。圖6-10直接序列擴(kuò)頻調(diào)制原理框圖

2.直接序列擴(kuò)頻的解調(diào)圖6-11所示為直接序列擴(kuò)頻解調(diào)原理框圖。在接收端應(yīng)用相同的解調(diào)器作為解擴(kuò)器?？蓪㈩l譜展寬的擴(kuò)頻信號用相同的碼序列進(jìn)行再調(diào)制，將其恢復(fù)成原始的載波信號。另外，在解調(diào)過程中，要求系統(tǒng)嚴(yán)格同步。圖6-11直接序列擴(kuò)頻解調(diào)原理框圖6.3.3跳頻碼分多址

1.跳頻碼分多址的原理所謂跳頻，比較確切的意思是:用一定碼序列進(jìn)行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴(kuò)頻碼序列去進(jìn)行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變。如圖6-12所示為跳頻碼分多址移動通信系統(tǒng)原理框圖。發(fā)送端基帶信號對載波調(diào)制后發(fā)射，載頻來自頻率合成器，在跳頻序列(常用PN序列)的控制下隨機(jī)跳變，接收端的本振亦來自受跳頻序列控制的頻率合成器，接收頻率隨機(jī)跳變。這種工作過程有兩種情況：一種情況是同地址FH-CDMA用戶正常通信過程，此時(shí)當(dāng)收發(fā)二端頻率按同一跳頻序列隨機(jī)跳變，并且達(dá)到同步時(shí)，接收端就可解調(diào)出有用信息；另一種情況是不同地址的FH-CDMA用戶之間是相互干擾關(guān)系，當(dāng)收發(fā)二端頻率按不同的跳頻序列隨機(jī)跳變時(shí)，二端頻率在任何時(shí)刻都不相同或相同的概率很小，即頻率序列相互正交或準(zhǔn)正交，這時(shí)接收端就收不到發(fā)射端的信息。另外，在FH-CDMA系統(tǒng)中，載波調(diào)制通常使用與相位無關(guān)的調(diào)頻方式。用于FH-CDMA通信的PN序列即跳頻序列又稱為跳頻圖案、跳頻碼。一般常用的跳頻序列有m序列等。圖6-12跳頻碼分多址移動通信系統(tǒng)原理框圖在接收端，為了解調(diào)跳頻信號，需要有與發(fā)送端完全相同的本地?cái)U(kuò)頻碼去控制本地頻率合成器，使其輸出的跳頻信號能在混頻器中與接收信號差頻出固定的中頻信號，然后經(jīng)中頻帶通濾波器及信息解調(diào)器輸出恢復(fù)的信息。

2.跳頻碼分多址的典型應(yīng)用跳頻實(shí)際是載波頻率在一定的范圍內(nèi)不斷跳變意義上的擴(kuò)頻，而不是對被傳輸?shù)男畔⑦M(jìn)行擴(kuò)展頻譜。跳頻相當(dāng)于瞬時(shí)的窄帶通信系統(tǒng)，基本等同于常規(guī)通信系統(tǒng)。跳頻的優(yōu)點(diǎn)是抗干擾，它是通過躲避干擾來達(dá)到抗干擾的目的的，抗干擾性能用處理增益Gp表征，Gp的表達(dá)式為(6-3)其中，Bw/Bc=N表示通信可以選的信道數(shù)，Bw是跳頻系統(tǒng)的跳變頻率范圍，Bc是跳頻系統(tǒng)最小跳變的頻率間隔，例如GSM移動通信系統(tǒng)中Bc的值為200kHz。跳頻系統(tǒng)現(xiàn)階段主要應(yīng)用在GSM移動通信系統(tǒng)中，在GSM系統(tǒng)中每幀改變頻率的方法就是一種跳頻法，一幀是4.615ms，所以每秒跳217跳。另外，一些商用的跳頻系統(tǒng)一般跳速都比較慢，在50跳/秒以下，在低速無線局域網(wǎng)產(chǎn)品中也經(jīng)常采用慢跳頻技術(shù)。跳頻的高低直接影響系統(tǒng)的性能，跳頻越高，系統(tǒng)的抗干擾性能就越強(qiáng)，所以在一些軍用的跳頻系統(tǒng)中跳頻都是很高的，一般都在每秒上萬跳的水平。6.4數(shù)字復(fù)接原理現(xiàn)階段通信技術(shù)飛速發(fā)展，社會對通信的需求日益加大，而信道資源很有限，在實(shí)際通信中，往往允許多路信號同時(shí)在信道中傳輸，所以多路復(fù)用成為現(xiàn)代通信的重要技術(shù)，它是解決信道資源有限與通信需求日益增大之間的矛盾的重要手段。本節(jié)所介紹的數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是數(shù)字信號的時(shí)分復(fù)用技術(shù)。6.4.1數(shù)字復(fù)接的基本概念從前幾節(jié)我們知道，解決多路信號同時(shí)在信道中傳輸?shù)膯栴}就是信道復(fù)用問題，就是將多路信號在發(fā)送端采用一定技術(shù)合并后通過信道進(jìn)行傳輸，然后在接收端分開并恢復(fù)成原始各路輸入信號的過程。參與復(fù)接的各路信號稱為支路信號，各支路信號復(fù)接后的信號稱為合路信號(也稱為群信號)。從合路的數(shù)字信號中把各支路信號一一分開的過程稱為分接。我們通常所說的數(shù)字復(fù)接包括數(shù)字復(fù)接和數(shù)字分接。

1.數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成如圖6-13所示為數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)框圖。從圖中我們可以看出，數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的核心是數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器，它們的作用介紹如下。圖6-13數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)框圖

1)數(shù)字復(fù)接器數(shù)字復(fù)接器的結(jié)構(gòu)主要由定時(shí)、調(diào)整和復(fù)接三個(gè)基本單元組成。定時(shí)單元給設(shè)備提供惟一的統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)間信號，復(fù)接器的時(shí)鐘信號可以從內(nèi)部產(chǎn)生，也可以由外部提供。四個(gè)支路中都有各自的碼速調(diào)整單元電路，碼速調(diào)整單元電路的作用是對各輸入支路信號的速率進(jìn)行調(diào)整，使它們成為同步信號。復(fù)接單元的作用是把幾個(gè)低次群合成高次群，所以復(fù)接器的整體功能就是把四個(gè)支路低次群合成為一個(gè)高次群。

2)數(shù)字分接器數(shù)字分接器主要由定時(shí)、同步、分接和復(fù)原四個(gè)基本電路組成。分接器的定時(shí)單元是由接收信號中提取的時(shí)鐘來推動的，在同步單元的控制下，分接器的基準(zhǔn)時(shí)鐘和復(fù)接器的基準(zhǔn)時(shí)鐘保持同步。分接單元的作用是把收到的高次群信號分離成同步的支路信號，再通過恢復(fù)單元將它們恢復(fù)成原來被合并的低次群信號。所以數(shù)字分接器的作用就是把高次群分解為原來的低次群。

2.三種常用的數(shù)字復(fù)接技術(shù)在多路復(fù)用的基礎(chǔ)上，把若干個(gè)小容量低速數(shù)據(jù)流合并成一個(gè)大容量的高速數(shù)據(jù)流，再通過高速信道傳輸，傳到接收端再分開的數(shù)字大容量傳輸過程就是數(shù)字復(fù)接。數(shù)字復(fù)接的方式主要有以下三種。

1)同步復(fù)接方式由同一個(gè)主振器提供時(shí)鐘的各路數(shù)字信號叫做同源信號，同源信號的數(shù)字復(fù)接叫做同步復(fù)接。同步復(fù)接方式中主要采用的是同步復(fù)接器，也就是說輸入復(fù)接器的各支路信號與復(fù)接器定時(shí)信號是同步的，所以該方式中調(diào)整單元只需要調(diào)整相位，甚至連相位也無需調(diào)整。同步復(fù)接方式的缺點(diǎn)是一旦主時(shí)鐘發(fā)生故障，相關(guān)的通信系統(tǒng)就會全部中斷，所以同步復(fù)接方式主要應(yīng)用在高速近程數(shù)字傳輸中。

2)異步復(fù)接方式由不同源時(shí)鐘產(chǎn)生的各路數(shù)字信號叫做異源信號，異源信號的數(shù)字復(fù)接叫做異步復(fù)接。異步復(fù)接方式中主要采用的是異步復(fù)接器，也就是說，輸入復(fù)接器的各支路信號與復(fù)接器的定時(shí)脈沖是不同步的，調(diào)整單元要對各支路信號進(jìn)行頻率和相位的調(diào)整，使它們成為同步數(shù)字信號。在低速數(shù)據(jù)傳輸中，通常采用異步復(fù)接，以2.048Mb/s為基群的數(shù)字復(fù)接采用的就是異步復(fù)接方式。

3)準(zhǔn)同步復(fù)接方式對于傳碼率在標(biāo)稱值附近波動的異源信號的復(fù)接，稱為準(zhǔn)同步復(fù)接。準(zhǔn)同步復(fù)接方式中主要采用的是準(zhǔn)同步復(fù)接器。如果輸入復(fù)接器的各支路信號與復(fù)接器的時(shí)鐘信號雖然不是由同一個(gè)時(shí)鐘源提供的，但碼速率在一定的容差范圍內(nèi)是相等的，那么這兩個(gè)信號就是準(zhǔn)同步的，采用的方式就是準(zhǔn)同步復(fù)接方式。準(zhǔn)同步復(fù)接方式主要應(yīng)用在高速遠(yuǎn)程數(shù)字傳輸中。在采用這種復(fù)接方式的時(shí)候，必須采用碼速率調(diào)整技術(shù)，使各路數(shù)字信號的傳碼率完全一致，然后才能進(jìn)行數(shù)字復(fù)接。關(guān)于碼速率調(diào)整技術(shù)的相關(guān)資料在此不做介紹，讀者可以參閱其它相關(guān)書籍。

3.我國采用的數(shù)字復(fù)接等級和數(shù)碼率

CCITT推薦了兩類便于國際通信的群路數(shù)碼率體制和數(shù)字復(fù)接等級標(biāo)準(zhǔn)，如表6-1所示。圖6-14所示為我國采用的數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級。從圖中可以看出，我國采用的是以2.048Mb/s為基群的數(shù)碼率系列，基群為30路，每話路的數(shù)碼率是64kb/s，經(jīng)過5次復(fù)接，可達(dá)到564.192Mb/s的數(shù)碼率，可達(dá)7680路。在復(fù)接過程中，既可以從n次群到n+1次群逐級復(fù)接，也可以從n次群到n+2次群隔級復(fù)接，這種隔級復(fù)接也叫做跳群。另外要注意的是，復(fù)接后的高次群數(shù)碼率不等于低次群數(shù)碼率的整數(shù)倍，這主要是由于考慮到幀同步的需要，插入了一些特殊的幀同步碼組和業(yè)務(wù)碼組造成的。圖6-14我國采用的數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級我國采用的數(shù)碼率和數(shù)字復(fù)接等級有以下幾方面顯著的優(yōu)點(diǎn):

(1)CCITT關(guān)于2.048Mb/s系列的建議比較完善。

(2)數(shù)字復(fù)接技術(shù)性能很好，比特序列的獨(dú)立性也較好。

(3)2.048Mb/s系列的幀結(jié)構(gòu)與目前數(shù)字交換用的幀結(jié)構(gòu)是一致的，便于數(shù)字傳輸與數(shù)字交換的統(tǒng)一。

4.數(shù)字復(fù)接的實(shí)現(xiàn)方法數(shù)字復(fù)接按照各低次群支路的數(shù)碼在高次群中的排列方式可以分為按位復(fù)接、按字復(fù)接和按幀復(fù)接三種實(shí)現(xiàn)方法。

1)按位復(fù)接按位復(fù)接是最常用的一種方式，這種方式依次復(fù)接每一支路的一位碼，每次復(fù)接各低次群的一位碼形成高次群。若有4個(gè)支路，則按第1支路第1位、第2支路第1位、第3支路第1位、第4支路第1位、第1支路第2位、第2支路第2位、第3支路第2位、第4支路第2位、…，順序編入，即在發(fā)送端，將4個(gè)支路的數(shù)字信號以bit為單位，依次輪流發(fā)往信道。在接收端，按照發(fā)送端的發(fā)送結(jié)構(gòu)依次從碼流中檢出各支路的碼元，并且分送到相應(yīng)的支路，使各個(gè)支路恢復(fù)相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)。圖6-15是按位復(fù)接的情況，復(fù)接后的二次群信號碼中第1位碼表示第1支路第1位碼的狀態(tài)，第2位碼表示第2支路第1位碼的狀態(tài)，第3位碼表示第3支路第1位碼的狀態(tài)，第4位碼表示第4支路第1位碼的狀態(tài)。4個(gè)支路第1位碼取過之后，再循環(huán)取以后各位，如此循環(huán)下去，就實(shí)現(xiàn)了數(shù)字復(fù)接。復(fù)接后高次群每位碼的間隔是復(fù)接前各支路的1/4，即高次群的速率提高到復(fù)接前各支路的4倍。按位復(fù)接要求復(fù)接電路存儲容量小，簡單易行。準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PDH)大多采用按位復(fù)接。這種方法的缺點(diǎn)是破壞了一個(gè)字節(jié)的完整性，不利于以字節(jié)為單位的信息的處理和交換。圖6-15按位復(fù)接的情況

2)按字復(fù)接按字復(fù)接每次復(fù)接各低次群的一個(gè)碼字形成高次群，是指輪流把各支路的8位碼即一個(gè)字編入群路之中進(jìn)行復(fù)接的一種方法。類似地，若有4個(gè)支路，則按第1支路第1個(gè)字、第2支路第1個(gè)字、第3支路第1個(gè)字、第4支路第1個(gè)字、第1支路第2個(gè)字、…，順序編入。圖6-16是按字復(fù)接的情況，每個(gè)支路都要設(shè)置緩沖存儲器，事先將接收到的每一支路的信碼儲存起來，等到傳送時(shí)刻到來時(shí)，一次高速將8位碼取出，4個(gè)支路輪流被復(fù)接。這種按字復(fù)接要求有較大的存儲容量，但保證了一個(gè)碼字的完整性，有利于以字節(jié)為單位的信息的處理和交換。同步數(shù)字體系(SDH)大多采用這種方法。圖6-16按字復(fù)接的情況

3)按幀復(fù)接按幀復(fù)接是指在復(fù)接的時(shí)候每次復(fù)接一個(gè)支路的一幀碼元(256個(gè)碼元)。按照幀進(jìn)行復(fù)接不會破壞原來各個(gè)支路的幀結(jié)構(gòu)，有利于信息的交換處理，但是它的循環(huán)周期變得更長了，這就需要更大的存儲容量和更加復(fù)雜的設(shè)備，這種方式目前應(yīng)用得較少。6.4.2數(shù)字信號的同步復(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)低次群的數(shù)碼率(簡稱碼速)統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上，可直接進(jìn)行復(fù)接。同樣，在分接時(shí)也受相同的主時(shí)鐘控制。如圖6-17所示為同步復(fù)接和分接的原理圖。圖6-17同步復(fù)接和分接的原理圖如果輸入支路數(shù)字信號相對于復(fù)接器的對應(yīng)時(shí)鐘信號是同步的，那么最多只需進(jìn)行相位調(diào)整，就可以實(shí)施數(shù)字復(fù)接，這就是同步復(fù)接。實(shí)現(xiàn)同步復(fù)接的前提條件是確保參與復(fù)接的各支路數(shù)字信號與復(fù)接時(shí)鐘嚴(yán)格同步，這也是復(fù)接技術(shù)中的關(guān)鍵問題。同步復(fù)接的好處是明顯的，例如復(fù)接效率比較高、復(fù)接損傷比較小等。但只有在確保嚴(yán)格同步時(shí)才能進(jìn)行同步復(fù)接。同步復(fù)接器的基本功能就是把同步支路數(shù)字信號合并成合路數(shù)字信號。數(shù)字復(fù)接分接設(shè)備從功能上可以劃分為定時(shí)系統(tǒng)和復(fù)接分接系統(tǒng)。定時(shí)系統(tǒng)由復(fù)接定時(shí)單元、分接定時(shí)單元及同步單元組成。復(fù)接定時(shí)單元向復(fù)接器提供各種定時(shí)信號；分接定時(shí)單元向分接器提供各種定時(shí)信號；同步單元的作用是使得分接定時(shí)單元產(chǎn)生的定時(shí)信號與復(fù)接定時(shí)單元產(chǎn)生的定時(shí)信號之間建立并保持正確的相位關(guān)系，即建立并保持同步狀態(tài)。這就是實(shí)施同步分接的前提。在定時(shí)系統(tǒng)中，如果復(fù)接定時(shí)單元向分接定時(shí)單元僅僅傳送一種時(shí)鐘信號，那是無法建立并保持全面的同步關(guān)系的。在復(fù)接分接系統(tǒng)中，如果只是循環(huán)交織地復(fù)接各支路的數(shù)字信號，而不加入標(biāo)識，那么一旦合并成為一個(gè)合路數(shù)字信號，就難以正確地實(shí)施分接。因此，需要一種特征信號，以保持定時(shí)系統(tǒng)建立全面的同步關(guān)系，并且保證分接單元正確地實(shí)施分接。這種特征信號稱為幀定位信號或幀同步信號，它是循環(huán)插入合路信號中的。兩次插入幀定位信號的間隔稱為幀周期，它所表示的復(fù)接或分接定時(shí)信號的時(shí)間關(guān)系稱為幀狀態(tài)。同步數(shù)字復(fù)接中，將多個(gè)支路碼流合并為一路碼流，必須按一定的順序?qū)χ窋?shù)字信號進(jìn)行復(fù)合編排,主要有兩種方式,即按位復(fù)接和按字復(fù)接。不同的復(fù)接方式適用于不同的應(yīng)用場合，若需要在信號傳送過程中保存完整的字結(jié)構(gòu)，則適宜采用按字復(fù)接。通常數(shù)字復(fù)接不要求在信號傳送過程中保持字結(jié)構(gòu)，又考慮到要盡可能簡化設(shè)備，故一般采用按位復(fù)接的方式。在同步復(fù)接時(shí)，各支路數(shù)碼串嚴(yán)格相等，而且與復(fù)接設(shè)備內(nèi)的定時(shí)信號同步。由于各支路信號到達(dá)復(fù)接終端機(jī)的時(shí)延不同，通常在輸入端要先對它們進(jìn)行相位調(diào)整，然后按時(shí)分復(fù)用方法進(jìn)行合并。同步復(fù)接按照交織插入的方式，可分為比特復(fù)接和碼字復(fù)接，前者是每次從各支路輪流插入，后者是每次輪流插入1個(gè)碼字，每個(gè)碼字中含有n比特。同步復(fù)接方法的缺點(diǎn)是一旦主時(shí)鐘發(fā)生故障，相關(guān)的通信系統(tǒng)將全部中斷，因此它只限于局部地區(qū)使用。6.4.3數(shù)字信號的異步復(fù)接從上述分析可知，同步復(fù)接的效率很高，包括插入的備用碼都有用途，而且在同步復(fù)接過程中幾乎不存在復(fù)接損傷。但是同步復(fù)接需要采用網(wǎng)同步技術(shù)，而在短期內(nèi)建立網(wǎng)同步并不容易。異步復(fù)接參與復(fù)接的各個(gè)支路不使用同一個(gè)時(shí)鐘源，雖然它們有相同的標(biāo)稱頻率，但是由于時(shí)鐘源之間存在偏差，因此支路間的數(shù)碼率有可能是互不相等的，這種時(shí)鐘源不同但標(biāo)稱時(shí)鐘相同的碼流稱為準(zhǔn)同步碼流。實(shí)際上準(zhǔn)同步復(fù)接技術(shù)應(yīng)用較多，但是由于異步復(fù)接技術(shù)允許參入復(fù)接的各個(gè)支路具有獨(dú)立的時(shí)鐘信號，因此得到了廣泛的應(yīng)用，特別是在高次群復(fù)接過程中和遠(yuǎn)程傳輸?shù)臄?shù)字通信網(wǎng)中，更是起到了不可忽視的作用。如圖6-18所示為異步復(fù)接和分接的原理示意圖，我們可以看出，在發(fā)送端首先應(yīng)該對輸入各個(gè)支路的異步數(shù)碼流分別進(jìn)行碼速調(diào)整，將它們變換成相互同步的數(shù)碼流，然后再進(jìn)行同步復(fù)接。在接收端首先進(jìn)行同步分接，對收到的同步數(shù)碼流分別進(jìn)行碼速恢復(fù)，恢復(fù)為原始輸入的異步數(shù)碼流。異步復(fù)接與同步復(fù)接的區(qū)別就在于異步復(fù)接系統(tǒng)中要有碼速調(diào)整電路，而同步復(fù)接系統(tǒng)中只需要相位調(diào)整就可以完成復(fù)接過程。所以，在異步復(fù)接系統(tǒng)中，最關(guān)鍵的電路就是碼速調(diào)整電路，而將非同步信號轉(zhuǎn)換成同步信號最簡單有效的方法就是采用正碼速調(diào)整技術(shù)。圖6-18異步復(fù)接和分接原理示意圖6.5CCITT基群復(fù)接系統(tǒng)國際電報(bào)電話咨詢委員會(InternationalConsultativeCommitteeonTelecommunicationsandTelegraphy，CCITT)規(guī)定對語音信號的抽樣頻率取8000Hz，也就是抽樣間隔Ts=1/8000=125μs。在125μs時(shí)間內(nèi)各路抽樣值所編成的PCM信碼順序傳送一次，這些PCM信碼所對應(yīng)的各個(gè)數(shù)字時(shí)隙有次序的組合排列稱為一幀，顯然，PCM幀周期就是125μs。在每一幀中，除了要傳送各路PCM信碼以外，還要傳送幀同步碼及信令碼等控制信號。信令是通信網(wǎng)中與連接的建立、拆除、控制及網(wǎng)路管理等有關(guān)的信息，例如表達(dá)電話的占用、撥號、應(yīng)答及拆線等狀態(tài)的信息。為了合理地利用幀結(jié)構(gòu)中的某些比特，通常將若干個(gè)幀組成一個(gè)復(fù)幀，各個(gè)話路的信令分別在同一復(fù)幀不同幀的信道中傳輸。既然有復(fù)幀，相應(yīng)地也就有復(fù)幀同步碼。綜上所述，一幀碼流中含有幀同步碼、復(fù)幀同步碼、各路信碼及信令碼等。對于時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)，CCITT推薦了兩種制式，即按照A律編碼的PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)和按照μ律編碼的PCM24路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)。6.5.1PCM30/32路基群復(fù)接系統(tǒng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中，常將各路信號組合成具有不同數(shù)碼率的群路信號。國際電報(bào)電話咨詢委員會推薦了兩種制式：A律的PCM30/32路和μ律的PCM24路兩種基群復(fù)接系統(tǒng)?；嚎梢元?dú)立使用，也可以組成更多路的高次群與傳輸信道相連接。

1.PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)我國和歐洲各國采用按照A律編碼的PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)。如圖6-19所示，PCM30/32路系統(tǒng)將PCM幀周期125μs分為32個(gè)時(shí)隙，編號從0~31，其中TS1~TS15和TS17~TS31共30個(gè)時(shí)隙用做話路時(shí)隙，分別傳輸?shù)?~15路和17~31路的語音信號。圖6-19PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)圖除了這30路話路時(shí)隙之外，第0個(gè)時(shí)隙是幀同步時(shí)隙，用來放幀同步碼和其它信息碼，在不同幀的TS0位置所傳送的碼組是不一樣的，分為偶幀TS0和奇幀TS0兩種情況。偶幀TS0傳送幀同步碼，其中的8位碼中第1位碼留給國際用，暫定為1，第2~8位為幀同步碼0011011。奇幀TS0傳送幀失步告警碼。在奇幀TS0的8位碼中，第1位留給國際用，暫定為1；第2位固定為1碼，以便在接收端用來區(qū)別是偶幀TS0還是奇幀TS0；第3位碼A1為幀失步時(shí)向?qū)Χ税l(fā)送的告警碼，簡稱對告碼，當(dāng)幀同步時(shí)，A1為0，當(dāng)幀失步時(shí)，A1為1，以便告訴對方接收端已經(jīng)出現(xiàn)失步，無法正常工作；第4~8位碼可供傳送其它信息，如業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)信息等，這幾位碼未使用時(shí)，固定為1碼。這樣，奇幀TS0時(shí)隙的碼組為11A111111。無論是奇幀TS0還是偶幀TS0，第一位都暫定為1碼，留給國際上備用，一般我們可以用來監(jiān)視誤碼。第16時(shí)隙TS16是信令與復(fù)幀同步時(shí)隙，用來傳輸復(fù)幀同步碼和隨路信令碼(振鈴、占線、摘機(jī)等各種標(biāo)志信號)。為了完成各種控制作用，每一路語音信號都有相應(yīng)的信令信號。由于信令信號頻率很低，其抽樣頻率為500Hz，即抽樣周期為2ms,而且只有4位碼(稱為信令碼)，因此對于每個(gè)話路的信令碼，只要每隔16幀傳送一次就夠了。將每一幀的TS16傳送兩個(gè)話路的信令碼(前4位碼為一路，后4位碼為一路)，這樣15個(gè)幀(F1~F15)的TS16時(shí)隙就可以輪流傳送30個(gè)話路的信令碼。而F0幀的TS16傳送復(fù)幀同步碼和復(fù)幀告警碼。16子幀合起來稱為一個(gè)復(fù)幀(F0~F15)。為了保證接收端、發(fā)送端各路信令碼在時(shí)間上對準(zhǔn)，每個(gè)復(fù)幀需要送出一個(gè)復(fù)幀同步碼，將其安排在F0幀的TS16時(shí)隙中的前四位，碼組為0000。另外，F(xiàn)0幀的TS16時(shí)隙的第6位A2為復(fù)幀對告碼。復(fù)幀同步時(shí)，A2的值為0；復(fù)幀失步時(shí)，A2為1。第5、7、8位碼也可供傳送其它信息用，暫不用時(shí)，則固定為1。另外值得注意的是，信令碼組(a，b，c，d)的值不能為0000，否則就可能被識別成復(fù)幀同步碼。

由以上分析我們可總結(jié)出對于PCM30/32路系統(tǒng)，主要有以下幾個(gè)常用參數(shù)。

1)幀周期幀周期是指抽樣時(shí)各路信號每輪一次抽樣的總時(shí)間(即旋轉(zhuǎn)開關(guān)工作一周的時(shí)間)，也就是一個(gè)抽樣周期。如果抽樣頻率為8000Hz，則抽樣周期為1/8000=125μs，即幀周期為125μs。

2)路時(shí)隙合路的PAM信號每個(gè)樣值所允許的時(shí)間間隔稱為路時(shí)隙。每路占用的時(shí)隙為125μs/32=3.91μs。

3)位時(shí)隙

1位碼占用的時(shí)間就是位時(shí)隙。每個(gè)話路時(shí)隙內(nèi)要將樣值編為8位二元碼，每個(gè)碼元占3.91μs/8=0.488μs=488ns，即為一個(gè)比特。這8位碼，第1位為極性碼，第2~4位為段落碼，第5~8位為段內(nèi)碼。

4)幀長度每幀有32個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙可對應(yīng)8位比特編碼，所以每一幀的長度為32×8=256bit。

5)數(shù)字傳輸速率很明顯，抽樣頻率為8000Hz，每抽一次樣傳輸?shù)臄?shù)據(jù)為8000×32×8=2048kb，即數(shù)字傳輸速率為2048kb/s。

2.幀同步在時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中，輸入到PCM終端設(shè)備的多路信號經(jīng)過抽樣、量化、編碼之后，變成了具有一定時(shí)間規(guī)律的數(shù)字碼流，每一幀的路數(shù)和每一路的時(shí)隙都是按照CCITT的規(guī)定安排好的，在接收端和發(fā)送端同頻同相的前提條件下，如果能把每一幀的首尾碼辨別出來，那么我們就可以正確地區(qū)分每一個(gè)話路，這樣就可以完成接收端與發(fā)送端的幀同步。

建立收發(fā)系統(tǒng)的幀同步，我們需要在每一幀或者幾幀中的固定位置上加入具有特定碼型的幀同步碼，只要在接收端能正確識別這些特定的碼型，就可以正確辨別每一幀的首尾碼，也就能正確區(qū)分發(fā)送端傳過來的各路信號。所以幀同步的目的是使接收端與發(fā)送端相應(yīng)的話路在時(shí)間上對準(zhǔn)，以便從收到的信碼流中分辨出哪8位是一個(gè)樣值的碼字，從而正確地解碼；還便于分辨出這8位碼是哪一個(gè)話路傳過來的，從而正確地分路。6.5.2PCM24路基群復(fù)接系統(tǒng)

1.PCM24路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)

PCM24路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)如圖6-20所示，幀首編號為1的比特(稱F比特)交替用于傳輸幀同步碼和復(fù)幀同步碼，還可復(fù)用傳輸循環(huán)冗余校驗(yàn)碼(CRC碼)，并且提供4kb/s的數(shù)據(jù)鏈路，圖中分別給出了以12幀為復(fù)幀的F比特和以24幀為復(fù)幀的F比特，PCM24路制式采用話路時(shí)隙內(nèi)信令，每個(gè)第6幀和第12幀指定為信令幀。在每一個(gè)信令幀中，各路時(shí)隙的第8比特用來傳輸該路的信令，也就是說，每6幀中有5幀的樣值按8比特編碼，而有1幀按7比特編碼。圖6-20PCM24路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)

2.24路制的重要參數(shù)信號每秒鐘傳送8000幀，每幀125μs。12幀組成1復(fù)幀(用于同步)，每幀由24個(gè)時(shí)隙和1位同步碼組成。每個(gè)信道每次傳送8位代碼，1幀有24×8＋1＝193位碼。數(shù)據(jù)傳輸率R＝8000×193＝1544kb/s。每一個(gè)話路的數(shù)據(jù)傳輸率為8000×8=64kb/s。6.6時(shí)分復(fù)用、信道模擬與擴(kuò)頻實(shí)驗(yàn)6.6.1時(shí)分復(fù)用與解復(fù)用實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)通過對兩路模擬信號進(jìn)行PCM編碼并復(fù)用，比較復(fù)用后的信號與復(fù)用前的編碼信號。將復(fù)用后的信號進(jìn)行解復(fù)用與PCM解碼，比較解復(fù)用后的兩路解碼信號與原兩路模擬信號是否相同，掌握時(shí)分復(fù)用與解復(fù)用系統(tǒng)的構(gòu)成及工作原理。

(2)加深時(shí)分復(fù)用的概念，了解時(shí)分復(fù)用在整個(gè)通信系統(tǒng)中的作用。二、實(shí)驗(yàn)器材

ZYE1101F型實(shí)驗(yàn)箱 一臺信號源模塊、時(shí)分復(fù)用模塊、模擬信號數(shù)字化模塊 各一塊

40M雙蹤示波器 一臺連接線 若干三、實(shí)驗(yàn)原理在本實(shí)驗(yàn)中，將第一路模擬信號送入時(shí)分復(fù)用模塊，將第二路模擬信號送入模擬信號數(shù)字化模塊，分別在這兩個(gè)模塊中進(jìn)行PCM編碼，得到兩路PCM碼(PCMA和PCMB)，再和時(shí)分復(fù)用模塊產(chǎn)生的幀同步碼進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，得到包含4路數(shù)據(jù)(第4路為空數(shù)據(jù))、一幀為32位的時(shí)分復(fù)用信號，其復(fù)用部分的原理框圖如圖6-21所示。由圖6-21可見，時(shí)分復(fù)用是通過時(shí)鐘信號對移位寄存器構(gòu)成的并／串轉(zhuǎn)換電路的輸出信號輪流進(jìn)行選通而實(shí)現(xiàn)的，時(shí)分復(fù)用輸出信號的位同步信號的頻率為BS的4倍，幀同步信號的頻率為位同步信號的1/32。時(shí)分復(fù)用輸出信號每一幀由32位組成，其幀結(jié)構(gòu)如圖6-22所示。撥碼開關(guān)SW701可設(shè)置幀同步碼的碼型。圖6-21時(shí)分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)原理框圖圖6-22輸出信號的幀結(jié)構(gòu)復(fù)用信號通過解復(fù)用電路還原出兩路PCM編碼信號，分別送入時(shí)分復(fù)用模塊和模擬信號數(shù)字化模塊進(jìn)行PCM譯碼輸出，得到的兩路信號分別與輸入信號相同。圖6-23是解復(fù)用部分的原理框圖。時(shí)分復(fù)用與解復(fù)用的所有功能都是在U701(EPM7128SLC84-15)中完成的。在解復(fù)用電路中，先通過幀同步信號和位同步信號把4路數(shù)據(jù)分開，然后通過移位寄存器構(gòu)成的并／串轉(zhuǎn)換電路輸出串行的數(shù)據(jù)。時(shí)分復(fù)用和解復(fù)用的電路都比較簡單，讀者可參照原理框圖自己分析電路詳細(xì)的工作過程。圖6-23解時(shí)分復(fù)用的實(shí)驗(yàn)原理框圖四、實(shí)驗(yàn)步驟

(1)按照實(shí)驗(yàn)原理圖正確連接電路，并且確保電源接觸良好。

(2)插上電源線，打開電源開關(guān)，再分別使各部分電路均開始工作。

(3)時(shí)分復(fù)用模塊的Sin-II連接信號源的模擬輸出正弦信號，模擬信號數(shù)字化模塊的S-IN同上或另接外部輸入音頻信號。

(4)用連接線把時(shí)分復(fù)用模塊與模擬信號數(shù)字化模塊對應(yīng)的端孔連接起來。

FRAMEB-OUT—FRAMEB-II

CLKB-OUT—CLKB-IN

2048K-OUT—2048K-IN

DATA1-IN—PCMA

DATA2-IN—PCMB-OUT

(5)用連接線連接DATA1-IN和PCMA，用示波器分別觀察“DATA1-IN”和“DATA2-IN”，看兩路模擬信號PCM編碼是否正確。

(6)設(shè)置SW701的第1位為1，第2～8位為巴克碼1110010(或任意碼型)，即幀同步信號，用示波器分別觀察“DATA”、“BS”、“FS”信號。“DATA”是“SW701”、“DATA1-IN”、“DATA2-IN”、“全零”的復(fù)用信號，“BS”的頻率為“CLKB-OUT”頻率的4倍，“FS”與“FRAMEB-OUT”相同。

(7)從“J-DATA”輸入“DATA”信號，從“J-BS”輸入“BS”信號，從“J-FS”輸入“FS”信號。用示波器分別觀察“J1-DATA”、“J1-BS”、“J1-FS”與“J2-DATA”、“J2-BS”、“J2-FS”信號。其中，“J1-BS”與“J2-BS”信號完全一樣，且頻率為“BS”信號的1/4,“J1-FS”與“J2-FS”信號完全一樣，且與“FS”信號也一樣。

(8)用連接線連接:

J1-DATA—PCM1—IN

J1-BS—CLK1-IN

J1-FS—FRAME1—IN把時(shí)分復(fù)用模塊和模擬信號數(shù)字化模塊以下對應(yīng)的連接孔連起來:

J2-DATA—PCM2-IN

J2-BS—CLK2-IN

J2-FS—FRAME2-IN

(9)用示波器觀察“Sin-OUT”與模擬信號數(shù)字化模塊的“OUT”。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及報(bào)告要求

(1)分析實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，敘述其工作過程，根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試記錄，畫出各測量點(diǎn)的波形圖。

(2)分析實(shí)驗(yàn)結(jié)論，并畫出原理圖與工作波形圖。6.6.2信道模擬實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)將信號源輸出的NRZ碼(未編碼)輸入信道，調(diào)節(jié)噪聲功率大小，觀察信道輸出信號及其誤碼率。比較理想信道與隨機(jī)信道的區(qū)別，加深對隨機(jī)信道的理解。

(2)將輸出的NRZ碼(未編碼)輸入模塊，編碼后再輸入信道，經(jīng)過解碼，觀察通過編解碼后信號的誤碼率，并與同等噪聲功率時(shí)未編碼信號的誤碼率進(jìn)行比較，通過比較加深對糾錯(cuò)編碼原理的理解。

(3)觀察眼圖并做分析記錄，了解眼圖波形與信號傳輸畸變的關(guān)系。二、實(shí)驗(yàn)器材

ZYE1101F型實(shí)驗(yàn)箱 一臺信號源模塊、信道模擬模塊、終端模塊(可選)

各一塊

40M雙蹤示波器 一臺誤碼率測試儀(可選) 一臺連接線 若干三、實(shí)驗(yàn)原理

1.信道噪聲本實(shí)驗(yàn)中我們用偽隨機(jī)序列模擬高斯白噪聲。偽隨機(jī)噪聲具有類似于隨機(jī)噪聲的一些統(tǒng)計(jì)特性，同時(shí)又便于重復(fù)產(chǎn)生和處理。目前廣泛應(yīng)用的偽隨機(jī)噪聲都是由數(shù)字電路產(chǎn)生的周期序列經(jīng)濾波等處理后得到的。通常產(chǎn)生偽隨機(jī)序列的電路為一反饋移位寄存器，它又可分為線性反饋移存器和非線性反饋移存器兩類。由線性反饋移存器產(chǎn)生出的周期最長的二進(jìn)制數(shù)字序列稱為最大長度線性反饋移存器序列，通常簡稱為m序列。由于m序列的均衡性、游程分布、自相關(guān)特性和功率譜與上述隨機(jī)序列的基本性質(zhì)很相似，因此通常認(rèn)為m序列屬于偽噪聲序列或偽隨機(jī)序列。

2.糾錯(cuò)編碼在隨機(jī)信道中，錯(cuò)碼的出現(xiàn)是隨機(jī)的，且錯(cuò)碼之間是統(tǒng)計(jì)獨(dú)立的。例如，由高斯白噪聲引起的錯(cuò)碼就具有這種性質(zhì)。因此，當(dāng)信道中加性干擾主要是這種噪聲時(shí)，就稱這種信道為隨機(jī)信道。由于信息碼元序列是一種隨機(jī)序列，接收端是無法預(yù)知的，因此也無法識別其中有無錯(cuò)碼。為了解決這個(gè)問題，可以由發(fā)送端的信道編碼器在信息碼元序列中增加一些監(jiān)督碼元。這些監(jiān)督碼元和信碼之間有一定的關(guān)系，使接收端可以利用這種關(guān)系由信道譯碼器來發(fā)現(xiàn)或糾正可能存在的錯(cuò)碼。在信息碼元序列中加入監(jiān)督碼元就稱為差錯(cuò)控制編碼，有時(shí)也稱為糾錯(cuò)編碼。不同的編碼方法有不同的檢錯(cuò)或糾錯(cuò)能力，有的編碼只能檢錯(cuò)，不能糾錯(cuò)。

3.傳輸畸變和眼圖一個(gè)實(shí)際的基帶傳輸系統(tǒng)，碼間干擾是不可能避免的。碼間干擾問題與發(fā)送濾波器特性、信道特性、接收濾波器特性等多種因素有關(guān)，因而計(jì)算由于這些因素所引起的誤碼率就非常困難。眼圖是一種能夠方便地估計(jì)系統(tǒng)性能的實(shí)驗(yàn)手段，這種方法的具體做法是:用一個(gè)示波器跨接在接收濾波器的輸出端，然后調(diào)整示波器水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同步，這時(shí)就可以從示波器顯示的圖形上觀察出碼間干擾和噪聲的影響，從而估計(jì)出系統(tǒng)性能的優(yōu)劣。所謂眼圖，就是示波器顯示的圖形，因?yàn)樵趥鬏敹M(jìn)制信號波形時(shí)，它很像人的眼睛，所以稱為眼圖。眼圖表述了以下幾個(gè)方面的意思:(1)最佳抽樣時(shí)刻應(yīng)是“眼睛”張開最大的時(shí)刻；(2)對定時(shí)誤差的靈敏度可由眼圖斜邊的斜率決定，斜率越大，對定時(shí)誤差就越靈敏；(3)眼圖陰影區(qū)的垂直高度表示信號的畸變范圍；(4)眼圖中央的橫軸位置對應(yīng)判決門限電平；(5)在抽樣時(shí)刻，上下兩陰影區(qū)的間隔距離之半為噪聲的容限，即若噪聲瞬時(shí)值超過這個(gè)容限，就有可能發(fā)生錯(cuò)誤判決。

四、實(shí)驗(yàn)步驟

1.信道模擬實(shí)驗(yàn)

(1)將信號源模塊、信道模擬模塊、終端模塊小心地固定在主機(jī)箱中，確保電源接觸良好。

(2)插上電源線，打開主機(jī)箱右側(cè)的交流開關(guān)，再分別按下三個(gè)模塊中的開關(guān)POWER1、POWER2，對應(yīng)的發(fā)光二極管LED001、LED002、LEDC01、LEDC02、LED600發(fā)光，三個(gè)模塊均開始工作。

(3)將信號源模塊的撥碼開關(guān)SW101、SW102設(shè)置為0000010100000000，按6.6.1節(jié)實(shí)驗(yàn)的介紹，此時(shí)分頻比千位、十位、個(gè)位均為0，百位為5，因此分頻比為500，此時(shí)位同步信號頻率應(yīng)為4kHz。相應(yīng)地，信道模擬模塊的碼速率選擇撥位開關(guān)設(shè)置為1000，與信號源的碼速率相一致(碼速率選擇撥位開關(guān)設(shè)置為1000，對應(yīng)的碼速率為4kHz，0100對應(yīng)為8kHz，0010對應(yīng)為10kHz，0001對應(yīng)為15.625kHz)。

(4)將信號源的NRZ作為數(shù)據(jù)輸出，連接到終端的DATA1端，相應(yīng)的位同步信號(BS)與幀同步信號(FS)分別相連，同時(shí)將信號源的NRZ連接到信道模擬的信道輸入端，經(jīng)過信道后從信道輸出1端輸入到終端的DATA2端，BS2和FS2分別與信號源的位同步信號(BS)及幀同步信號(FS)相連，則終端的第一排二極管顯示的是直接從信號源輸出的數(shù)據(jù)，第二排二極管顯示的是經(jīng)過信道傳輸后的數(shù)據(jù)(也可用示波器雙蹤比較兩組數(shù)據(jù))。

(5)將信號源的SW103、SW104和SW105撥位，旋轉(zhuǎn)信道模擬模塊的噪聲功率調(diào)節(jié)電位器，改變信道內(nèi)噪聲功率的大小，觀察噪聲對第二排二極管顯示數(shù)據(jù)的影響。同時(shí)用示波器觀察信道輸入與信道輸出1處的信號波形。

2.差錯(cuò)控制編碼實(shí)驗(yàn)

(1)將信號源的NRZ作為數(shù)據(jù)輸出，連接到信道模擬的編碼輸入數(shù)據(jù)端，相應(yīng)的位同步信號(BS)與幀同步信號(FS)分別相連；同時(shí)將信道模擬的編碼輸出與解碼輸入的位同步信號及幀同步信號分別相連，編碼輸出的數(shù)據(jù)連入信道輸入，經(jīng)過信道后從信道輸出1端輸入到解碼輸入數(shù)據(jù)端；解碼輸出端的數(shù)據(jù)、位同步與幀同步分別與終端的DATA1、BS1和FS1相連，則終端的第一排二極管顯示的是經(jīng)過編解碼及信道傳輸后的數(shù)據(jù)(也可用示波器雙蹤比較兩組數(shù)據(jù))。

(2)信道模擬模塊的噪聲功率調(diào)節(jié)電位器固定在噪聲功率最小的位置處，用示波器觀察信道輸出1處的信號，觀察編碼后的信號是否符合表6-2的規(guī)則(注意:為將(7，4)漢明碼補(bǔ)足為8位碼，我們在每一個(gè)(7，4)漢明碼前添加了一位零。因此，1000編碼將得到01000111)。

(3)任意將“誤碼”撥位開關(guān)的右7位中的一位撥為高，觀察編碼后信號及終端顯示的變化。

(4)任意將“誤碼”撥位開關(guān)的右7位中的兩位撥為高，觀察編碼后信號及終端顯示的變化。

3.眼圖實(shí)驗(yàn)

(1)將信號源模塊的位同步信號的頻率設(shè)為8kHz(速率選擇開關(guān)撥為00000010、01010110)，用信號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼作為輸入信號(NRZ碼可撥為任意碼型)，連接到信道模擬的信道輸入。

(2)用信號源模塊的位同步信號作為示波器的外部觸發(fā)信號，通過調(diào)節(jié)信道模擬模塊上的噪聲功率調(diào)節(jié)旋鈕，觀察從信道輸出2端口輸出的NRZ碼眼圖，并記錄下來。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)論及報(bào)告要求

(1)分析實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，敘述工作過程。

(2)根據(jù)實(shí)驗(yàn)測試記錄，畫出各測量點(diǎn)的波形圖。

(3)分析為什么利用眼圖能大致估計(jì)接收系統(tǒng)性能的好壞。6.6.3直接擴(kuò)頻與CDMA實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?/p>

(1)觀察基帶信號擴(kuò)頻前后的頻譜變化，觀察擴(kuò)頻后PSK調(diào)制的頻譜及波形。了解擴(kuò)頻通信的基本性質(zhì)。

(2)通過擴(kuò)頻、解擴(kuò)與基帶解調(diào)實(shí)驗(yàn)，了解CDMA通信系統(tǒng)的主要構(gòu)成。

(3)通過碼分多址實(shí)驗(yàn)，了解偽隨機(jī)序列同步的滑動搜索法及偽隨機(jī)序列的鎖相環(huán)跟蹤方法。二、實(shí)驗(yàn)器材

ZYE1101F型實(shí)驗(yàn)箱 一臺信號源模塊、CDMA模塊、數(shù)字解調(diào)模塊、頻譜分析模塊 各一塊

40M雙蹤示波器 一臺頻譜分析儀(可選用) 一臺連接線 若干三、實(shí)驗(yàn)原理關(guān)于擴(kuò)頻與解擴(kuò)的基本原理，前面理論內(nèi)容中已經(jīng)闡述，在此不再做詳細(xì)介紹。

1.碼型的采用圖6-24所示為本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中用于模擬信息碼元的m序列波形。圖6-24本實(shí)驗(yàn)所用的m序列波形圖在本實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)中使用Gold序列作為實(shí)現(xiàn)擴(kuò)頻的偽隨機(jī)碼，在發(fā)送端將信息序列與Gold序列相乘，一位信息碼元的長度與一個(gè)周期(127)位Gold碼元的長度相同，即在一位信息碼元中使用一個(gè)周期的Gold碼元實(shí)現(xiàn)直接序列擴(kuò)頻。在實(shí)驗(yàn)電路板上有兩個(gè)8PIN開關(guān)，它們分別用來設(shè)置發(fā)送和接收端產(chǎn)生的Gold序列是同一個(gè)Gold序列族中的哪一個(gè)，Gold序列是由兩個(gè)互為優(yōu)選對的m序列相異或產(chǎn)生的，8PIN開關(guān)只用了7位，用于設(shè)定其中一個(gè)m序列的相位，通過撥動開關(guān)設(shè)定m序列的不同相位，兩個(gè)m序列相異或所產(chǎn)生的Gold序列將不同。只有將兩個(gè)開關(guān)撥動到相同的位置，才能實(shí)現(xiàn)同步解擴(kuò)，若兩個(gè)開關(guān)撥動到不同的位置，則不會實(shí)現(xiàn)同步解擴(kuò)。由此可以體會碼分多址通信是如何實(shí)現(xiàn)的。

2.本模塊的實(shí)現(xiàn)

1)發(fā)射部分圖6-25所示為CDMA模塊發(fā)射部分原理框圖。圖6-25CDMA模塊發(fā)射部分原理框圖第一路信息碼使用信號源模塊產(chǎn)生的NRZ碼，第二路信息碼使用CDMA模塊自身產(chǎn)生的31位m序列，簡稱PN31。兩路擴(kuò)頻碼均為在CDMA模塊CPLD中產(chǎn)生的127位Gold序列，其中Gold1受8PIN開關(guān)SW2的后7位控制，可以任意改變，Gold2是固定的，其控制開關(guān)始終為“0000001”。兩路信息碼分別與Gold1和Gold2進(jìn)行擴(kuò)頻后，再進(jìn)行PSK調(diào)制。當(dāng)用連接線將PSK2與IN2連接起來時(shí)，發(fā)射部分輸出點(diǎn)OUT輸出的信號即為這兩路信號的疊加。

2)接收部分接收部分原理框圖如圖6-26所示，由捕獲和跟蹤兩部分構(gòu)成，圖中框圖1和框圖3