數(shù)字通信原理第4章

1、第第4 4章章 時分多路復用時分多路復用及及PCM30/32PCM30/32路系統(tǒng)路系統(tǒng) 數(shù)字通信在實現(xiàn)多路通信時是采用的數(shù)字通信在實現(xiàn)多路通信時是采用的時分制多路方式，如何實現(xiàn)時分制多路通時分制多路方式，如何實現(xiàn)時分制多路通信是非常重要的。本章對時分多路復用的信是非常重要的。本章對時分多路復用的基本概念、基本概念、PCM30/32路系統(tǒng)的幀結構及幀路系統(tǒng)的幀結構及幀同步系統(tǒng)的工作原理、同步系統(tǒng)的工作原理、PCM30/32路的系統(tǒng)路的系統(tǒng)構成進行了說明。構成進行了說明。 時分多路復用通信時分多路復用通信4.1 PCM30/32 PCM30/32路系統(tǒng)路系統(tǒng)4.2 4.1.1 時分多路復用的概念

2、時分多路復用的概念 1. 多路復用的概念多路復用的概念 為了提高通信信道的利用率，使信號為了提高通信信道的利用率，使信號沿同一信道傳輸而不互相干擾，這種通信沿同一信道傳輸而不互相干擾，這種通信方式稱為多路復用。時分多路通信方式用方式稱為多路復用。時分多路通信方式用于數(shù)字通信，例如于數(shù)字通信，例如PCM通信。通信。 2. 時分多路復用的概念時分多路復用的概念 所謂時分多路復用（即時分制）是利所謂時分多路復用（即時分制）是利用各路信號在信道上占有不同的時間間隔用各路信號在信道上占有不同的時間間隔的特征來分開各路信號的。具體來說，將的特征來分開各路信號的。具體來說，將時間分成為均勻的時間間隔，將各路

3、信號時間分成為均勻的時間間隔，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隔內，以的傳輸時間分配在不同的時間間隔內，以達到互相分開的目的，如圖達到互相分開的目的，如圖4-1所示。所示。 我們可以用一個示意圖來對時分復用我們可以用一個示意圖來對時分復用進行說明。圖進行說明。圖4-2為時分多路復用示意圖。為時分多路復用示意圖。圖圖4-2 時分多路復用示意圖時分多路復用示意圖 很顯然，為了使通信正常的進行，在很顯然，為了使通信正常的進行，在收、發(fā)兩端的高速電子開關收、發(fā)兩端的高速電子開關k1、k2必須同必須同頻同相。頻同相。 4.1.2 PCM時分多路通信系統(tǒng)時分多路通信系統(tǒng)的構成的構成 PCM時分多路復

4、用通信系統(tǒng)的構成如時分多路復用通信系統(tǒng)的構成如圖圖4-3 所示。為簡化起見只繪出所示。為簡化起見只繪出3路信號復路信號復用情況，下面來說明時分復用通信系統(tǒng)的用情況，下面來說明時分復用通信系統(tǒng)的工作原理。工作原理。圖圖4-3 PCM時分多路復用通信系統(tǒng)的構成時分多路復用通信系統(tǒng)的構成 1 抗干擾，低通濾波，截止抗干擾，低通濾波，截止3.4kHz2采樣周期采樣周期T=125s,fs=8000Hz,ST為抽樣脈沖，各為抽樣脈沖，各路依次錯開，各路抽樣信號在時間上分開，實現(xiàn)多路依次錯開，各路抽樣信號在時間上分開，實現(xiàn)多路復用。路復用。3編碼需要時間，為了保證編碼精度，展寬多路抽編碼需要時間，為了保證編

5、碼精度，展寬多路抽樣值到整個時隙，將和路信號樣值到整個時隙，將和路信號PAM送保持。送保持。4經(jīng)過量化成為經(jīng)過量化成為PCM信號，一路信號，一路PCM信號（碼字）信號（碼字）占用一個路時隙。占用一個路時隙。5解碼還原和路解碼還原和路PAM信號，有量化誤差，一路碼信號，有量化誤差，一路碼字到齊后開始解碼，有延遲。字到齊后開始解碼，有延遲。6. 分路、低通濾波重新恢復各路原始話音信號。分路、低通濾波重新恢復各路原始話音信號。 以上是以以上是以3路話音信號為例作了一般的路話音信號為例作了一般的介紹。在實際應用中，復用路數(shù)是介紹。在實際應用中，復用路數(shù)是n路，如路，如PCM30/32，PCM24系統(tǒng)，

6、其道理是一樣系統(tǒng)，其道理是一樣的。的。 1.幀：抽樣時各路信號每輪一次的總時間（即開幀：抽樣時各路信號每輪一次的總時間（即開關旋轉一周的時間），也就是一個抽樣周期關旋轉一周的時間），也就是一個抽樣周期（tF=T）。）。2.路時隙：是和路的路時隙：是和路的PAM信號每個樣值信號每個樣值所允許的時間間隔所允許的時間間隔(tC= )。 3.位時隙：位時隙：1位碼占用的時間（位碼占用的時間（tB= ）。）。nT基本概念：基本概念：ltC 4.1.3 時分多路復用系統(tǒng)中的時分多路復用系統(tǒng)中的同步同步 數(shù)字通信的同步是指收發(fā)兩端的設備數(shù)字通信的同步是指收發(fā)兩端的設備在時間上協(xié)調一致的工作，也稱為定時。在時

7、間上協(xié)調一致的工作，也稱為定時。 為了保證在接收端能正確地接收或者為了保證在接收端能正確地接收或者能正確的區(qū)分每一路話音信號，時分多路能正確的區(qū)分每一路話音信號，時分多路復用系統(tǒng)中的收端和發(fā)端要做到同步，這復用系統(tǒng)中的收端和發(fā)端要做到同步，這種同步主要包括位同步（即時鐘同步）和種同步主要包括位同步（即時鐘同步）和幀同步。幀同步。 位同步就是碼元同步。在位同步就是碼元同步。在PCM多路復多路復用系統(tǒng)中，各類信號的傳輸與處理都是在用系統(tǒng)中，各類信號的傳輸與處理都是在規(guī)定的時間內進行的。規(guī)定的時間內進行的。4.1.4 時分多路復用系統(tǒng)中的幀同時分多路復用系統(tǒng)中的幀同步步幀同步的概念幀同步的概念 數(shù)字

8、信號序列常常以字或幀的方式傳數(shù)字信號序列常常以字或幀的方式傳輸。輸。 在在PCM30/32路系統(tǒng)中，在一個抽樣周路系統(tǒng)中，在一個抽樣周期內，要依次發(fā)送出期內，要依次發(fā)送出CH1CH30路的話音路的話音信號，構成一幀。為了在接收端能夠辨認信號，構成一幀。為了在接收端能夠辨認出每一幀的起止位置，在發(fā)送端必須提供出每一幀的起止位置，在發(fā)送端必須提供每幀的起止標志。每幀的起止標志。 幀同步的目地是要求收端與發(fā)端相應幀同步的目地是要求收端與發(fā)端相應的話路在時間上要對準，就是要從收到的的話路在時間上要對準，就是要從收到的信碼流中分辨出哪信碼流中分辨出哪8位是一個樣值的碼字，位是一個樣值的碼字，以便正確的解

9、碼；還要能分辨出這以便正確的解碼；還要能分辨出這8位碼是位碼是哪一個話路以便正確分路。哪一個話路以便正確分路。 這相當于收、發(fā)兩端的高速電子開關這相當于收、發(fā)兩端的高速電子開關k1，k2的旋轉起始位置相同。的旋轉起始位置相同。 為了要做到幀同步，要求在每個幀的為了要做到幀同步，要求在每個幀的第一個時隙位置安排標志碼，即幀同步碼，第一個時隙位置安排標志碼，即幀同步碼，以使接收端能識別判斷幀的開始位置是否以使接收端能識別判斷幀的開始位置是否與發(fā)端的位置相對應。與發(fā)端的位置相對應。 因為每一幀內各信號的位置是固定的，因為每一幀內各信號的位置是固定的，如果能把每幀的首尾辨別出來，就可以正如果能把每幀的

10、首尾辨別出來，就可以正確區(qū)分每一路信號，即實現(xiàn)幀同步。確區(qū)分每一路信號，即實現(xiàn)幀同步。 2. 幀同步電路的工作原理幀同步電路的工作原理 PCM復用系統(tǒng)為了完成幀同步功能，復用系統(tǒng)為了完成幀同步功能，在接收端還需要有兩種裝置：一是同步碼在接收端還需要有兩種裝置：一是同步碼識別裝置，二是調整裝置。識別裝置，二是調整裝置。 同步碼識別裝置用來識別接收的同步碼識別裝置用來識別接收的PCM信號序列中的同步標志碼位置；調整裝置，信號序列中的同步標志碼位置；調整裝置，當收、發(fā)兩端同步標志碼位置不對應時，當收、發(fā)兩端同步標志碼位置不對應時，需對收端進行調整以使其兩者位置相對應。需對收端進行調整以使其兩者位置相

11、對應。這些裝置統(tǒng)稱為幀同步電路。這些裝置統(tǒng)稱為幀同步電路。設本地幀碼比設本地幀碼比PCM碼流中的幀碼提取碼流中的幀碼提取2bit出現(xiàn)，調整過程如下：出現(xiàn)，調整過程如下：第一次比較：收的第一次比較：收的 PCM碼：碼：1 0 0 1 1 0 本地幀碼：本地幀碼： 1 0 0 1 1 0 1 1經(jīng)同步識別，發(fā)現(xiàn)碼型不相同，本地幀碼扣除經(jīng)同步識別，發(fā)現(xiàn)碼型不相同，本地幀碼扣除8位，重發(fā)位，重發(fā)8位；位；第二次比較：收的第二次比較：收的 PCM碼：碼：1 0 0 1 1 0 1 本地幀碼：本地幀碼： 1 0 0 1 1 0 1 1經(jīng)同步識別，發(fā)現(xiàn)碼型不相同，本地幀碼再扣除經(jīng)同步識別，發(fā)現(xiàn)碼型不相同，本

12、地幀碼再扣除8位，重發(fā)位，重發(fā)8位。位。調整兩次，即可同步。調整兩次，即可同步。 3. 幀同步系統(tǒng)中的保護電路幀同步系統(tǒng)中的保護電路 為了減少系統(tǒng)工作中出現(xiàn)假失步的現(xiàn)為了減少系統(tǒng)工作中出現(xiàn)假失步的現(xiàn)象，避免誤判，一般系統(tǒng)中并不是將一次象，避免誤判，一般系統(tǒng)中并不是將一次比較結果就作為是否失步的判決依據(jù)，而比較結果就作為是否失步的判決依據(jù)，而是連續(xù)觀察幾次比較結果，如果幾次都不是連續(xù)觀察幾次比較結果，如果幾次都不能對準信號序列中的同步碼時才確認為是能對準信號序列中的同步碼時才確認為是失步。將多次比較結果作為判決依據(jù)是通失步。將多次比較結果作為判決依據(jù)是通過保護電路來實現(xiàn)的。過保護電路來實現(xiàn)的。相

13、關的五個概念相關的五個概念1.假失步假失步4.假同步假同步2.前方保護前方保護5.后方保護后方保護3.捕捉時間捕捉時間 4. 對幀同步系統(tǒng)的要求以及有關對幀同步系統(tǒng)的要求以及有關問題的討論問題的討論 對幀同步系統(tǒng)要求是：對幀同步系統(tǒng)要求是：（1）同步性能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾）同步性能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾能力；能力；（2） 同步識別效果好同步識別效果好（3） 捕捉時間短捕捉時間短（4） 構成系統(tǒng)的電路簡單構成系統(tǒng)的電路簡單 上述幾項性能與同步碼型的選擇、幀上述幾項性能與同步碼型的選擇、幀同步碼的插入方式、幀同步碼的識別檢出同步碼的插入方式、幀同步碼的識別檢出方式、同步捕捉方式以及保護電路的設

14、計方式、同步捕捉方式以及保護電路的設計等因素有關。下面分別進行討論。等因素有關。下面分別進行討論。 幀同步碼的選擇幀同步碼的選擇 幀同步碼插入的方式幀同步碼插入的方式 所謂幀同步碼插入的方式是指在發(fā)送所謂幀同步碼插入的方式是指在發(fā)送端同步碼是怎樣與信息碼合成的。通常有端同步碼是怎樣與信息碼合成的。通常有兩種插入方式：兩種插入方式： 分散插入：分散插入：r位同步碼組分散地插入到位同步碼組分散地插入到信息碼流中。信息碼流中。 集中插入：集中插入：r位同步碼組以集中的形式位同步碼組以集中的形式插入到信息碼流中。插入到信息碼流中。 幀同步碼的識別檢出方式幀同步碼的識別檢出方式 同步捕捉方式同步捕捉方式

15、 第一節(jié)介紹的是時分多路復用通信的第一節(jié)介紹的是時分多路復用通信的基本概念和原理，本節(jié)將具體介紹基本概念和原理，本節(jié)將具體介紹PCM30/32l路系統(tǒng)，這里復用的路數(shù)路系統(tǒng)，這里復用的路數(shù)n=32，其中話路數(shù)為其中話路數(shù)為30。 4.2.1 PCM30/32路系統(tǒng)幀結構路系統(tǒng)幀結構 話音信號根據(jù)話音信號根據(jù)CCITT建議采用建議采用8KHz抽樣，抽樣周期為抽樣，抽樣周期為125s，在，在125s時間內各時間內各路抽樣值所編成的路抽樣值所編成的PCM信碼順序傳送一信碼順序傳送一次，這些次，這些PCM信息碼所對應的各個數(shù)字時信息碼所對應的各個數(shù)字時隙有次序的組合稱為一幀，顯然，隙有次序的組合稱為一

16、幀，顯然，PCM幀幀周期就是周期就是125s。 在幀中除了要傳送各路在幀中除了要傳送各路PCM信碼以外，信碼以外，還要傳送幀同步碼以及信令碼。，一幀碼還要傳送幀同步碼以及信令碼。，一幀碼流中含有幀同步碼、復幀同步碼、各路信流中含有幀同步碼、復幀同步碼、各路信息碼、信令碼以及告警碼等。下圖息碼、信令碼以及告警碼等。下圖4-9為為PCM30/32路系統(tǒng)幀結構圖。路系統(tǒng)幀結構圖。圖圖4-9 PCM30/32路系統(tǒng)幀結構圖路系統(tǒng)幀結構圖 下面對幀結構分別進行說明。下面對幀結構分別進行說明。 1. 30個話路時隙：個話路時隙：TS1TS15，TS17TS31 2. 幀同步時隙：幀同步時隙：TS0 在不同

17、幀的在不同幀的TS0位置所傳送的信息是不位置所傳送的信息是不一樣，分為偶幀和奇幀的情況。一樣，分為偶幀和奇幀的情況。 偶幀偶幀TS0：發(fā)送幀同步碼：發(fā)送幀同步碼0011011；偶；偶幀幀TS0中的中的8位碼中第一位碼保留給國際用，位碼中第一位碼保留給國際用，暫定為暫定為1，后，后7位為幀同步碼。位為幀同步碼。 奇幀奇幀TS0：發(fā)送幀失步告警碼。：發(fā)送幀失步告警碼。 奇幀奇幀TS0的的8位碼中的第一位也保留給國際用，位碼中的第一位也保留給國際用，暫定為暫定為1。其第二位碼固定為。其第二位碼固定為1碼，以便在碼，以便在接收端用以區(qū)別是偶幀還是奇幀。第三位接收端用以區(qū)別是偶幀還是奇幀。第三位碼碼A1

18、為幀失步時向對方發(fā)送的告警碼，簡為幀失步時向對方發(fā)送的告警碼，簡稱對告碼。稱對告碼。 當幀同步時，當幀同步時，A1為為0；當幀失步時；當幀失步時A1為為1，以便告訴對端，收端已經(jīng)出現(xiàn)失步，無，以便告訴對端，收端已經(jīng)出現(xiàn)失步，無法工作。其第法工作。其第48位碼可供傳送其它信息，位碼可供傳送其它信息，如業(yè)務聯(lián)絡等。這幾位碼未使用時，固定如業(yè)務聯(lián)絡等。這幾位碼未使用時，固定為為1碼。這樣，奇幀碼。這樣，奇幀TS0時隙的碼型為時隙的碼型為11A111111。 3. 信令與復幀同步時隙：信令與復幀同步時隙：TS16復幀周期復幀周期=（ ）幀周期幀周期=（ ）路時隙周期路時隙周期=（ ）碼元周期碼元周期=

19、（ ）PCM30/32路系統(tǒng)的數(shù)碼率路系統(tǒng)的數(shù)碼率 fb=8000幀幀/s32時隙時隙/幀幀8bit /時隙時隙 =2.048106bit/sPCM30/32路系統(tǒng)的路系統(tǒng)的數(shù)碼率數(shù)碼率 fb=500復幀復幀/s8時隙時隙/復幀復幀7bit /時隙時隙 =28kbit/s 4.2.2 PCM30/32路定時系統(tǒng)路定時系統(tǒng) 由定時系統(tǒng)提供給抽樣、分路、編碼、由定時系統(tǒng)提供給抽樣、分路、編碼、解碼、標志信號系統(tǒng)以及匯總、分離等部解碼、標志信號系統(tǒng)以及匯總、分離等部件的準確的指令脈沖，以保證整體各部件件的準確的指令脈沖，以保證整體各部件能在規(guī)定的時間內準確、協(xié)調地工作。能在規(guī)定的時間內準確、協(xié)調地工

20、作。 定時系統(tǒng)產生數(shù)字通信系統(tǒng)中所需要定時系統(tǒng)產生數(shù)字通信系統(tǒng)中所需要的各種定時脈沖，這些脈沖主要有：的各種定時脈沖，這些脈沖主要有： a. 供抽樣與分路用的抽樣脈沖（也稱供抽樣與分路用的抽樣脈沖（也稱為路脈沖）；為路脈沖）； b. 供編碼與解碼用的位脈沖；供編碼與解碼用的位脈沖； c. 供標志信號用的復幀脈沖等。供標志信號用的復幀脈沖等。 定時系統(tǒng)包括發(fā)端定時和收端定時兩定時系統(tǒng)包括發(fā)端定時和收端定時兩種，前者為主動式，后者為從屬式。從屬種，前者為主動式，后者為從屬式。從屬式的意思是收端定時系統(tǒng)的時鐘是從式的意思是收端定時系統(tǒng)的時鐘是從PCM信碼流中提取出來的，其本身并沒有時鐘信碼流中提取出

21、來的，其本身并沒有時鐘源。下面分別進行介紹。源。下面分別進行介紹。 發(fā)端定時系統(tǒng)發(fā)端定時系統(tǒng) PCM30/32路系統(tǒng)發(fā)端定時系統(tǒng)方框圖路系統(tǒng)發(fā)端定時系統(tǒng)方框圖如圖如圖4-10所示。所示。 （1）時鐘脈沖）時鐘脈沖（2）位脈沖）位脈沖（3）路脈沖）路脈沖（4）路時隙與復幀脈沖）路時隙與復幀脈沖 收端定時鐘提取收端定時鐘提取 4.2.3 PCM30/32路幀同步系統(tǒng)路幀同步系統(tǒng) 接收端要能完成以下功能：接收端要能完成以下功能： 要能從收到的信碼流中，分辨出哪要能從收到的信碼流中，分辨出哪8位位碼是一個抽樣值所編的碼字，以便能正確碼是一個抽樣值所編的碼字，以便能正確解碼；還要能分辯出每一個碼字（解碼

22、；還要能分辯出每一個碼字（8位碼）位碼）是屬于哪一路的，以便正確分路。采用幀是屬于哪一路的，以便正確分路。采用幀同步方法可以解決以上問題。同步方法可以解決以上問題。 1. PCM30/32路系統(tǒng)幀同步的實現(xiàn)路系統(tǒng)幀同步的實現(xiàn)方法方法 2. 前、后方保護前、后方保護 (1)前方保護前方保護 由前述可知，前方保護是為了防止假由前述可知，前方保護是為了防止假失步。失步。 具體的說，從第一個幀同步碼丟失起具體的說，從第一個幀同步碼丟失起到幀同步系統(tǒng)進入捕捉狀態(tài)為止的這段時到幀同步系統(tǒng)進入捕捉狀態(tài)為止的這段時間稱為前方保護時間，可表示為：間稱為前方保護時間，可表示為： (2)后方保護后方保護 后方保護是

23、為防止偽同步。后方保護是為防止偽同步。 從捕捉到第一個真正的同步碼到系統(tǒng)從捕捉到第一個真正的同步碼到系統(tǒng)進入同步狀態(tài)這段時間稱為后方保護時間，進入同步狀態(tài)這段時間稱為后方保護時間，可表示為：可表示為： CCITT的的G.732建議規(guī)定建議規(guī)定n=2。即幀同。即幀同步系統(tǒng)進入捕捉狀態(tài)后在捕捉過程中，如步系統(tǒng)進入捕捉狀態(tài)后在捕捉過程中，如果捕捉到的幀同步碼組具有以下規(guī)律：果捕捉到的幀同步碼組具有以下規(guī)律：則判幀同步系統(tǒng)進入幀同步狀態(tài)，這時幀同步系統(tǒng)已完成同步恢復。則判幀同步系統(tǒng)進入幀同步狀態(tài)，這時幀同步系統(tǒng)已完成同步恢復。 幀同步系統(tǒng)的工作原理幀同步系統(tǒng)的工作原理 (1)幀同步系統(tǒng)的工作流程圖幀同步系統(tǒng)的工作流程圖 根據(jù)根據(jù)CCITT的的G.732建議畫出如下圖建議畫出如下圖4-15所示的幀同步系統(tǒng)工作流程圖。所示的幀同步系統(tǒng)工作流程圖。 圖中圖中A表示幀表示幀同步狀態(tài)；同步狀態(tài)；B表示表示前方保護狀態(tài)；前方保護狀態(tài)；C表示捕捉狀態(tài)；表示捕捉狀態(tài)；D表示后方保護狀態(tài)。表示后方保護狀態(tài)。圖中圖中Ps為幀同步碼為幀同步碼標志；標志；Pc為收端產為收端產生的比較標志。生的比較標志。(2) 幀同步系統(tǒng)方框圖及其工作原理幀同步系統(tǒng)方框圖及其工作原理4. 幀同步碼型與長度幀同步碼型與長度5. 幀同步系統(tǒng)性能的近似分析幀同步系統(tǒng)性能的近似分析 4.2.