《数字通信》课件第5章

5.1同步技术简介5.2准同步数字复接技术的基本概念5.3数字复接技术的方法

5.4PCM零次群、子群5.5PCM高次群与接口码型

5.1.1同步的概念

通信系统能否有效地高可靠地工作，在很大程度上取决于同步系统的性能。同步系统性能的好坏直接影响通信质量，甚至会影响通信系统的正常工作。“同步”是进行信息传输的前提。要使数字通信系统正常运行，需要各个层次的时间同步得到保证，从这个意义上说，数字通信也可以称为是同步通信。5.1同步技术简介

1.同步的层次

1)载波同步

模拟和数字调制系统中，相干解调具有信噪比性能好、误码率低的优点。

2)位同步

在数字通信中，除了有载波同步问题外，还存在位同步问题。

3)群同步

群同步也叫帧同步。

4)网同步

在有多个用户的通信网中，为了保证通信网内各用户之间可靠地进行数据交换，必须要求整个数字通信网内有一个统一的时间节拍标准，即网同步。

2.同步信号的获取方式

同步信号的获取方式可分为外同步法和自同步法两种

(1)外同步法：由发送端发送专门的同步信息，接收端把这个专门的同步信息检测出来作为同步信号的方法。

(2)自同步法：发送端不发送专门的同步信息，接收端设法从收到的信号中提取同步信息的方法。5.1.2载波同步技术

载波同步的方法有直接法(自同步法)和插入导频法(外同步法)两种。

直接法不需要专门传输导频(同步信号)，而是接收端直接从接收信号中提取载波；

插入导频法是在发送有用信号的同时，在适当的频率位置上插入一个(或多个)称做导频的正弦波(同步载波)，接收端利用导频提取载波。

1.直接法(自同步法)

一些信号的载波分量是隐含的，在信号的波形上看不出载波，但经过某种变换后会得到载波，比如图5.1所示的抑制载波的双边带信号。图5.1抑制载波的双边带信号直接法就是直接从抑制载波的已调信号中获取自己所需要的载波信号的方法。直接法又可分为非线性变换-滤波法和特殊锁相环法(又称同相正交环法或科斯塔斯环法)。

1)非线性变换-滤波法

有些信号不含有载波分量，但可以利用某种方法对接收到的已调信号进行非线性处理而得到相应的载频分量，然后再用窄带滤波器或锁相环进行滤波，滤除调制谱与噪声引入的干扰，提取载频分量。这就是非线性变换-滤波法。

(1)平方变换法。

设调制信号是m(t)，m(t)中无直流分量，则抑制载波的双边带信号为

s(t)=m(t)cosωct

接收端将信号进行平方变换后得到：

然后用窄带滤波器取出2倍频分量，再经二分频电路，就能得到载波ωct。平方变换法提取载波框图如图5.2所示。图5.2平方变换法提取载波框图

(2)平方环法。

为改善平方变换的性能，可以在平方变换法的基础上，用锁相环替代窄带滤波器，构成如图5.3所示框图，这样就实现了平方环法提取载波。由于锁相环具有良好的跟踪、窄带滤波和记忆性能，因此平方环法比一般的平方变换法具有更好的性能，得到广泛的应用。图5.3平方环法提取载波框图

2)同相正交环(科斯塔斯环法)

用直接法提取载波分量的另一方法是科斯塔斯(Costas)环法。它也是利用锁相环提取载频的，但是不需要预做平方处理，只需使用两个正交的乘法器，便可直接得到输出解调信号。科斯塔斯环法原理图如图5.4所示。图5.4科斯塔斯(Costas)环法原理图设抑制载波的双边带信号为s(t)，本地载波分别为

v1=cos(ωct+θ)

v2=sin(ωct+θ)

s(t)和本地载波相乘后得而低通滤波器的输出为

将v5和v6相乘，得其中，θ为本地载波相位与接收信号相位之差。当θ较小时，

可以看出，v7与相位差θ近似成正比，v7通过环路滤波器(LPF)反馈给压控振荡器，迫使振荡频率与ωc同频同相。负反馈的存在使θ尽可能地减小。

当θ=0时，v5=

m(t)cosθ=0.5m(t)，就是原调制信号。

3)从多相移相信号中提取载波

数字通信中经常使用多相移相信号。比如多进制数字相位调制是利用载波的多种不同相位来表征数字信息的调制方式。例如，四相制就是利用载波的4种不同相位来表征数字信息，四相调制分为四相绝对移相调制(亦称四相绝对移相键控，记为4PSK或QPSK)和四相相对移相调制(又称四相相对移相键控，记为4DPSK或QDPSK)两种。对于多相移相信号，同样可以利用多次方变换法和多相科斯塔环法从已调信号中提取载波信息。

(1)多次方变换法。图5.5是利用多次方变换法提取载波示意图。图5.5多次方变换法提取载波示意图很容易验证，QPSK调制信号经过平方运算后并不具有载波频率的二倍频功率谱线，只有经过4次方运算后才能得到载波频率的四倍频功率谱线。

设一个QPSK信号的通式为

s(t)=m1(t)cosωct+m2(t)sinωct

式中：m1(t)=±1,m2(t)=±1。对s(t)两边平方得s2(t)=1±sin2ωct，滤其直流分量，再次平方，得

上式表示在4次倍频的信号中含有4ωct的分量。将它滤出并四分频，即可得到载频。一般来说，对于MPSK调制信号，只有经过M次方运算才能获得载波频率的M倍频功率谱线，然后经过M次分频得到相干的载波频率谱线。M次方环的工作原理如图5.6所示。

(2)多相科斯塔斯环法。

除了多次方变换法以外，我们还可以用多相科斯塔环法提取同步载波。图5.7为四相科斯塔斯环法提取载波示意图。图5.8为M相科斯塔斯环法提取载波示意图。图5.6M次方环的工作原理图5.7四相科斯塔斯环法提取载波示意图图5.8M相科斯塔斯环法提取载波示意图

2.插入导频法(外同步法)

插入导频法主要用于接收信号频谱中没有离散载频分量，或者即使含有一定的载频分量，但由于在载频附近频谱幅度很小，因此难以从接收信号中将载波分离出来的情况。例如在单边带信号中，它既无载波，又不能用直接法提取载波，而只能用插入导频法。

所谓插入导频，就是在已调信号频谱中额外插入一个低功率线谱(导频信号)，在接收端利用窄带滤波器把它提取出来作为载波同步信号并加以使用。

1)在DSB信号中插入导频

对于抑制载波的双边带调制而言，在载频处，已调信号的频谱分量为零，同时对调制信号进行适当的处理，就可以使已调信号在载频附近的频谱分量很小，这样就可以插入导频，这时插入的导频对信号的影响最小。图5.9为插入的导频和已调信号频谱示意图。插入的导频已是正交载波，而且在载频处，已调信号的频谱分量为零。

图5.10所示为DSB导频发送端示意图。图5.9插入的导频和已调信号频谱示意图图5.10DSB导频发送端示意图设调制信号m(t)中无直流分量，载波是asinωct，经-π/2移相后形成导频-acosωct，则发送端输出信号为

s(t)=am(t)sinωct-acosωct

图5.11所示为DSB导频接收端示意图。图5.11DSB导频接收端示意图接收端信号为

v(t)信号经过低通滤波器滤除2ωc分量后，即可恢复为原调制信号m(t)。若不是正交载波，计算结果中会出现一直流分量。当然，此分量经过低通滤波器后一般不会对模拟信号m(t)产生影响。

2)在VSB信号中插入导频

在VSB信号中插入导频通常采用双导频法。以下边带为例，残留边带滤波器应具有如图5.12所示的传输特性。图5.12残留边带频谱及插入导频导频f1(f2)既不能与fc-fm和fc+fr靠得太近，否则不易滤出，但也不能离得太远，以免占用过多频带。

在插入导频的VSB信号中提取载波的方框图如图5.13所示。图5.13插入导频的VSB信号中提取载波方框图接收的信号中包含有VSB信号和f1、f2两个导频。假设接收信号中两个导频为cos(ω1t+θ1)(θ1

为第一个导频的初相)和cos(ω2t+θ2)(θ2为第二个导频的初相)，发送端的载波为cos(ωct+θc)，则接收端提取的同步载波也应该是

cos(ωct+θc)。

3.载波同步系统的性能指标

载波同步系统的性能指标主要有效率、精度、同步建立时间和同步保持时间,对其要求当然是高效率、高精度、同步建立时间快、保持时间长。

1)高效率

高效率是指为了获得载波信号而尽量少消耗发送功率。

2)高精度

高精度是指接收端提取的同步载波与需要的载波标准比较，应该有尽量小的相位误差。相位误差通常包括两部分：稳态相位误差和随机相位误差。

(1)稳态相位误差。

①用窄带滤波器提取载波。假设所用的窄带滤波器为一个简单的单调谐回路，其品质因素Q值一定。设滤波器的中心频率和载波频率差为Δf，则提取同步载波信号时将产生一稳态相差Δφ≈2QΔf/f0，电路的Q值越大，所产生的稳态相差越大。②用锁相环提取载波时，其稳态相差为

式中，Δf为锁相环压控振荡器输出与输入载波信号之间的频差，Kv为锁相环的直流增益。要想减少Δφ，就要保证频率稳定，减少Δf，增加直流增益Kv。而锁相环的增益调节相对容易一些，所以只要Kv足够大，就可以保证稳态相差Δφ足够小。

(2)随机相位误差。

随机相位误差是指由于随机高斯噪声叠加在载波信号上而引起同步信号的相位误差。通常用相位误差的均方根值δφ来表示，称为相位抖动。δφ是一个随机量，它和接收信号的信噪比有关，当噪声为高斯白噪声时，相位抖动方差

与信噪比r的关系为=1/2r。显然，信噪比越大，相位抖动越小。

3)同步建立时间和保持时间

同步建立时间ts是指从开机或失步到同步所需要的时间。

同步保持时间tc是指从开始失去信号到失去载波同步的时间。

人们总是希望ts越短越好，而tc越长越好。长的tc可使在信号短暂丢失或接收断续信号时，不需要重新建立同步而能够保持连续稳定的本地载波。

4.载波相位误差对解调性能的影响

总的载波相位误差应该是稳态相差和随机相差的代数和，即

φ=Δφ+δφ

1)相位误差对双边带调制信号的影响

设已收到的双边带信号s(t)=m(t)cosωct,提取出的相干载波sc(t)=cos(ωct+φ)，则解调时，相乘器的输出经低通滤波器后为x(t)=1/2m(t)cosφ。

2)相位误差对单边带调制信号的影响

设基带信号m(t)=cosΩt，单边带信号取上边带为0.5cos(ωc+Ω)t，当解调相干载波有相位误差φ时，相干载波与已调信号相乘为

0.5cos(ωc+Ω)tcos(ωct+φ)=0.25［cos(2ωct+Ωt+φ)+cos(Ωt-φ)］5.1.3位同步技术

位同步技术是数字通信中非常重要的一种同步技术，位同步与载波同步是截然不同的两种同步方式。在模拟通信中，没有位同步的问题，只有载波同步的问题，而且只有接收机采用同步解调时才有载波同步的问题。但在数字通信中，一般都有位同步的问题。位同步方法如图5.14所示。图5.14位同步方法

1.直接法

直接法又称自同步法，当系统的位同步采用直接法时，发送端不专门发送导频信号，而直接从数字信号中提取位同步信号，这种方法在数字通信中经常采用。直接法又可分为滤波法和锁相法。直接法的原理框图如图5.15所示。图5.15直接法原理框图由于非归零的二进制随机脉冲序列的频谱中没有位同步的频率分量，因此不能用窄带滤波器直接提取位同步信息。但是对其进行适当的非线性变换，就会出现离散的位同步分量，然后用窄带滤波器或锁相环进行提取，便可以得到所需要的位同步信号。下面介绍几种具体的实现方法。

1)微分整流法

图5.16所示为微分整流法提取位同步信息的原理框图。图5.16微分整流法原理图图5.16中，输入信号为二进制不归零码元。首先通过微分和全波整流，将不归零码元变成归零码元。这样，在码元序列频谱中就有了码元速率分量(即位同步分量)。将此分量用窄带滤波器滤出，经过移相电路调整其相位后，就可以由脉冲形成器产生所需要的码元同步脉冲。图5.17给出了该电路各点的波形。图5.17微分整流法各点波形

2)包络检波法

在某些数字微波中继通信系统中，经常在中频上用对频带受限的二相移相信号(2PSK)进行包络检波的方法来提取位同步信号。

图5.18所示为其原理框图。图5.18包络检波法的原理框图频带受限的2PSK信号波形如图5.19(a)所示。当接收端带通滤波器的带宽小于信号带宽时，使频带受限的2PSK信号在相邻码元相位反转点处形成幅度的“陷落”，经包络检波后得到图5.19(b)所示的波形，该波形可看成是一直流与图5.19(c)所示的波形相减，而图5.19(b)所示的波形是具有一定脉冲形状的归零脉冲序列，含有位同步信息，再通过窄带滤波器(或锁相环)，然后经脉冲整形，就可得到位同步信号。图5.19包络检波法各点波形图

3)延迟相乘法

延迟相乘法的工作过程与2DPSK信号差分相干解调相同，只是延迟电路的延迟时间τ<Ts。2PSK信号分为两路，一路没有延迟，而另一路有延迟，两路相乘后取出基带信号，得到脉冲宽度为τ的基带脉冲序列。因为τ<Ts，基带脉冲是归零码，它含有位同步频率分量。所以，经过滤波后即可得到同步信号。图5.20所示为延迟相乘法工作示意图。图5.21所示为延迟相乘法各点波形。图5.20延迟相乘法工作示意图图5.21延迟相乘法各点波形

4)锁相法

与载波同步的提取类似，把采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法。在数字通信中，这种锁相电路常采用数字锁相环来实现。

图5.22数字锁相环原理框图在接收端利用鉴相器比较接收码元和本地产生的位同步信号的相位，若两者相位不一致(超前或滞后)，鉴相器就产生误差信号去调整位同步信号的相位，直至获得准确的位同步信号为止。

采用数字锁相法提取位同步信号的原理框图如图5.22所示，它由高稳定度振荡器(晶振)、分频器、相位比较器和控制电路组成。其中，控制电路包括图5.22中的扣除门和添加门。

2.插入导频法(外同步法)

位同步时的插入导频法与载波同步时的插入导频法类似，也是在发送端信号中插入频率为码元速率(1/T)或码元速率倍数的位同步信号。在接收端利用一个窄带滤波器，将该位同步信号分离出来，并形成码元定时脉冲。

插入位同步信息的方法有多种。

1)在基带信号频谱的零点插入导频

在无线通信中，数字基带信号一般都采用不归零的矩形脉冲，并以此对高频载波做各种调制。解调后得到的也是不归零的矩形脉冲，码元速率为fs，码元宽度为Ts，不归零信号的功率谱在fs处为零，形成如图5.23所示的功率谱。

图5.23基带信号的功率谱密度特性

2)包络调制法

插入导频法的另一种形式是使数字信号的包络按位同步信号的某种波形变化。在移相键控或移频键控的通信系统中，对已调信号进行附加的幅度调制后，接收端只要进行包络检波，就可以形成位同步信号。

设移相信号的表示式为:s1(t)=cos［ωct+φ(t)］。现在用某种波形的位同步信号对s1(t)进行幅度调制，若这种波形为升余弦波形，则其表示式为

式中的Ω=2π/Ts，Ts为码元宽度。幅度调制后的信号为接收端对s2(t)进行包络检波，包络检波器的输出为

(1+cosΩt)，除去直流分量后，就可获得位同步信号cosΩt。

插入导频法的优点是接收端提取位同步的电路简单；缺点是需要占用一定的频带带宽和发送功率，降低了传输的信噪比，减弱了抗干扰能力。然而，在宽带传输系统中，例如多路电话系统中，传输同步信息占用的频带和功率为各路信号所分担，每路信号的负担不大，所以这种方法还是比较实用的。

3.位同步系统的性能指标

与载波同步系统相似，位同步系统的性能指标主要有相位误差、同步建立时间、同步保持时间和同步带宽。

1)相位误差θe

数字锁相法提取位同步信号时，相位误差主要是由位同步脉冲的相位在跳变地调整所引起的。在一个码元周期Ts(相当于360°相位)内加减一个脉冲，若一个Ts内脉冲数为n，则最大调整相位是θe=360°/n。随着n的增加，相位误差将减小。

2)同步建立时间ts

同步建立时间即为失去同步后重建同步所需的最长时间。为了求出此可能出现的最长时间，令位同步脉冲的相位与输入码元的相位差为Ts/2，而锁相环每调整一次仅能调整Ts/n，则所需的最大调整次数是近似认为两相邻码元中出现01、10、11、00的概率相等，平均来说,每2Ts可以调整一次相位，故同步建立时间是ts=2Ts·N=nTs。

可以看出，同步建立时间ts和相位误差θe对n的要求是矛盾的。

3)同步保持时间tc

当同步建立后，一旦输入信号中断，或者是出现长连0码、长连1码时，由于收发双方的固有位定时重复频率之间总存在频差Δf，收端同步信号的相位就会逐渐发生漂移，时间越长，相位漂移量越大，直至漂移量达到某一准许的最大值时，就算失步了。设收、发两端固有的码元周期分别是T1=1/f1和T2=1/f2，其差为由T0=1/f0，可得

上面公式说明，当收发两端存在频差Δf时，每经过时间T0，收发两端就会产生|T1-T2|的时间漂移。换一个角度考虑，若规定两端允许的最大时间漂移是T0/k(k为常数)，需要经过多长时间才会达到此值？这个时间就是同步保持时间tc。最后解得

4)同步带宽Δfs

同步带宽是指位同步频率与码元速率之差。如果这个频差超过一定范围，就无法使收端位同步脉冲的相位与输入信号的相位同步。

若输入信号码元的周期与接收端固有位定时脉冲的周期之差|ΔT|=|T1-T2|>，则锁相环就无法使接收端位同步脉冲的相位与输入信号的相位同步。这样，由频差造成的相差就会逐渐积累而使系统失去同步(失步)。由临近值|ΔT|=，可以推导出同步带宽。

5)位同步相位误差对性能的影响

前面已经求得数字锁相法位同步的相位误差θe=360°/n，有时不用相位差而用时间差Te来表示相位误差。因为每码元的周期为T，所以Te=T/n。以2PSK为例，在最佳接收判决时，θe=0,由误码率公式Pe=0.5erfc，可以算出有相位误差时的平均误码率为5.1.4群同步(帧同步)技术

数字通信时，一般总是以若干个码元组成一个字，若干个字组成一个句，即组成一个个的“群”进行传输。群同步的任务就是在位同步的基础上识别出这些数字信息群(字、句、帧)“开头”和“结尾”的时刻，使接收设备的群定时与接收到的信号中的群定时处于同步状态。实现群同步通常采用的方法是起止式同步法和插入特殊同步码组法。而插入特殊同步码组的方法有两种：一种为集中插入方式，另一种为分散插入方式，如图5.24所示。图5.24群同步技术

1.起止式同步法

数字电传机中广泛使用的是起止式同步法。在电传机中，常用的是五单位码，用5个码元代表一个字母(或符号等)。为标志每个字的开头和结尾，在每个字母开始时，先发送一个码元宽度的负值脉冲，再传输5个单元编码信息，最后再发送一个宽度为1.5个码元的正值脉冲。共7.5个码元组成一个字，如图5.25所示。接收端根据高电平第一次转到低电平这一特殊标志来确定一个字的起始位置，从而实现字同步。图5.25起止式同步法传输的字符格式

2.集中插入法

集中插入法又称连贯插入法。

集中插入法的关键是寻找实现群同步的特殊码组。对该码组的基本要求是：具有尖锐单峰特性的自相关函数；便于与信息码区别；码长适当，以保证传输效率。

符合上述要求的特殊码组有：全0码、全1码、1与0交替码、巴克码、电话基群帧同步码0011011。目前常用的群同步码组是巴克码。

1)巴克码

巴克码是一种有限长的非周期序列。若一个n位的码组{x1,x2,x3,…,xn}，各码元的取值为{1,-1}，若它的局部自相关函数为则称此码组为巴克码组，其中，j表示错开的位数。

目前已经找到的所有巴克码组如表5.1所示。其中：“+”、“-”号表示xj的取值为二进制码的“1”或“0”。表5.1巴克码组

2)巴克码识别器

巴克码识别器是比较容易实现的，仍以7位巴克码为例。用7级移位寄存器、相加器和判决器就可以组成一个巴克码识别器，如图5.26所示。图5.26巴克码识别器当输入码元的“1”进入某移位寄存器时，该移位寄存器的“1”端输出电平为+1，“0”端输出电平为-1。反之，输入“0”码时，该移位寄存器的“0”端输出电平为+1，“1”端输出电平为-1。

各移位寄存器输出端的接法与巴克码的规律一致，这样识别器实际上是对输入的巴克码进行相关运算。当一帧信号到来时，首先进入识别器的是群同步码组，只有当7位巴克码在某一时刻(如图5.27(a)所示)正好已全部进入7位寄存器时，7位移位寄存器的输出端都输出+1，相加后得最大输出+7，其余情况相加结果均小于+7。图5.27识别器的输入及输出波形

3.分散插入法

分散插入法又称为间隔式插入法。群同步码组不是集中插入信息码流中，而是分散地插入，即每隔一定数量的信息码元，插入一个群同步码元。

这种方式较多地用在多路数字通信系统中，如PCM24路基群设备以及一些简单的ΔM系统一般都采用1、0交替码型作为帧同步码间隔插入的方法，即一帧插入“1”码，下一帧插入“0”码，如此交替插入。分散插入常采用移位搜索法，它的基本原理是接收电路开机时处于捕捉状态，当收到第一个与同步码相同的码元时，先暂时认为它就是群同步码，按码同步周期检测下一帧相应的位码元，如果也符合插入的同步码规律，则再检测第三帧相应的位码元，如果连续检测n帧(n为预先设定的一个值)，每帧均符合同步码规律，则同步码已找到，电路进入同步状态。

图5.28所示为按照上述方法进行的同步软件流程图。图5.28移位搜索法软件流程图

4.群同步系统的性能指标

群同步系统的主要性能指标有同步可靠性(包括漏同步概率P1和假同步概率P2)和同步建立时间。不同方式的同步系统，性能自然不同。下面我们主要分析集中插入方式同步系统的性能。

1)漏同步概率P1

数字信号在传输过程中由于干扰的影响使接收的同步码组产生误码，而使帧同步信息丢失，造成假失步现象，通常称为漏同步。出现这种现象的可能性称为漏同步概率，用P1表示。设帧同步码长为n，接收码元错误概率为p，检验时允许错误的最大码元数为m，则码组中所有不超过m个错误的码组都能正确识别，未漏同步概率为其中，为n中取r的排列组合数。因此漏同步概率为

当不允许有错误时，m=0，则

P1=1-(1-p)n

2)假同步概率P2

由于被传输的信息码元是随机出现的，则在传输过程中完全有可能出现与帧同步码相同的码组，这时会被识别器误认为是同步码组而实现假同步。出现这种情况的可能性就称为假同步概率P2。

设二进制码组中信息码的“1”、“0”码出现的概率相等，同步码组长度为n，并假设出现了假同步现象。n位码组的所有码组组合数为2n，其中能被误判为同步码组的组合数与帧同步码组中的最大允许错码数m有关。若不允许有错码，则m=0。此时只有一种可能，即信息码组中各个码元都恰好和同步码元相等。若m=1，则有

种可能，此时假同步的总概率为

3)平均同步建立时间ts

对于连贯式插入法，假设漏同步和假同步都不出现，在最不利的情况下，实现帧同步最多需要一帧时间，设每帧的码元数为n，每码元的时间宽度为Ts，则一帧的时间为nTs。在建立同步的过程中，若出现一次漏同步，则建立时间要增加nTs；若出现一次假同步，则建立时间也要增加nTs。因此，帧同步的平均建立时间为

ts=(1+P1+P2)nTs

对于分散式插入法，经过分析计算可得其平均建立时间为

ts=n2Ts

可见集中插入同步方式的平均同步建立时间ts比分散插入方式要短得多。因而，集中插入同步方式在数字传输系统中得到了广泛应用。5.2.1PCM复用与数字复接

在第4章中，我们介绍了时分复用TDM的概念：为了提高信道的利用率和信息传输速率，在同一个信道中对多路信号进行分时传输。

但是，进一步研究就会发现这样一个问题，假设要对120路电话信号进行时分复用，根据PCM过程，首先要在125μs内完成对120路话音信号的抽样，然后对120个样点值分别进行量化和编码。如果复用的信号路数再增加，比如480路，则每路信号的处理时间更短。5.2准同步数字复接技术的基本概念对于路数较少的信号(比如电话)，直接采用时分复用TDM是可行的，但对于大路数的信号而言，PCM复用在理论上可行而实际上难以实现。那么，我们自然就会提出一个问题，如何实现大路数信号的多路复用呢？解决这一问题的方法就是数字复接。

数字复接的定义：数字复接就是指将两个或多个低速数字流合并成一个高速率数字流的过程、方法或技术。它是提高线路利用率的一种有效方法，也是实现数字通信网的基础。我们要将几个(例如4个)已经过PCM30/32系统复用后的数字信号再进行时分复用，即把4个速率为7680kb/s的数字流合成为一个高速数字流，就必须采用数字复接技术才能完成。数字复接技术形成二次或更高次的复合，得到更多路的数字通信系统。PCM复接体制示意图如图5.29所示。图5.29PCM复接体制示意图数字复接系统的数码传输率大大提高了，但对每一个基群的编码要求没有增加，各个基群仍然按照各自的编码速度进行编码。这种复用方式实现起来相对容易，因此得到广泛应用。

国际上主要有两大数字复接体系：准同步数字复接体系PDH和同步数字复接体系SDH。亦有两大系列的准同步数字体系，都经ITU-T推荐，即PCM24路系列和PCM30/32路系列。

1.低次群数字信号的复接类型

低次群数字信号的复接类型有两种：一是数码率相同的低次群复接；二是数码率不同的低次群复接。低次群数字信号复接的原理示意图如图5.30所示。图5.30低次群数字信号复接示意图(a)数码率相同的低次群复接；(b)数码率不同的低次群复接

2.准同步数字复接系统的优点

准同步数字复接系统具有如下优点：

(1)易于构成通信网，便于支路信号的分支与插入，传输效率较高；

(2)电视信号、可视电话信号和频分制载波信号能与某个高次群相适应；

(3)传输速率能与对称电缆、同轴电缆、微波、波导和光纤等传输媒质的传输容量相匹配。5.2.2数字复接硬件系统构成

数字复接硬件系统由复接器(DigitalMultiplexer)和分接器(DigitalDemultiplexer)两部分组成。

(1)数字复接器是把两个或两个以上支路的数字信号按时分复用方式合并成为单一数字信号的设备，它主要由定时、调整和复接等单元组成；

(2)数字分接器是把一个合路数字信号分解为原来支路数字信号的设备。它主要由同步、定时、分接和恢复等单元组成。

数字复接和分接设备的构成框图如图5.31所示。图5.31数字复接和分接设备的构成框图图5.31中，复接器的定时单元向设备提供一个统一的高精度的时钟基准；码速调整单元把速率不同的各个支路信号调整为与复接设备定时完全同步的数字信号,以便由复接单元把各个支路(低次群)复合成一个数字流(高次群)。

分接器的定时单元负责从接收信号中提取同步时钟，供给各个分接设备使用。5.2.3数字复接方式

数字复接方式主要有3种：按位复接、按字复接和按帧复接。

按位复接又叫做比特单位复接，用这种方法每次每个支路依次复接一位码，形成高次群。按位复接对设备要求简单，要求码速调整电路的存储容量小，较易实现，现阶段已在广泛使用。它的缺点是破坏了一个字节的完整性，不利于以字节为单位的信号的处理和交换。按字复接是每次轮流复接每个支路的一个码字，即8位码，形成高次群。按字复接保证了一个码字的完整性，有利于以字节为单位的信号的处理和交换。但在复接之前，数字码必须保存起来，再在适当的时候由4个支路轮流复接,这就要求缓存器有较大的存储容量。

按帧复接是每次轮流复接每个支路的一个帧(每帧含256比特)。按帧复接不破坏原来的帧结构，有利于交换,但要求有更大的存储容量。5.3.1同步复接技术

同步复接是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群，使这几个低次群的数码率(简称码速)统一在主时钟的频率上，使几个低次群系统达到同步，用来直接复接。

同步复接中虽然发送端被复接的各低次群支路信号的数码率是完全一致的，但复接后的数字码序列中还要插入帧同步码、告警码等附加码元，使得信号的数码率增加，所以在复接过程中要进行码速变换。5.3数字复接技术的方法

1.码速变换与恢复

码速变换及恢复过程如图5.32所示。

2.同步复接示意

二次群同步复接和分接的方框图如图5.33所示。图5.32码速变换及恢复过程(a)复接端；(b)分接端

3.同步复接器

同步复接器由定时时钟电路、缓冲存储器、帧同步码产生电路、业务码产生电路、复接合成及输出电路组成，如图5.34所示。图5.33二次群同步复接、分接方框图(a)复接；(b)分接图5.34同步复接器原理框图

4.同步分接器

同步分接器由再生电路、定时时钟电路、帧同步电路、分群分解电路、缓冲存储器及业务码检出电路等组成，如图5.35所示。

5.同步复接二次群帧结构

同步复接二次群的帧结构图如图5.36所示。图5.35同步分接器原理框图图5.36同步复接二次群的帧结构图5.3.2异步复接技术

异步时钟复接也叫准同步复接，指的是参与复接的各支路码流时钟不是出于同一时钟源。码速调整是通过插入一些码元将各一次群的速率由2048kb/s左右统一调整成2112kb/s。接收端进行码速恢复，通过去掉插入的码元，将各一次群的速率由2112kb/s还原成2048kb/s左右。码速调整技术可分为正码速调整、正/负码速调整和正/零/负码速调整三种。这里，我们仅介绍正码速调整的原理。正码速调整是指通过只插入脉冲的方法，对码速进行调整。码速调整电路的主体是缓冲存储器；锁相环的任务就是使脉冲间隔均匀化。锁相环电路主要由鉴相器、低通滤波器及压控振荡器(VCO)等部分组成；此外，还有复接时钟产生电路，读、写时钟控制电路等。

正码速调整电路和码速恢复电路示意图分别如图5.37和图5.38所示。图5.37正码速调整电路图5.38码速恢复电路5.3.3复接抖动

在采用正码速调整的异步复接系统中，即使信道的信号没有抖动，复接器在复接分接过程中也会产生一种定时脉冲间隔不均匀的现象。这种由复接器本身产生的相位抖动称为插入定时抖动，简称插入抖动。

扣除插入脉冲后的时钟脉冲序列示意图如图5.39所示。图5.39扣除插入脉冲后的时钟脉冲序列由图中可以看出，时钟脉冲序列中有数处产生了抖动：(1)由于扣除帧同步码而产生的抖动。

(2)由于扣除插入标志码而产生的抖动。

(3)扣除码速调整插入脉冲所产生的抖动。其指扣除第160位脉冲所产生的抖动。