數(shù)字通信原理第4章

吉林大學(xué)通信工程學(xué)院第4章時分多路復(fù)用及PCM30/32路系統(tǒng)

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)時分制多路通信是非常重要的。本章對時分多路復(fù)用的基本概念、PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)及幀同步系統(tǒng)的工作原理、PCM30/32路的系統(tǒng)構(gòu)成進(jìn)行了說明。

時分多路復(fù)用通信4.1PCM30/32路系統(tǒng)4.24.1時分多路復(fù)用通信

4.1.1時分多路復(fù)用的概念1.多路復(fù)用的概念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，這種通信方式稱為多路復(fù)用。時分多路通信方式用于數(shù)字通信，例如PCM通信。

2.時分多路復(fù)用的概念所謂時分多路復(fù)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，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隔內(nèi)，以達(dá)到互相分開的目的，如圖4-1所示。

我們可以用一個示意圖來對時分復(fù)用進(jìn)行說明。圖4-2為時分多路復(fù)用示意圖。

圖4-2時分多路復(fù)用示意圖

很顯然，為了使通信正常的進(jìn)行，在收、發(fā)兩端的高速電子開關(guān)k1、k2必須同頻同相。

4.1.2PCM時分多路通信系統(tǒng)的構(gòu)成PCM時分多路復(fù)用通信系統(tǒng)的構(gòu)成如圖4-3所示。為簡化起見只繪出3路信號復(fù)用情況，下面來說明時分復(fù)用通信系統(tǒng)的工作原理。

圖4-3

PCM時分多路復(fù)用通信系統(tǒng)的構(gòu)成原理：

1．

抗干擾，低通濾波，截止3.4kHz2．采樣周期T=125μs,fs=8000Hz,ST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)多路復(fù)用。3．編碼需要時間，為了保證編碼精度，展寬多路抽樣值到整個時隙，將和路信號PAM送保持。4．經(jīng)過量化成為PCM信號，一路PCM信號（碼字）占用一個路時隙。5．解碼還原和路PAM信號，有量化誤差，一路碼字到齊后開始解碼，有延遲。6.分路、低通濾波重新恢復(fù)各路原始話音信號。

以上是以3路話音信號為例作了一般的介紹。在實際應(yīng)用中，復(fù)用路數(shù)是n路，如PCM30/32，PCM24系統(tǒng)，其道理是一樣的。

1.幀：抽樣時各路信號每輪一次的總時間（即開關(guān)旋轉(zhuǎn)一周的時間），也就是一個抽樣周期（tF=T）。2.路時隙：是和路的PAM信號每個樣值所允許的時間間隔(tC=)。3.位時隙：1位碼占用的時間（tB=）?；靖拍睿?/p>

4.1.3時分多路復(fù)用系統(tǒng)中的同步數(shù)字通信的同步是指收發(fā)兩端的設(shè)備在時間上協(xié)調(diào)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能正確的區(qū)分每一路話音信號，時分多路復(fù)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）和幀同步。

位同步就是碼元同步。在PCM多路復(fù)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(nèi)進(jìn)行的。

4.1.4時分多路復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步幀同步的概念數(shù)字信號序列常常以字或幀的方式傳輸。在PCM30/32路系統(tǒng)中，在一個抽樣周期內(nèi)，要依次發(fā)送出CH1~CH30路的話音信號，構(gòu)成一幀。為了在接收端能夠辨認(rèn)出每一幀的起止位置，在發(fā)送端必須提供每幀的起止標(biāo)志。

幀同步的目地是要求收端與發(fā)端相應(yīng)的話路在時間上要對準(zhǔn)，就是要從收到的信碼流中分辨出哪8位是一個樣值的碼字，以便正確的解碼；還要能分辨出這8位碼是哪一個話路以便正確分路。這相當(dāng)于收、發(fā)兩端的高速電子開關(guān)k1，k2的旋轉(zhuǎn)起始位置相同。

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(biāo)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與發(fā)端的位置相對應(yīng)。因為每一幀內(nèi)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PCM復(fù)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：一是同步碼識別裝置，二是調(diào)整裝置。

同步碼識別裝置用來識別接收的PCM信號序列中的同步標(biāo)志碼位置；調(diào)整裝置，當(dāng)收、發(fā)兩端同步標(biāo)志碼位置不對應(yīng)時，需對收端進(jìn)行調(diào)整以使其兩者位置相對應(yīng)。這些裝置統(tǒng)稱為幀同步電路。設(shè)本地幀碼比PCM碼流中的幀碼提取2bit出現(xiàn)，調(diào)整過程如下：第一次比較：收的PCM碼：××100110本地幀碼：10011011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)8位；第二次比較：收的PCM碼：×1001101本地幀碼：10011011經(jīng)同步識別，發(fā)現(xiàn)碼型不相同，本地幀碼再扣除8位，重發(fā)8位。調(diào)整兩次，即可同步。

3.幀同步系統(tǒng)中的保護(hù)電路為了減少系統(tǒng)工作中出現(xiàn)假失步的現(xiàn)象，避免誤判，一般系統(tǒng)中并不是將一次比較結(jié)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(jié)果，如果幾次都不能對準(zhǔn)信號序列中的同步碼時才確認(rèn)為是失步。將多次比較結(jié)果作為判決依據(jù)是通過保護(hù)電路來實現(xiàn)的。相關(guān)的五個概念1.假失步4.假同步2.前方保護(hù)5.后方保護(hù)3.捕捉時間

4.對幀同步系統(tǒng)的要求以及有關(guān)問題的討論對幀同步系統(tǒng)要求是：（1）同步性能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾能力；（2）同步識別效果好（3）捕捉時間短（4）構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡單

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方式、同步捕捉方式以及保護(hù)電路的設(shè)計等因素有關(guān)。下面分別進(jìn)行討論。

①幀同步碼的選擇②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)送端同步碼是怎樣與信息碼合成的。通常有兩種插入方式：分散插入：r位同步碼組分散地插入到信息碼流中。

集中插入：r位同步碼組以集中的形式插入到信息碼流中。③幀同步碼的識別檢出方式④同步捕捉方式4.2PCM30/32路系統(tǒng)

第一節(jié)介紹的是時分多路復(fù)用通信的基本概念和原理，本節(jié)將具體介紹PCM30/32l路系統(tǒng)，這里復(fù)用的路數(shù)n=32，其中話路數(shù)為30。

4.2.1PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)話音信號根據(jù)CCITT建議采用8KHz抽樣，抽樣周期為125s，在125s時間內(nèi)各路抽樣值所編成的PCM信碼順序傳送一次，這些PCM信息碼所對應(yīng)的各個數(shù)字時隙有次序的組合稱為一幀，顯然，PCM幀周期就是125s。

在幀中除了要傳送各路PCM信碼以外，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(fù)幀同步碼、各路信息碼、信令碼以及告警碼等。下圖4-9為PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖。

圖4-9PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖

下面對幀結(jié)構(gòu)分別進(jìn)行說明。1.30個話路時隙：TS1~TS15，TS17~TS312.幀同步時隙：TS0

在不同幀的TS0位置所傳送的信息是不一樣，分為偶幀和奇幀的情況。偶幀TS0：發(fā)送幀同步碼0011011；偶幀TS0中的8位碼中第一位碼保留給國際用，暫定為1，后7位為幀同步碼。

奇幀TS0：發(fā)送幀失步告警碼。奇幀TS0的8位碼中的第一位也保留給國際用，暫定為1。其第二位碼固定為1碼，以便在接收端用以區(qū)別是偶幀還是奇幀。第三位碼A1為幀失步時向?qū)Ψ桨l(fā)送的告警碼，簡稱對告碼。

當(dāng)幀同步時，A1為0；當(dāng)幀失步時A1為1，以便告訴對端，收端已經(jīng)出現(xiàn)失步，無法工作。其第4~8位碼可供傳送其它信息，如業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)等。這幾位碼未使用時，固定為1碼。這樣，奇幀TS0時隙的碼型為{11A111111}。

3.信令與復(fù)幀同步時隙：TS16例1根據(jù)PCM30/32路系統(tǒng)，填空復(fù)幀周期=（）幀周期=（）路時隙周期=（）碼元周期=（）1/8000=125us125us×16=2ms125us/32≈3.9us3.9us/8≈488ns例2根據(jù)PCM30/32路系統(tǒng)，求其數(shù)碼率？PCM30/32路系統(tǒng)的數(shù)碼率fb=8000幀/s×32時隙/幀×8bit/時隙=2.048×106bit/s例3根據(jù)PCM30/32路系統(tǒng)，求幀同步碼數(shù)碼率？PCM30/32路系統(tǒng)的幀同步碼數(shù)碼率fb=500復(fù)幀/s×8時隙/復(fù)幀×7bit/時隙=28kbit/s

4.2.2PCM30/32路定時系統(tǒng)由定時系統(tǒng)提供給抽樣、分路、編碼、解碼、標(biāo)志信號系統(tǒng)以及匯總、分離等部件的準(zhǔn)確的指令脈沖，以保證整體各部件能在規(guī)定的時間內(nèi)準(zhǔn)確、協(xié)調(diào)地工作。

定時系統(tǒng)產(chǎn)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：a.供抽樣與分路用的抽樣脈沖（也稱為路脈沖）；b.供編碼與解碼用的位脈沖；