通信原理第八

1、1盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站第八章 多路復(fù)用與數(shù)字復(fù)接8.1 頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）原理）原理8.2 8.2 時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（TDMTDM）原理）原理8.3 8.3 準(zhǔn)同步數(shù)字體系（準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDHPDH） 8.4 8.4 同步數(shù)字體系（同步數(shù)字體系（SDHSDH） 2盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.1.1 8.1.1 直接法直接法FDMFDM當(dāng)復(fù)用的路數(shù)不是很大時(shí)可用直接法實(shí)現(xiàn)FDM。 頻分多路復(fù)用是指將多路信號(hào)按頻率的不同進(jìn)行復(fù)接并傳輸?shù)姆椒?。在頻分多路復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個(gè)相互不重疊的頻段，每路信號(hào)占用其中一個(gè)頻段，因而在接收端可采用適當(dāng)?shù)膸V

2、波器將多路信號(hào)分開(kāi)，從而恢復(fù)出所需要的原始信號(hào)，這個(gè)過(guò)程就是多路信號(hào)復(fù)接和分接的過(guò)程。 8.1頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）原理）原理 3盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-1 (a)是頻分多路復(fù)用的系統(tǒng)原理框圖。設(shè)有N路相似的消息信號(hào)f1(t)，f2(t)，fN(t)，各消息的頻譜范圍為Wm。 由系統(tǒng)框圖可見(jiàn)，在系統(tǒng)的輸入端，首先要將各消息復(fù)接，各路輸入信號(hào)先通過(guò)低通濾波器(LPF), 以消除信號(hào)中的高頻成分， 使之變?yōu)閹扌盘?hào)。然后將這一帶限信號(hào)分別對(duì)不同頻率的載波進(jìn)行調(diào)制，N路載波c1， c2，cN，稱為副載波。 若輸入信號(hào)是模擬信號(hào)，則調(diào)制方式可以是DSB-SC、AM、SSB、 V

3、SB 或FM，其中SSB方式頻帶利用率最高，若輸入信號(hào)是數(shù)字信號(hào)， 則調(diào)制方式可以是ASK、FSK、PSK等各種數(shù)字調(diào)制。 4盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-1 直接法FDM系統(tǒng)的原理圖及頻譜圖(a) 系統(tǒng)原理框圖； (b) 頻譜圖 5盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站在某些信道中，總信號(hào)fs(t)可以直接在信道中傳輸，這時(shí)所需的最小帶寬為 WSSB=NWm+(N-1)Wg=Wm+(N-)Ws 在無(wú)線信道中，如采用微波頻分復(fù)用線路，總信號(hào)fs(t)還必須經(jīng)過(guò)二次調(diào)制，這時(shí)所使用的主載波a要比副載波cN高得多。 最后，系統(tǒng)把載波為a的已調(diào)波信號(hào)送入信道發(fā)送出去。主載波調(diào)制器MOD可以采用任意調(diào)制方式

4、，視系統(tǒng)的具體情況而定， 通常采用調(diào)頻(FM)方式。 （8-1） 6盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站5.1.2 復(fù)級(jí)法復(fù)級(jí)法FDM當(dāng)復(fù)用路數(shù)很大時(shí)，可以采用復(fù)級(jí)法實(shí)現(xiàn)FDM，通常利用多級(jí)調(diào)制產(chǎn)生合成信號(hào)fs(t)。 考慮兩級(jí)調(diào)制，若將N個(gè)信號(hào)分成m個(gè)組，每組由n路單邊帶信號(hào)組成， 每路調(diào)制在一個(gè)副載波上，則各組的副載波應(yīng)當(dāng)相同，顯然，這時(shí)選擇的mnN。具有相同頻譜寬度的m個(gè)已調(diào)信號(hào)再進(jìn)行第二次單邊帶調(diào)制，所用的m個(gè)主載波為a1, a2, , am ，這些載波間隔應(yīng)大于nWm。最后將m組單邊帶信號(hào)合成為總信號(hào)fs(t)送入信道傳輸。 復(fù)級(jí)法FDM的系統(tǒng)原理框圖及頻譜圖如圖8-2(a)、(b)所示。

5、7盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖 8-2 復(fù)級(jí)法FDM的系統(tǒng)原理框圖及頻譜圖(a) 系統(tǒng)原理框圖； (b) 頻譜圖 8盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站 將直接法和復(fù)接法進(jìn)行比較可知，兩者最大容量均為N=mn，但所用的載波數(shù)不同，直接法所用的載波數(shù)為mn，而復(fù)接法為(m+n)， 故可節(jié)約載波數(shù)為(mn-m-n)。 在兩級(jí)復(fù)用系統(tǒng)中，復(fù)級(jí)法需要(mn+m)個(gè)調(diào)制器， 而直接法需要mn個(gè)， 兩級(jí)復(fù)用比單級(jí)多用m個(gè)調(diào)制器。 實(shí)際的多路載波電話系統(tǒng)采用多級(jí)調(diào)制、分層結(jié)構(gòu)形式， 圖8-3給出了實(shí)際系統(tǒng)的框圖和頻譜結(jié)構(gòu)圖。 9盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-3 多路載波電話系統(tǒng)的組成及頻譜結(jié)構(gòu)圖(a) 多路載

6、波電話系統(tǒng)原理框圖； (b) 話音信號(hào)基帶頻譜圖；(c) 基群信號(hào)的頻譜配置； (d) 超群信號(hào)的頻譜配置 1212第一級(jí)MUX125第一級(jí)MUX1210第一級(jí)MUX基群超群主群(a)話音信道10盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-3 多路載波電話系統(tǒng)的組成及頻譜結(jié)構(gòu)圖(a) 多路載波電話系統(tǒng)原理框圖； (b) 話音信號(hào)基帶頻譜圖；(c) 基群信號(hào)的頻譜配置； (d) 超群信號(hào)的頻譜配置 f0 4kHz60 kHz108 kHz48 kHz(b)(c)148 kHz196 kHz1211109 8 7 6 5 4 3 2 1121110987654321基群 A(LSB)基群 B(USB)11盛

7、威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-3 多路載波電話系統(tǒng)的組成及頻譜結(jié)構(gòu)圖(a) 多路載波電話系統(tǒng)原理框圖； (b) 話音信號(hào)基帶頻譜圖；(c) 基群信號(hào)的頻譜配置； (d) 超群信號(hào)的頻譜配置 121121121121121312 kHz552 kHz60 kHz300 kHz超群 1(LSB)超群 2(USB)1121121121121125432112345( d )12盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站 由此可見(jiàn)，第一次復(fù)用時(shí)將12路話音信號(hào)合成為一個(gè)基群；第二次復(fù)用時(shí)將個(gè)基群復(fù)用為一個(gè)超群，共60路電話；第三次再將10路超群復(fù)用為一個(gè)主群，共600路電話。如果需要更多的電話，可以將多個(gè)主群再進(jìn)

8、行復(fù)用，組成超主群或者巨群。每路電話信號(hào)的頻率范圍應(yīng)在3003400Hz，為了在各路已調(diào)信號(hào)間留有保護(hù)間隔，每路電話信號(hào)取4000Hz作為標(biāo)準(zhǔn)帶寬。圖8-3(a)是多路載波電話系統(tǒng)原理框圖；8-3(b)是語(yǔ)音信號(hào)基帶頻譜。 13盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站一個(gè)基群由12路話音輸入復(fù)用而成，其中，第n路所用載頻fcn=112-4n，n=1，2，12，每路話音占4kHz帶寬，采用單邊帶下邊帶調(diào)制(LSB)，12路話音共48kHz帶寬，頻率范圍為60108kHz。若采用單邊帶上邊帶調(diào)制(USB)，則頻率范圍為148196kHz，其頻譜配置如圖8-3(c)所示。 14盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站一個(gè)超

9、群由5個(gè)基群復(fù)用而成，共60路電話，調(diào)制時(shí)所有主載波為fam=372+48m，m=1，2，5。同樣選用單邊帶下邊帶調(diào)制，經(jīng)濾波后復(fù)接成一個(gè)超群，頻率范圍為312552 kHz，共240 kHz帶寬。若采用單邊帶上邊帶調(diào)制，則頻率范圍為60300kHz。 一個(gè)主群由10個(gè)超群復(fù)用而成，共600路電話。主群頻率配置方式共有兩種標(biāo)準(zhǔn)，L600和U600，其頻譜配置如圖8-4所示。 L600的頻率為602788 kHz，U600的頻率范圍為5643084 kHz。 15盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-4 主群頻譜配置圖(a) L600主群頻譜配置圖； (b) U600主群頻譜配置圖 16盛威網(wǎng)：專業(yè)

10、的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)就是一個(gè)典型的采用FDM方式實(shí)現(xiàn)立體聲廣播的例子，其發(fā)送端原理框圖如圖8-5（a）所示。 假設(shè)m1(t)、m2(t)為帶寬相同的左右兩路聲道基帶信號(hào)， 其頻譜結(jié)構(gòu)如圖85(b)所示，系統(tǒng)以19 kHz的單頻信號(hào)作為導(dǎo)頻插入發(fā)射信號(hào)之中，以便于在接收端提取相干載波和立體聲指示， 調(diào)頻立體聲廣播系統(tǒng)占用頻段為88108 MHz。 17盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站在調(diào)頻之前，首先采用抑制載波雙邊帶調(diào)制將左右兩個(gè)聲道信號(hào)之差m1(t)m2(t)(t)與左右兩個(gè)聲道信號(hào)之和 m1(t)m2(t) 實(shí)行頻分復(fù)用。 復(fù)用后的立體聲信號(hào)頻譜結(jié)構(gòu)如圖5-5(c)所示。 圖8-5

11、 中，015kHz用于傳送m1(t)m2(t)信號(hào)，2353kHz用于傳送 m1(t)m2(t)(t) 信號(hào)，19kHz就是單一頻率的導(dǎo)頻信號(hào)。 在接收端為了恢復(fù)出相應(yīng)的左、右聲道信號(hào)m1(t)和m2(t) ， 就要采取相應(yīng)的解調(diào)和分接處理。 接收端框圖如圖8-5(d)所示。 18盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-5 調(diào)頻立體聲系統(tǒng)原理框圖(a) 發(fā)送端框圖； (b) 基帶信號(hào)頻譜； (c) 復(fù)用信號(hào)頻譜； (d) 接收端框圖 19盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.2 時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（TDM） 8.2.1 TDM基本原理基本原理在模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸中，抽樣定律告訴我們，一個(gè)頻帶限制在

12、0到fx以內(nèi)的低通模擬信號(hào)x(t)，可以用時(shí)間上離散的抽樣值來(lái)傳輸，抽樣值中包含有x(t)的全部信息，當(dāng)抽樣頻率fs2fx時(shí)，可以從已抽樣的輸出信號(hào)中用一個(gè)帶寬為fxBfs-fx的理想低通濾波器不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。 由于單路抽樣信號(hào)在時(shí)間上離散的相鄰脈沖間有很大的空隙，在空隙中插入若干路其他抽樣信號(hào)，只要各路抽樣信號(hào)在時(shí)間上不重疊并能區(qū)分開(kāi)，那么一個(gè)信道就有可能同時(shí)傳輸多路信號(hào)，達(dá)到多路復(fù)用的目的。這種多路復(fù)用稱為時(shí)分多路復(fù)用（TDM）。 20盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站下面以PAM為例說(shuō)明TDM原理。 假設(shè)有N路PAM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用，系統(tǒng)框圖如圖5-11所示。各路信號(hào)首先通過(guò)相應(yīng)的

13、低通濾波器(LPF)使之變?yōu)閹扌盘?hào)，然后送到抽樣電子開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)以每Ts秒將各路信號(hào)依次抽樣一次，這樣N個(gè)樣值按先后順序錯(cuò)開(kāi)插入抽樣間隔Ts之內(nèi)， 最后得到復(fù)用信號(hào)是N個(gè)抽樣信號(hào)之和，如圖5-11(e)所示。 各路信號(hào)脈沖間隔為T(mén)s，各路復(fù)用信號(hào)脈沖的間隔為T(mén)s/N。由各個(gè)消息構(gòu)成單一抽樣的一組脈沖叫做一幀，一幀中相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔叫做時(shí)隙，未被抽樣脈沖占用的時(shí)隙叫做保護(hù)時(shí)間。 21盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖 8-6TDM系統(tǒng)框圖及波形22盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.2.2 TDM信號(hào)的帶寬及相關(guān)問(wèn)題信號(hào)的帶寬及相關(guān)問(wèn)題1.抽樣速率抽樣速率fs、抽樣脈沖寬度、抽樣脈沖寬度和

14、復(fù)用路數(shù)和復(fù)用路數(shù)N的關(guān)系的關(guān)系按照抽樣定理，抽樣速率fs2fx，以話音信號(hào)x(t)為例，通常取fs 為8 kHz，即抽樣周期Ts=125s，抽樣脈沖的寬度要比125s還小。 對(duì)于N路時(shí)分復(fù)用信號(hào)，在抽樣周期Ts內(nèi)要順序地插入N路抽樣脈沖，而且各個(gè)脈沖間要留出一些空隙作保護(hù)時(shí)間，若取保護(hù)時(shí)間tg和抽樣脈沖寬度相等，這樣抽樣脈沖的寬度=Ts/2N，N越大，就越小，但不能太小。因此，時(shí)分復(fù)用的路數(shù)也不能太大。 23盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 2. 信號(hào)帶寬信號(hào)帶寬B B與路數(shù)與路數(shù)N N的關(guān)系的關(guān)系時(shí)分復(fù)用信號(hào)的帶寬有不同的含義。一種是信號(hào)本身具有的帶寬，從理論上講，TDM信號(hào)是一個(gè)窄脈沖序

15、列， 它應(yīng)具有無(wú)窮大的帶寬，但其頻譜的主要能量集中在01/以內(nèi)。因此， 從傳輸主要能量的觀點(diǎn)考慮 ss4221NfNfB(8-2) 從另一方面考慮，如果我們不是傳輸復(fù)用信號(hào)的主要能量，也不要求脈沖序列的波形不失真，只要求傳輸抽樣脈沖序列的包絡(luò)，因?yàn)槌闃用}沖的信息攜帶在幅度上，所以，只要幅度信息沒(méi)有損失，那么脈沖形狀的失真就無(wú)關(guān)緊要。 24盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站根據(jù)抽樣定律，一個(gè)頻帶限制在fx的信號(hào)，只要有fx個(gè)獨(dú)立的信息抽樣值，就可用帶寬B= fx的低通濾波器恢復(fù)原始信號(hào)。 N個(gè)頻帶都是fx的復(fù)用信號(hào)，它們的獨(dú)立對(duì)應(yīng)值為2Nfx=Nfs。 如果將信道表示為一個(gè)理想的低通濾波器，為了防止組

16、合波形丟失信息， 傳輸帶寬必須滿足 xNfNfB2s上式表明，N路信號(hào)時(shí)分復(fù)用時(shí)每秒Nfx中的信息可以在Nfs/2的帶寬內(nèi)傳輸。 總的來(lái)說(shuō)，帶寬B與Nfs成正比。對(duì)于話音信號(hào)， 抽樣速率fs一般取8 kHz，因此，路數(shù)N越大，帶寬B就越大。 (8-3) 25盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站對(duì)于TDM信號(hào)，需要注意以下幾個(gè)問(wèn)題：(1)時(shí)分復(fù)用后得到的總和信號(hào)仍然是基帶信號(hào)，只不過(guò)這個(gè)總和信號(hào)的脈沖速率是單路抽樣信號(hào)的N倍，即 sNff (8-4) 這個(gè)信號(hào)可以通過(guò)基帶傳輸系統(tǒng)直接傳輸，也可以經(jīng)過(guò)頻帶調(diào)制后在頻帶傳輸信道中進(jìn)行傳輸。(2)在TDM系統(tǒng)中，發(fā)送端的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)與接收端的分路開(kāi)關(guān)必須嚴(yán)格同步，

17、否則系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)紊亂。 26盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.2.3 8.2.3 TDMTDM與與FDMFDM的比較的比較1. 1. 關(guān)于復(fù)用原理關(guān)于復(fù)用原理FDM是用頻率來(lái)區(qū)分同一信道上同時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)，各信號(hào)在頻域上是分開(kāi)的，而在時(shí)域上是混疊在一起的。 TDM是在時(shí)間上區(qū)分同一信道上依次傳輸?shù)男盘?hào)，各信號(hào)在時(shí)域上是分開(kāi)的，而在頻域上是混疊在一起的。 FDM與TDM各路信號(hào)在頻譜和時(shí)間上的特性比較如圖8-7所示。 27盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-7FDM與TDM各路信號(hào)在頻譜和時(shí)間上的特性比較 28盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 2. 關(guān)于設(shè)備復(fù)雜性關(guān)于設(shè)備復(fù)雜性就復(fù)用部分而言，F(xiàn)DM設(shè)

18、備相對(duì)簡(jiǎn)單，TDM設(shè)備較為復(fù)雜； 就分路部分而言，TDM信號(hào)的復(fù)用和分路都是采用數(shù)字電路來(lái)實(shí)現(xiàn)的，通用性和一致性較好，比FDM的模擬濾波器分路簡(jiǎn)單、 可靠，而且TDM中的所有濾波器都是相同的濾波器。 FDM中要用到不同的載波和不同的帶通濾波器，因而濾波設(shè)備相對(duì)復(fù)雜。 總的比較， TDM的設(shè)備要簡(jiǎn)單些。 29盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站3. 3. 關(guān)于信號(hào)間干擾關(guān)于信號(hào)間干擾在FDM系統(tǒng)中，信道的非線性會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真和高次諧波，引起話間串?dāng)_，因此，F(xiàn)DM對(duì)線性的要求比單路通信時(shí)要嚴(yán)格得多；在TDM系統(tǒng)中，多路信號(hào)在時(shí)間上是分開(kāi)的，因此, 對(duì)線性的要求與單路通信時(shí)的一樣，對(duì)信道的非線性失真

19、要求可降低，系統(tǒng)中各路間串話比FDM的要小。 30盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站4. 4. 關(guān)于傳輸帶寬關(guān)于傳輸帶寬從前面關(guān)于FDM及TDM對(duì)信道傳輸帶寬的分析可知， 兩種系統(tǒng)的帶寬是一樣的，N路復(fù)用時(shí)對(duì)信道帶寬的要求都是單路的N倍。31盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.2.4時(shí)分復(fù)用的時(shí)分復(fù)用的PCM通信系統(tǒng)通信系統(tǒng) PCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎(chǔ)上經(jīng)過(guò)量化和編碼，把PAM中的一個(gè)抽樣值量化后編為k位二進(jìn)制代碼。圖8-8表示一個(gè)3路TDMPCM方框圖。 圖8-8(a)為發(fā)送端方框圖。語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和低通濾波后得x1(t)、x2(t)、x3(t)；然后經(jīng)過(guò)抽樣得3路PAM信號(hào)xs

20、1(t)、xs2(t)、xs3(t)，它們?cè)跁r(shí)間上是分開(kāi)的，由各路發(fā)定時(shí)取樣脈沖控制。3路PAM信號(hào)一起加到量化和編碼器上進(jìn)行編碼，每個(gè)PAM信號(hào)的抽樣脈沖經(jīng)量化后編為k位二進(jìn)制代碼。編碼后的PCM代碼經(jīng)碼型變換，變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)拇a型，然后經(jīng)過(guò)信道傳到接收端。 32盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-8TDMPCM方框圖 (a)發(fā)送端方框圖；(b)接收端方框圖33盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.2.5 PCM 30/32路典型終端設(shè)備介紹路典型終端設(shè)備介紹 1. 1. 基本特性基本特性話路數(shù)目：30。抽樣頻率： 8 kHz。 壓擴(kuò)特性：A=87.6/13折線壓擴(kuò)律， 編碼位數(shù)k=8， 采用逐

21、次比較型編碼器，其輸出為折疊二進(jìn)制碼。每幀時(shí)隙數(shù)：32。 總數(shù)碼率： 8328000=2048 kb/s。 34盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站2. 2. 幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)見(jiàn)圖8-9。 (1) 時(shí)隙分配。在PCM30/32路的制式中，抽樣周期為1/8000=125s，它被稱為一個(gè)幀周期，即125s為一幀。 一幀內(nèi)要時(shí)分復(fù)用32路，每路占用的時(shí)隙為125/32=3.9 s，稱為 1 個(gè)時(shí)隙。因此一幀有32個(gè)時(shí)隙，按順序編號(hào)為T(mén)S0、 TS1、TS31。時(shí)隙的使用分配為 TS1TS15、TS17TS31為30個(gè)話路時(shí)隙。 TS0為幀同步碼，監(jiān)視碼時(shí)隙。 TS16為信令(振鈴、 占線

22、、摘機(jī)等各種標(biāo)志信號(hào))時(shí)隙。 35盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站(2) 話路比特的安排。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3.9s/8=488 ns，稱為1比特，編號(hào)為18。 第1比特為極性碼， 第24比特為段落碼，第58比特為段內(nèi)碼。 36盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站(3) TS0時(shí)隙比特分配。為了使收發(fā)兩端嚴(yán)格同步，每幀都要傳送一組特定標(biāo)志的幀同步碼組或監(jiān)視碼組。幀同步碼組為“0011011”，占用偶幀TS0的第28碼位。第1比特供國(guó)際通信用，不使用時(shí)發(fā)送“1”碼。奇幀比特分配為第3位為幀失步告警用，以A1表示。同步時(shí)送“0”碼，失步時(shí)送“1”碼。為避免奇幀TS0的第28碼位出

23、現(xiàn)假同步碼組，第2位碼規(guī)定為監(jiān)視碼，固定為“1”， 第48位碼為國(guó)內(nèi)通信用，目前暫定為“1”。 37盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站(4) TS16時(shí)隙的比特分配。若將TS16時(shí)隙的碼位按時(shí)間順序分配給各話路傳送信令，需要用16幀組成一個(gè)復(fù)幀，分別用F0、 F1、F15表示，復(fù)幀周期為2 ms，復(fù)幀頻率為500 Hz。 復(fù)幀中各子幀的TS16分配為： F0幀： 14碼位傳送復(fù)幀同步信號(hào)“0000”； 第6碼位傳送復(fù)幀失步對(duì)局告警信號(hào)A2，同步為“0”，失步為“1”。 5、 7、 8碼位傳送“1”碼。 F1F15各幀的TS16前4比特傳115話路信令信號(hào)，后4比特傳1630話路的信令信號(hào)。 38盛威

24、網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-9幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu) 39盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站3.PCM 30/323.PCM 30/32路設(shè)備方框圖路設(shè)備方框圖圖8-10給出了PCM30/32路設(shè)備方框圖。它是按群路編譯碼方式畫(huà)出的。 基本工作過(guò)程是將30路抽樣序列合成后再由一個(gè)編碼器進(jìn)行編碼。由于大規(guī)模集成電路的發(fā)展，編碼和譯碼可做在一個(gè)芯片上，稱單路編譯碼器。目前廠家生產(chǎn)的PCM 30/32路系統(tǒng)幾乎都是單路編譯碼器構(gòu)成的， 這時(shí)每話路的相應(yīng)樣值各自編成8位碼以后再合成總的話音碼流，然后再與幀同步碼和信令碼匯總，經(jīng)碼型變換后再發(fā)送出去。單路編譯碼片構(gòu)成的PCM 30/32路方框圖見(jiàn)圖8-11。 40盛威

25、網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖 8-10 PCM30/32路設(shè)備方框圖 市話局出入中繼放大低通放大低通群路譯碼12分路分離碼型反變換再生收群路編碼12抽樣( TS1)匯總碼型變換發(fā)(TS2)30(TS31)30信令收邏輯幀同步碼檢出收定時(shí)系統(tǒng)D1D8TS1TS31TS0TS16信令發(fā)邏輯幀同步碼發(fā)生發(fā)定時(shí)系統(tǒng)2048kHz時(shí)鐘TS1TS31D1D2D8TS16TS0D1 D841盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖 8-11 單路編譯碼片構(gòu)成的PCM30/32路方框圖 復(fù)接側(cè)分接側(cè)單路芯片D/AA/D單路芯片D/AA/D單路芯片D/AA/DCH1CH2CH31幀碼發(fā)生器發(fā)定時(shí)CPXTS0XTS31XTS

26、0X信令信令線路譯碼再生收定時(shí)CPRTS0RTS31R信道線路譯碼復(fù)接側(cè)分接側(cè)單路芯片D/AA/D單路芯片D/AA/D單路芯片D/AA/DCH31CH2CH1幀碼發(fā)生器發(fā)定時(shí)CPXTS0XTS31X信令信令線路譯碼再生收定時(shí)CPRTS0RTS31R信道線路譯碼同步電路同步電路42盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.3準(zhǔn)同步數(shù)字體系準(zhǔn)同步數(shù)字體系 8.3.18.3.1數(shù)字復(fù)接的概念和方法數(shù)字復(fù)接的概念和方法 圖8-12是數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的方框圖。從圖中可見(jiàn)，數(shù)字復(fù)接設(shè)備包括數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器，數(shù)字復(fù)接器是把兩個(gè)以上的低速數(shù)字信號(hào)合并成一個(gè)高速數(shù)字信號(hào)的設(shè)備；數(shù)字分接器是把高速數(shù)字信號(hào)分解成相應(yīng)的低速

27、數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。一般把兩者做成一個(gè)設(shè)備，簡(jiǎn)稱數(shù)字復(fù)接器。 43盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站碼速調(diào)整復(fù) 接1234定 時(shí)外鐘分接恢復(fù)支路合路同步定 時(shí)分接器復(fù)接器圖8-12數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖 44盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站數(shù)字復(fù)接器由定時(shí)單元、調(diào)整單元和同步復(fù)接單元組成； 分接器由同步、定時(shí)、分接和支路碼速恢復(fù)單元組成。 在數(shù)字復(fù)接器中，復(fù)接單元輸入端上各支路信號(hào)必須是同步的，即數(shù)字信號(hào)的頻率與相位完全是確定的關(guān)系。只要使各支路數(shù)字脈沖變窄，將相位調(diào)整到合適位置，并按照一定的幀結(jié)構(gòu)排列起來(lái)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字合路復(fù)接功能。如果復(fù)接器輸入端的各支路信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)是同步的，稱為同步復(fù)接器。 如果不是

28、同步的，則稱為異步復(fù)接器。如果輸入支路數(shù)字信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)標(biāo)稱速率相同，但實(shí)際上有一個(gè)很小的容差， 這種復(fù)接器稱為準(zhǔn)同步復(fù)接器。 45盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.3.28.3.2同步復(fù)接與異步復(fù)接同步復(fù)接與異步復(fù)接 1.1.同步復(fù)接同步復(fù)接同步復(fù)接是用一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘來(lái)控制被復(fù)接的幾個(gè)低次群，使這幾個(gè)低次群的數(shù)碼率統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上，可直接復(fù)接。同步復(fù)接方法的缺點(diǎn)是一旦主時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)的通信系統(tǒng)將全部中斷，所以它只限于在局部地區(qū)使用。 46盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站2.2.異步復(fù)接異步復(fù)接異步復(fù)接中使用碼速調(diào)整。碼速調(diào)整技術(shù)可分為正碼速調(diào)整、正/負(fù)碼速調(diào)整和正/零/負(fù)碼速調(diào)整

29、三種。其中正碼速調(diào)整的應(yīng)用最為普遍。正碼速調(diào)整的含義是使調(diào)整以后的速率比任一支路可能出現(xiàn)的最高速率還要高。例如PCM30/32路二次群碼速調(diào)整后每一支路速率均為2112kb/s，而一次群調(diào)整前的速率在2048kb/s上下波動(dòng)，但總不會(huì)超過(guò)2112kb/s。47盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站根據(jù)支路碼速的具體變化情況，適當(dāng)?shù)卦诟髦凡迦胍恍┱{(diào)整碼元，使其瞬時(shí)碼速都達(dá)到2112kb/s(這個(gè)速率還包括幀同步、業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)、控制等碼元)，這是正碼速調(diào)整的任務(wù)。碼速恢復(fù)過(guò)程則把因調(diào)整速率而插入的調(diào)整碼元及幀同步碼元等去掉，恢復(fù)出原來(lái)的支路碼流。正碼速調(diào)整的具體實(shí)施總是按規(guī)定的幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行的。例如PCM30/3

30、2路二次群異步復(fù)接時(shí)就是按圖813所示的幀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。 48盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-13二次群異步復(fù)接時(shí)的幀結(jié)構(gòu)(a)復(fù)接前的幀結(jié)構(gòu)；(b)復(fù)接后的幀結(jié)構(gòu) 49盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-14正碼速調(diào)整原理 50盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站通過(guò)圖8-14中的相位比較器可以在緩存器快要讀空時(shí)發(fā)出一指令，命令2112kHz時(shí)鐘停讀一次，使緩存器中的存儲(chǔ)量增加，而這一次停讀就相當(dāng)于使圖8-13(a)的V1比特位置沒(méi)有置入信碼,而只是一位作為碼速調(diào)整的比特。圖8-13(a)幀結(jié)構(gòu)的意義就是每212比特進(jìn)行相位比較(比相)一次，即作一次是否需要調(diào)整的判決。判決結(jié)果需要停讀，V1就是調(diào)整比

31、特；不需要停讀，V1就仍然是信碼。這樣一來(lái),就把在2048kb/s上下波動(dòng)的支路碼流都變成了同步的2112kb/s碼流。在復(fù)接器中，每個(gè)支路都要經(jīng)過(guò)正碼速的調(diào)整。由于各支路的讀出時(shí)鐘都是由復(fù)接器提供的同一時(shí)鐘2112kHz，因此經(jīng)過(guò)這樣調(diào)整，就使4個(gè)支路的瞬時(shí)數(shù)碼率都相同，即均為2112kb/s，故一個(gè)復(fù)接幀長(zhǎng)為8448bit，其幀結(jié)構(gòu)如圖8-13(b)所示。 51盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.3.38.3.3PCMPCM高次群高次群目前，國(guó)際上主要有兩大系列的準(zhǔn)同步數(shù)字體系，即PCM24路系列和PCM30/32路系列。我國(guó)和一些歐洲國(guó)家采用30/32路系列，以2048kb/s作為一次群；日

32、本和一些北美國(guó)家采用24路（兩者略有不同）系列，以1544kb/s作為一次群。然后分別以一次群為基礎(chǔ)，構(gòu)成更高速率的二、三、四、五次群，如表8-1所示。 52盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站表表8-1準(zhǔn)同步數(shù)字體系速率系列和復(fù)用路數(shù)準(zhǔn)同步數(shù)字體系速率系列和復(fù)用路數(shù) 53盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站在表8-1中，二次群(以30/32路作為一次群為例)的標(biāo)準(zhǔn)速率8448kb/s20484=8192kb/s。其他高次群復(fù)接速率也存在類似問(wèn)題。這些多出來(lái)的碼元是用來(lái)解決幀同步、業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)以及控制等問(wèn)題的。復(fù)接后的大容量高速數(shù)字流可以通過(guò)電纜、光纖、微波、衛(wèi)星等信道傳輸。光纖將取代電纜，衛(wèi)星利用微波段傳輸信號(hào)

33、。因此，大容量的高速數(shù)字流主要是通過(guò)光纖和微波來(lái)傳輸?shù)摹＝?jīng)濟(jì)效益分析表明，二次群以上用光纖、微波傳輸都是合算的?；?0/32路系列數(shù)字復(fù)接體系(E體系)的結(jié)構(gòu)圖如圖8-15所示。 54盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-15PCM30/32路系列數(shù)字復(fù)接體系(E體系)的結(jié)構(gòu)圖 55盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.4同步數(shù)字體系同步數(shù)字體系 8.4.18.4.1SDHSDH的基本概念的基本概念自20世紀(jì)80年代中期以來(lái)，光纖通信在電信網(wǎng)中獲得了廣泛應(yīng)用，其應(yīng)用范圍已逐步從長(zhǎng)途通信、市話局間中繼通信轉(zhuǎn)向用戶入網(wǎng)。光纖通信優(yōu)良的寬帶特性、傳輸性能和低廉的價(jià)格正使之成為電信網(wǎng)的主要傳輸手段。然而，隨著

34、電信網(wǎng)的發(fā)展和用戶要求的提高，光纖通信中的傳統(tǒng)準(zhǔn)同步(PDH)系統(tǒng)暴露出了一些固有的弱點(diǎn)：(1)歐洲、北美和日本等國(guó)規(guī)定的語(yǔ)音信號(hào)編碼率各不相同，這就給國(guó)際間的信號(hào)互通造成困難。 56盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站(2)沒(méi)有世界性的標(biāo)準(zhǔn)光接口規(guī)范，導(dǎo)致各廠家自行開(kāi)發(fā)的專用接口(包括碼型)在光路上無(wú)法實(shí)現(xiàn)互通，只有通過(guò)光/電變換成標(biāo)準(zhǔn)電接口(G.703建議)后才能互通，從而限制了聯(lián)網(wǎng)應(yīng)用的靈活性，也增加了網(wǎng)絡(luò)運(yùn)營(yíng)成本。(3)低速支路信號(hào)不能直接接入高速信號(hào)通路，例如目前低速支路多數(shù)采用準(zhǔn)同步復(fù)接，而且大多數(shù)采用正碼速調(diào)整來(lái)形成高速信號(hào)，其結(jié)構(gòu)復(fù)雜。 (4)系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)、管理與維護(hù)能力受到限制。 57盛

35、威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站SDH是由一些網(wǎng)絡(luò)單元(例如終端復(fù)用器TM、分插復(fù)用器ADM、同步數(shù)字交叉連接設(shè)備SDXC等)組成的，在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接的網(wǎng)絡(luò)，其關(guān)鍵是：(1)具有全世界統(tǒng)一的網(wǎng)絡(luò)節(jié)點(diǎn)接口(NNI)；(2)有一套標(biāo)準(zhǔn)化的信息結(jié)構(gòu)等級(jí)，稱為同步傳輸模塊(STM-1、STM-4、STM16和STM-64)；(3)幀結(jié)構(gòu)為頁(yè)面式，具有豐富的用于維護(hù)管理的比特；(4)所有網(wǎng)絡(luò)單元都有標(biāo)準(zhǔn)光接口； 58盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站(5)有一套靈活的復(fù)用結(jié)構(gòu)和指針調(diào)整技術(shù)，允許現(xiàn)有的準(zhǔn)同步數(shù)字體系、同步數(shù)字體系和B-ISDN信號(hào)都能進(jìn)入其幀結(jié)構(gòu)，因而具有廣泛的適應(yīng)性；(6)

36、大量采用軟件進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)配置和控制，使得功能開(kāi)發(fā)、性能改變較為方便，以適應(yīng)將來(lái)發(fā)展需要。為了比較PDH和SDH，這里以從140Mb/s碼源中分插一個(gè)2Mb/s支路信號(hào)的任務(wù)為例來(lái)加以說(shuō)明，其工作過(guò)程如圖8-16所示。 59盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-16分插信號(hào)流圖的比較 60盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站8.4.2SDH的速率和幀結(jié)構(gòu)的速率和幀結(jié)構(gòu)在 S D H 網(wǎng) 絡(luò) 中 ， 信 息 是 以 “ 同 步 傳 輸 模 塊（SynchronousTransportModule，STM）”的結(jié)構(gòu)形式傳輸?shù)?。一個(gè)同步傳輸模塊（STM）主要由信息有效負(fù)荷和段開(kāi)銷(xiāo)（SectionOverHead，SO

37、H）組成塊狀幀結(jié)構(gòu)。SDH最基本的模塊信號(hào)是STM-1，其速率是155.520Mb/s。更高等級(jí)的STM-N是將基本模塊信號(hào)STM-1同步復(fù)用、字節(jié)間插的結(jié)果。其中N是正整數(shù)，可以取1、4、16、64。ITU-TG.707建議規(guī)范的SDH標(biāo)準(zhǔn)速率如表8-2所示。 61盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站表表8-2SDH標(biāo)準(zhǔn)速率標(biāo)準(zhǔn)速率 STM-N的幀結(jié)構(gòu)如圖8-17所示，它由270N列9行組成，即幀長(zhǎng)度為9270N個(gè)字節(jié)，或98270N個(gè)比特，幀重復(fù)周期為125s。 62盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站圖8-17 STM-N的幀結(jié)構(gòu)63盛威網(wǎng)：專業(yè)的計(jì)算機(jī)學(xué)習(xí)網(wǎng)站STM-N有3個(gè)主要區(qū)域，即段開(kāi)銷(xiāo)（SOH）、管理單元指針（AU-PTR）和信息凈負(fù)荷。圖中19N列的第13行和5 9行是段開(kāi)銷(xiāo)（SOH）信息；19N列的第4行用于管理單元指針（AU-PTR）；其余的用于信息凈負(fù)荷。對(duì)STM-1而言，幀長(zhǎng)度為2709個(gè)字節(jié)，或27098=19440比特，幀周期為125s，其比特速率為2709