《數(shù)字通信原理》課件第4章

第4章復(fù)用理論和復(fù)接技術(shù)4.1時(shí)分復(fù)用原理4.2

PCM30/32路系統(tǒng)4.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)4.1時(shí)分復(fù)用原理

4.1.1時(shí)分復(fù)用的PAM系統(tǒng)(TDM-PAM)

下面以PAM調(diào)制信號(hào)為例來(lái)說(shuō)明時(shí)分復(fù)用的原理。假設(shè)有3路PAM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用，實(shí)現(xiàn)方法之一的原理方框圖如圖4-1所示，其波形如圖4-2所示。圖4-13路PAM信號(hào)時(shí)分復(fù)用原理方框圖圖4-23路PAM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用波形(a)第1路信號(hào);(b)第2路信號(hào);(c)第3路信號(hào);(d)合成信號(hào)在圖4-1中，首先將各路信號(hào)通過(guò)相應(yīng)的低通使之變?yōu)?/p>

頻帶受限信號(hào)，然后送到抽樣開關(guān)(或旋轉(zhuǎn)開關(guān))。旋轉(zhuǎn)開關(guān)每Ts(s)對(duì)各路信號(hào)依次抽樣一次，這樣3個(gè)樣值按先后順序錯(cuò)開地納入抽樣間隔Ts之內(nèi)。合成的復(fù)用信號(hào)是3個(gè)抽樣消息之和，如圖4-2(d)所示。時(shí)分復(fù)用PAM信號(hào)進(jìn)行傳輸時(shí)，在理論上需要無(wú)限帶寬。但是在PAM系統(tǒng)中，我們關(guān)心的是PAM信號(hào)所攜帶的信息，而不是PAM脈沖的形狀。由于PAM信號(hào)的信息是攜帶在幅度上的，因此只要幅度信息沒(méi)有損失，則脈沖形狀的失真已無(wú)關(guān)緊要。然而根據(jù)抽樣定理，一個(gè)頻帶限制在Fm(Hz)的信號(hào)，最少含有2Fm個(gè)獨(dú)立抽樣值，就可用帶寬為Fm的理想低通濾波

器恢復(fù)出原始信號(hào)。對(duì)于頻帶都是Fm的N路復(fù)用信號(hào)，它們的獨(dú)立抽樣值為2NFm。如果將信道表示為一個(gè)理想的低通，那么為了防止組合波形丟失信息，傳輸帶寬必須滿足B≥NFm。4.1.2時(shí)分復(fù)用的PCM系統(tǒng)(TDM-PCM)

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)抽樣值量化后編制為l位二進(jìn)制代碼。圖4-3所示為一個(gè)只有3路PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)原理方框圖。圖4-33路PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用原理方框圖(a)發(fā)送端;(b)接收端在發(fā)送端，語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)放大和低通濾波后得到x1(t)、x2(t)、x3(t)；然后經(jīng)過(guò)抽樣得到3路PAM信號(hào)xs1(t)、xs2(t)、xs3(t)，它們?cè)跁r(shí)間上是分開的，由各路發(fā)定時(shí)抽樣脈沖控

制。3路PAM信號(hào)一起加到量化和編碼器進(jìn)行編碼，每個(gè)PAM信號(hào)的抽樣脈沖經(jīng)量化后編制為l位二進(jìn)制代碼。編碼后的PCM代碼經(jīng)碼型變換，變換為適合于信道傳輸?shù)拇a型，然后經(jīng)過(guò)信道傳送到接收端。在接收端，收到信碼后首先經(jīng)過(guò)碼型反變換，然后加到譯碼器進(jìn)行譯碼，譯碼后得到的是3路合在一起的PAM信號(hào)，再經(jīng)過(guò)分離電路把各路PAM信號(hào)區(qū)分出來(lái)，最后經(jīng)過(guò)放大和低通濾波還原為語(yǔ)音信號(hào)。

TDM-PCM的信號(hào)代碼在每一個(gè)抽樣周期內(nèi)有Nl個(gè)，其中N為路數(shù)，l為每個(gè)抽樣值編碼時(shí)編制的碼位數(shù)。因此，

碼元速率為Nlfs=2NlFm(Baud)，實(shí)際應(yīng)用的帶寬為B=Nlfs。4.2PCM30/32路系統(tǒng)

4.2.1PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)

所謂幀結(jié)構(gòu)就是將各路樣值的數(shù)字碼和各種用途的標(biāo)記碼按照一定的時(shí)間順序排列的數(shù)字碼流的組合。PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)如圖4-4所示。幀結(jié)構(gòu)表明各路信號(hào)在信道上的時(shí)隙分配規(guī)則，而這種時(shí)隙分配又是以幀為單位重復(fù)出現(xiàn)的。圖4-4PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)在PCM30/32路系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)復(fù)幀由16個(gè)子幀

組成，按順序編號(hào)為F0、F1、…、F15。一幀內(nèi)時(shí)分復(fù)用32路，即32個(gè)時(shí)隙，按順序編號(hào)為TS0、TS1、…、TS31。其中TS1～TS15、TS17～TS31為30個(gè)話路時(shí)隙，用于傳送語(yǔ)音信號(hào)；TS0為幀同步碼時(shí)隙，用于傳送幀同步碼和幀失步告警碼；TS16為話路標(biāo)志信號(hào)時(shí)隙，用于傳送復(fù)幀同步碼和各話路的信令信號(hào)(如振鈴、占線、摘機(jī)等各種信令信號(hào))。幀同步時(shí)隙TS0用于收、發(fā)兩端的同步。從圖4-4中可以看出奇數(shù)幀和偶數(shù)幀的具體內(nèi)容:偶數(shù)幀TS0的第2～8位為幀同步碼組，規(guī)定內(nèi)容為“0011011”;第1位供國(guó)際通信用，不使用時(shí)發(fā)送“1”碼。奇數(shù)幀TS0的第4～8位供國(guó)內(nèi)通信用，目前暫定為“1”；第3位為幀失步告警碼，同步時(shí)送“0”碼，失步時(shí)送“1“碼；第2位為奇幀識(shí)別碼,用來(lái)區(qū)別偶數(shù)幀或奇數(shù)幀，因偶數(shù)幀的第2位為“0”，故奇數(shù)幀第2位固定為“1”，以示區(qū)別。話路標(biāo)志信號(hào)時(shí)隙TS16用于傳送各話路的信令信號(hào)。信令信號(hào)按復(fù)幀傳輸，即每隔2ms傳輸一次。一個(gè)復(fù)幀有16個(gè)子幀，即有16個(gè)TS16。F0幀的TS16的第1～4位用于傳送復(fù)幀同步信號(hào)(碼組)“0000”；第6位用于傳送復(fù)幀失步告警信號(hào)位，同步時(shí)傳送“0”碼，失步時(shí)傳送“1”碼；其余的3位為備

用位，不用時(shí)傳送“1”碼。F1～F15各幀的TS16的前4位傳送

1～15路話路信令信號(hào)，后4位傳送16～30話路的信令信號(hào)。4.2.2PCM30/32路定時(shí)系統(tǒng)

1.發(fā)端定時(shí)系統(tǒng)

發(fā)端定時(shí)系統(tǒng)的主要任務(wù)是提供終端機(jī)發(fā)送支路所需要的各種定時(shí)脈沖。各定時(shí)脈沖的重復(fù)頻率、脈沖寬度、相數(shù)及用途等如表4-1所示。發(fā)端定時(shí)系統(tǒng)主要由時(shí)鐘脈沖發(fā)生器、位脈沖發(fā)生器、路脈沖發(fā)生器、路時(shí)隙脈沖發(fā)生器以及復(fù)幀脈沖發(fā)生器等

組成。其構(gòu)成方框圖如圖4-5所示。圖4-5發(fā)端定時(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成方框圖

(1)時(shí)鐘脈沖。主時(shí)鐘脈沖發(fā)生器的任務(wù)是提供高度穩(wěn)

定的頻率時(shí)鐘信號(hào)。PCM30/32路系統(tǒng)的主時(shí)鐘頻率是

2048kHz，時(shí)鐘頻率的穩(wěn)定度一般要求小于50×10-6，即允許2048kHz的誤差應(yīng)在±100Hz以內(nèi)，其占空比為50%，即脈沖寬度占重復(fù)周期的一半。

(2)位脈沖。位脈沖主要用于編碼、譯碼和產(chǎn)生其他脈

沖信號(hào)。在PCM30/32路制式中，抽樣頻率為8kHz，所以位脈沖的頻率為8kHz×32(路時(shí)隙數(shù))=256kHz。它可以由主時(shí)鐘8分頻后得到。因?yàn)槊總€(gè)樣值編8位碼，所以位脈沖共有

8相，可以用D1、D2、…、D8來(lái)表示，位脈沖的寬度為0.488/2=0.244μs。

(3)路脈沖。路脈沖用于各話路信號(hào)的抽樣、分路以及TS0、TS16時(shí)隙脈沖的形成。PCM30/32路幀結(jié)構(gòu)中共有32個(gè)路時(shí)隙，因此路脈沖為重復(fù)頻率8kHz、共32相的脈沖序列。它可以用位脈沖的256kHz經(jīng)32分頻得到。在集中編碼方式中，為保證抽樣值的精確，減少鄰

路串話，規(guī)定路脈沖CH1～CH30的脈沖寬度為4比特，即

0.488μs×4=1.95μs。其具體規(guī)定為D7、D8、D1、D2四位

碼。在單路編/譯碼方案中，路脈沖寬度為8比特，即3.91μs。

(4)路時(shí)隙脈沖。路時(shí)隙脈沖發(fā)生器的任務(wù)是產(chǎn)生TS0、TS16時(shí)隙脈沖。TS0用來(lái)插入幀同步碼和幀失步告警碼，

TS16用來(lái)插入各種信令碼和復(fù)幀同步碼、復(fù)幀失步告警碼。TS0和TS16時(shí)隙脈沖的重復(fù)頻率為8kHz，脈寬為8比特，即3.91μs。路時(shí)隙脈沖可由位脈沖經(jīng)32分頻得到。

(5)復(fù)幀脈沖。復(fù)幀脈沖用于傳送復(fù)幀同步碼、復(fù)幀失

步告警碼和30個(gè)話路的信令碼，其重復(fù)頻率為500Hz，共

16相，即F0～F15，其脈沖寬度為256比特，即125μs。復(fù)

幀脈沖可由路脈沖的8kHz經(jīng)16分頻得到。

圖4-6所示為發(fā)端各定時(shí)脈沖的時(shí)間波形圖。圖4-6發(fā)端定時(shí)脈沖的時(shí)間波形圖

2.收端定時(shí)系統(tǒng)

為了實(shí)現(xiàn)位同步，收端時(shí)鐘的獲得采用了定時(shí)鐘提取

方式。定時(shí)鐘提取電路方框圖如圖4-7所示，它由全波整流、調(diào)諧放大器、移相網(wǎng)絡(luò)和整形電路等組成。圖4-7定時(shí)鐘提取電路方框圖4.2.3PCM30/32路幀同步系統(tǒng)

1.幀同步的實(shí)現(xiàn)方法

PCM30/32路系統(tǒng)采用由多位碼組成的幀同步碼組，集中插入幀內(nèi)的規(guī)定時(shí)隙。在選擇幀同步碼型時(shí)，需要考慮在信息碼中出現(xiàn)幀同步碼(稱為同步碼)的可能性很小，因此幀同步碼要具有特定的碼型。ITU-T規(guī)定PCM30/32路系統(tǒng)的幀同步碼組為7位碼，其碼型是0011011，它集中插入偶幀的TS0時(shí)隙的第2~8位，（如圖4-4所示)。

2.對(duì)幀同步系統(tǒng)的主要要求

1)幀同步建立時(shí)間

2)幀同步系統(tǒng)的穩(wěn)定性

(1)前方保護(hù)。

(2)后方保護(hù)。

(3)前/后方保護(hù)時(shí)間的規(guī)定。對(duì)PCM30/32路系統(tǒng)，ITU-T的G.732建議如下：

①幀失步：如果幀同步系統(tǒng)連續(xù)3~4個(gè)同步幀(同步幀等于兩個(gè)幀)未收到幀同步碼，則判為系統(tǒng)已失步，此時(shí)幀同步系統(tǒng)立即進(jìn)入捕捉狀態(tài)。

②幀同步：幀同步系統(tǒng)進(jìn)入捕捉狀態(tài)后，在捕捉過(guò)程中，如果捕捉到的幀同步碼組具有以下規(guī)律：

·第N幀(偶幀)有幀同步碼{10011011}(第1位碼暫固定為1)；

·第N+1幀(奇幀)無(wú)幀同步碼，而有失步告警碼{110/111111}；

·第N+2幀(偶幀)有幀同步碼。則判幀同步系統(tǒng)進(jìn)入同步狀態(tài)，這時(shí)幀同步系統(tǒng)已完全恢復(fù)同步。

檢查N+1幀有沒(méi)有幀同步碼組，是通過(guò)奇幀TS0時(shí)隙的

D2位時(shí)隙，即第2位碼“1”碼來(lái)核對(duì)的(這是因?yàn)榕紟膸酱a在TS0時(shí)隙的D2時(shí)隙是“0”碼，稱之為監(jiān)視碼)。如果N+1幀的D2位時(shí)隙為“1”碼，則證明本幀無(wú)

幀同步碼；如果N+1幀的D2位時(shí)隙為“0”碼，則表明其前一

幀即第N幀的幀同步碼是偽同步碼，因此必須重新捕捉。

圖4-8所示為PCM30/32路幀同步系統(tǒng)保護(hù)措施示意圖。圖4-8PCM30/32路幀同步系統(tǒng)保護(hù)措施示意圖

3.幀同步系統(tǒng)的工作原理

1)幀同步系統(tǒng)方框圖及工作原理

一種典型的幀同步系統(tǒng)構(gòu)成方框圖如圖4-9所示。它由時(shí)標(biāo)(脈沖)發(fā)生器、奇幀監(jiān)視碼檢出以及前/后方保護(hù)時(shí)間計(jì)數(shù)器等部分組成。圖4-9一種幀同步系統(tǒng)構(gòu)成方框圖

(1)時(shí)標(biāo)脈沖產(chǎn)生。時(shí)標(biāo)脈沖的作用是在規(guī)定的時(shí)間檢出或檢驗(yàn)該時(shí)刻的碼型并輔助同步系統(tǒng)的建立。在圖4-9中，

時(shí)標(biāo)發(fā)生器主要產(chǎn)生三個(gè)時(shí)鐘，即讀出時(shí)標(biāo)Pr、比較時(shí)標(biāo)Pc和監(jiān)視碼時(shí)標(biāo)Pm。①讀出時(shí)標(biāo)Pr。讀出時(shí)標(biāo)的作用是讀出TS0時(shí)隙的碼組。當(dāng)系統(tǒng)處于幀同步狀態(tài)時(shí)，Pr=TS0·D8，即檢出同步碼組的時(shí)間是TS0的D8時(shí)刻，每幀檢出一次。當(dāng)系統(tǒng)處于幀失步狀態(tài)時(shí)，Pr=1，此時(shí)，碼流每移動(dòng)一比特，就讀出一次，系統(tǒng)進(jìn)行逐比特的檢出，即逐位檢出。②比較時(shí)標(biāo)Pc。比較時(shí)標(biāo)的作用是識(shí)別幀同步碼組。在系統(tǒng)處于幀同步狀態(tài)時(shí)，Pc=偶幀·TS0

·

D8·CP，即在偶幀的TS0·D8時(shí)刻產(chǎn)生正脈沖Pc。用Pc與同步時(shí)標(biāo)Ps的比較

來(lái)檢驗(yàn)幀同步碼組。在系統(tǒng)處于幀失步狀態(tài)時(shí)，Pc=CP，此時(shí)系統(tǒng)進(jìn)行逐位檢查、識(shí)別幀同步碼組。

(2)幀同步碼檢出。幀同步碼檢出電路如圖4-10所示。它由8級(jí)移位寄存器和檢出門組成。同步時(shí)標(biāo)Ps的作用是反映

碼型讀出的結(jié)果。PCM30/32路系統(tǒng)的幀同步碼組為{0011011}，它是出現(xiàn)在PCM信碼的偶幀TS0時(shí)隙。圖4-10幀同步碼檢出電路

(3)前方保護(hù)和后方保護(hù)。前方保護(hù)和后方保護(hù)電路如圖4-11所示，它由3個(gè)D觸發(fā)器、RS觸發(fā)器以及奇幀監(jiān)視碼檢

出電路等組成。系統(tǒng)是否同步，是用比較時(shí)標(biāo)Pc與幀同步時(shí)標(biāo)Ps出現(xiàn)的時(shí)間是否一致來(lái)判斷的。因?yàn)楸容^時(shí)標(biāo)Pc應(yīng)該在偶幀的TS0·D8時(shí)隙出現(xiàn)，所以

當(dāng)Pc正脈沖的出現(xiàn)時(shí)間與Ps負(fù)脈沖的出現(xiàn)時(shí)間正好一致時(shí)，

則表示系統(tǒng)同步；否則系統(tǒng)處于失步狀態(tài)。D觸發(fā)器的作

用是完成時(shí)間比較和前方保護(hù)計(jì)數(shù)。此系統(tǒng)用了3個(gè)D觸發(fā)器，所以系統(tǒng)的前方保護(hù)計(jì)數(shù)為3。比較時(shí)標(biāo)Pc作為3個(gè)D觸發(fā)器的時(shí)鐘脈沖，幀同步時(shí)標(biāo)Ps作為D觸發(fā)器的數(shù)據(jù)輸入，當(dāng)Pc正脈沖出現(xiàn)時(shí)，如果對(duì)準(zhǔn)Ps的負(fù)脈沖，即D觸發(fā)器A的輸入為0，那么其輸出A=0，表示幀同步；如果Pc正脈沖出現(xiàn)時(shí)，沒(méi)有對(duì)準(zhǔn)Ps的負(fù)脈沖，那么該觸發(fā)器輸出A=1，表示幀失步。因此根據(jù)D觸發(fā)器A的輸出可以判斷系統(tǒng)是幀同步還是幀失步。由電路可知，當(dāng)連續(xù)失步三次時(shí)，失步信號(hào)“1”在Pc信號(hào)的控制下依次移入D觸發(fā)器B和C，使3個(gè)D觸發(fā)器的輸出均為“1”，即A=B=C=1，此時(shí)，與非門輸出S=A·B·C=0。圖4-11前方保護(hù)和后方保護(hù)電路

S是控制收端定時(shí)系統(tǒng)的預(yù)置指令信號(hào)。當(dāng)S=0時(shí)，發(fā)出置位等待指令，將收端定時(shí)系統(tǒng)的路脈沖、位脈沖強(qiáng)行置位到一個(gè)特定的等待狀態(tài)，使收端定時(shí)系統(tǒng)暫時(shí)停止工作，系統(tǒng)進(jìn)入到捕捉狀態(tài)；同時(shí)G1=1，G2=0，發(fā)出失步指令送往告警電路，產(chǎn)生告警信號(hào)。在S=0后，雖然收端定時(shí)系統(tǒng)停留在等待狀態(tài)，但收端再生時(shí)鐘電路仍然繼續(xù)工作。此時(shí)，由定時(shí)系統(tǒng)控制的時(shí)標(biāo)產(chǎn)生電路產(chǎn)生的時(shí)標(biāo)改為Pr=1，Pc=CP，以便同步檢出電路每個(gè)比特都進(jìn)行讀出、比較一次，即逐位比較識(shí)別。在捕捉過(guò)程中，Pr始終為高電平。當(dāng)系統(tǒng)從接收的信碼流中捕捉到一個(gè)同步碼組時(shí)，識(shí)別門就會(huì)輸出一個(gè)同步時(shí)標(biāo)Ps的負(fù)脈沖，因?yàn)镻c=CP，使D觸發(fā)器A=0，則S=A·B·C=1，立即解除收端定時(shí)系統(tǒng)的預(yù)置等待狀態(tài)，啟動(dòng)收端定時(shí)系統(tǒng)，使時(shí)標(biāo)Pr、Pc和Pm恢復(fù)正常工作狀態(tài)。此時(shí)，系統(tǒng)的比較時(shí)標(biāo)Pc是與接收到的PCM信碼流中的偶幀TS0·D8時(shí)隙對(duì)準(zhǔn)的。假設(shè)該幀為偶幀，記為N幀。為防止偽同步，時(shí)標(biāo)發(fā)生器輸出的監(jiān)視碼時(shí)標(biāo)Pm在奇幀即N+1幀的TS0·D8時(shí)刻輸入監(jiān)視碼檢出電路，對(duì)幀同步監(jiān)視碼進(jìn)行核對(duì)。如果N+1幀的TS0時(shí)隙的第2位碼Q2=1，那么監(jiān)視碼檢出電路輸出監(jiān)視脈沖M=1，3個(gè)D觸發(fā)器輸出狀態(tài)不變，S=1，可以繼續(xù)對(duì)N+2幀進(jìn)行核對(duì)。如果在N+2幀識(shí)別門又有同步碼檢出，那么說(shuō)明收端定

時(shí)系統(tǒng)第一次捕捉到的同步碼是幀同步碼，系統(tǒng)完成后方

保護(hù)過(guò)程，進(jìn)入同步狀態(tài)。如果N+1幀的TS0時(shí)隙的第2位碼Q2=0，那么監(jiān)視碼檢出電路輸出監(jiān)視脈沖M=0，因?yàn)镸連接

3個(gè)D觸發(fā)器的置“1”端，所以將3個(gè)D觸發(fā)器全部置“1”，即A=B=C=1，使S=0，系統(tǒng)重新進(jìn)入逐位捕捉狀態(tài)。如果N幀和N+1幀都符合規(guī)定，但N+2幀無(wú)同步碼檢出，那么系統(tǒng)也將重新進(jìn)入捕捉狀態(tài)。

2)幀同步系統(tǒng)的工作流程圖

由幀同步系統(tǒng)的工作過(guò)程，可以得到幀同步系統(tǒng)的工作流程。根據(jù)ITU-T的G.732建議，幀同步系統(tǒng)工作流程圖如圖4-12所示。圖4-12幀同步系統(tǒng)工作流程圖圖中A表示幀同步狀態(tài)；B表示前方保護(hù)狀態(tài)；C表示捕捉狀態(tài)；D表示后方保護(hù)狀態(tài)；Ps為幀同步碼標(biāo)志；Pc為收

端產(chǎn)生的比較標(biāo)志；Pm為監(jiān)視碼標(biāo)志。由圖4-12可以看出，如果系統(tǒng)連續(xù)地在預(yù)定時(shí)間檢出幀同步碼組，即Pc=Ps(Ps=Pc表示Pc和Ps同時(shí)出現(xiàn))，那么系統(tǒng)

處于幀同步狀態(tài)A。如果系統(tǒng)剛開機(jī)還沒(méi)有建立收/發(fā)端幀同步，或系統(tǒng)在幀同步狀態(tài)下而在預(yù)定時(shí)間沒(méi)有檢出幀同步碼組，即Pc≠Ps(表示Pc出現(xiàn)時(shí)而Ps沒(méi)有出現(xiàn))，那么此時(shí)并不

立即判定系統(tǒng)為幀失步，而進(jìn)入前方保護(hù)狀態(tài)B。只有當(dāng)連續(xù)m次Pc≠Ps時(shí)，系統(tǒng)才由同步狀態(tài)A進(jìn)入到捕捉狀態(tài)C。在捕捉狀態(tài)C，幀同步系統(tǒng)在接收到的信碼流中捕捉(搜索)幀同步碼，在捕捉到幀同步碼組后(注意這個(gè)幀同步碼組可能是真的，也可能是假的)，系統(tǒng)進(jìn)入后方保護(hù)狀態(tài)D。在狀態(tài)D中，從找到第一個(gè)幀同步碼組起，每隔一幀(125μs)檢查一次。其結(jié)果有兩種可能：一種是連續(xù)n次正好都對(duì)上，即檢出監(jiān)視碼后繼而檢出幀同步碼，在這種情況下，就認(rèn)定這個(gè)碼組就是真正的幀同步碼組，而進(jìn)入同步狀態(tài)A。4.2.4PCM30/32路系統(tǒng)構(gòu)成

1.集中編/譯碼方式PCM30/32路系統(tǒng)

集中編/譯碼方式是指多個(gè)話路共用一個(gè)PCM編/譯碼器。集中編/譯碼方式PCM30/32路系統(tǒng)如圖4-13所示。它主要由差動(dòng)系統(tǒng)、發(fā)送支路、接收支路和信令系統(tǒng)等部分構(gòu)成。其基本工作過(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。圖4-13集中編/譯碼方式PCM30/32路系統(tǒng)發(fā)送支路包括抽樣、量化、編碼、匯總和碼型變換等電路。30個(gè)話路的模擬語(yǔ)音信號(hào)先經(jīng)過(guò)放大(調(diào)節(jié)語(yǔ)音電平)和低通濾波變換成頻帶受限信號(hào)，再在各自的抽樣門抽樣，每個(gè)話路的抽樣值按幀結(jié)構(gòu)的時(shí)間順序依次送到同一個(gè)編碼器進(jìn)行量化、編碼，編制為8位碼，安排在TS1～TS15，TS17～TS31時(shí)隙內(nèi)。幀同步碼發(fā)生器產(chǎn)生的幀同步碼和幀失步告警碼安排在TS0時(shí)隙傳送，各路信令碼安排在TS16時(shí)隙傳送。匯總電路將數(shù)字化語(yǔ)音信號(hào)、幀同步信號(hào)和信令信號(hào)匯總后送出符合PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)的綜合性數(shù)字碼流。在系統(tǒng)同步的前提下，定時(shí)脈沖控制分離電路將語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字碼流與TS16時(shí)隙的信令信號(hào)進(jìn)行分離。分離后的語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字碼流經(jīng)譯碼器得到PAM信號(hào)，再將PAM信號(hào)送到30個(gè)分路門。在收端定時(shí)系統(tǒng)產(chǎn)生的路脈沖的配合下，將30個(gè)話路的PAM信號(hào)分開，最后經(jīng)各路的低通濾波器重建原模擬語(yǔ)音信號(hào)，將其送往二線端。信令系統(tǒng)由信令接口、信令發(fā)邏輯和信令收邏輯等組成。信令接口又稱出/入中繼器，完成非數(shù)字信令信號(hào)與數(shù)字信令信號(hào)的轉(zhuǎn)換。信令發(fā)邏輯電路產(chǎn)生復(fù)幀同步碼組，并與接口電路配合，將出中繼器送來(lái)的各路信令信號(hào)編排到復(fù)幀內(nèi)相應(yīng)子幀TS16時(shí)隙的對(duì)應(yīng)碼位上。信令收邏輯完成復(fù)幀同步保護(hù)，并與接口電路配合，將PCM終端機(jī)送來(lái)的信令信號(hào)正

確無(wú)誤地送到相應(yīng)的各路入中繼器，并送到交換機(jī)中控制和完成接續(xù)、復(fù)原等工作。

2.單路集成編/譯碼PCM30/32路系統(tǒng)

單路集成編/譯碼PCM30/32路系統(tǒng)如圖4-14所示。在發(fā)端，單路集成編/譯碼系統(tǒng)首先將各話路信號(hào)單獨(dú)抽樣、量化、編碼，再將各路信號(hào)編成的二進(jìn)制碼進(jìn)行合并，然后和同步碼、監(jiān)視碼、失步告警碼以及信令碼等匯合。在收端，單路集成編/譯碼系統(tǒng)將綜合性數(shù)字碼流先分路，然后每路單獨(dú)進(jìn)行譯碼、濾波。圖4-14單路集成編/譯碼PCM30/32路系統(tǒng)4.3數(shù)字復(fù)接技術(shù)

4.3.1準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接體系

1.PCM復(fù)用和數(shù)字復(fù)接

擴(kuò)大數(shù)字通信容量的方法通常有兩種：PCM復(fù)用和數(shù)字復(fù)接。

PCM復(fù)用就是直接將多路模擬信號(hào)抽樣、合路、量化、編碼的復(fù)用方式。例如要實(shí)現(xiàn)120路語(yǔ)音信號(hào)復(fù)用，則將120路語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)抽樣、合路、量化、編碼后發(fā)送到線路上，在收端進(jìn)行

相應(yīng)的反變換即可，如圖4-15所示。抽樣、量化、編碼是一個(gè)較為復(fù)雜的過(guò)程，PCM復(fù)用的路數(shù)越多，對(duì)編/譯碼器件的速度和精度的要求就越高。通信過(guò)程中又常常需要進(jìn)行不同路的數(shù)字信號(hào)的分支轉(zhuǎn)換，這時(shí)采用路數(shù)更多的PCM直接復(fù)用就很不方便。圖4-15PCM復(fù)用示意圖數(shù)字復(fù)接是將兩個(gè)以上的支路數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用的方法匯接成一個(gè)單一的復(fù)合數(shù)字信號(hào)。例如，在PCM中最基本的支路就是PCM30/32路(30路，2048kb/s)和另一制式的PCM24路(24路，1544kb/s)，它們被稱為PCM基群(或一次群)。復(fù)接后的數(shù)字信號(hào)稱為高次群，如二次群、三次群等。PCM二次群就是由4個(gè)PCM基群復(fù)接而成的。

2.數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)構(gòu)成

數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的組成如圖4-16所示。由圖可見，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。其中數(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)的低速數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。一般把兩者制作成一個(gè)設(shè)備，簡(jiǎn)稱為數(shù)字復(fù)接器。圖4-16數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)方框圖在數(shù)字復(fù)接器中，同步復(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)整到合適的位置，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，那么將其稱為同步復(fù)接器;如果不是同步的，那么將其稱為異步復(fù)接器。碼速調(diào)整單元的作用是把各準(zhǔn)同步的輸入支路數(shù)字信號(hào)的頻率和相位進(jìn)行必要的調(diào)整，形成與本機(jī)定時(shí)信號(hào)完全同步的數(shù)字信號(hào)。若輸入信號(hào)是同步的，則只需調(diào)整相位即可。復(fù)接的定時(shí)單元受內(nèi)部時(shí)鐘和外部時(shí)鐘控制，產(chǎn)生復(fù)接所需要的各種定時(shí)控制信號(hào)。調(diào)整單元及復(fù)接單元受定時(shí)單元控制，合路數(shù)字信號(hào)和相應(yīng)的時(shí)鐘同時(shí)送給分接器。分接器的定時(shí)單元受合路時(shí)鐘控制，因此它的工作節(jié)拍與復(fù)接器定時(shí)單元同步。

3.準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接系列

目前ITU-T推薦應(yīng)用的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。北美和日本均采

用1544kb/s作為第一級(jí)速率(即一次群)的PCM24路系列，

但北美和日本的復(fù)接方案略有不同；歐洲各國(guó)和中國(guó)采用2048kb/s作為第一級(jí)速率(即一次群)的PCM30/32路系列。兩類速率系列如表4-2所示。在表4-2中，二次群(以30/32路作為一次群為例)的標(biāo)準(zhǔn)速率8448kb/s＞2048×4=8192kb/s，其他高次群的速率也存在類似問(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。PCM一次群的數(shù)碼率較低，采用市話電纜或明線傳輸信號(hào)，可傳送電話信號(hào)、數(shù)據(jù)或1MHz可視

電話信號(hào)等。

PCM二次群的數(shù)碼率較高，需采用對(duì)稱電纜、低電容電纜或微同軸電纜傳輸，可傳送可視電話信號(hào)、會(huì)議電話信號(hào)或電視信號(hào)等。對(duì)于三次群以上的需采用同軸電纜、波導(dǎo)或光纜作為傳輸信道，可傳送彩色電視信號(hào)。圖4-17給出了PCM30/32路系列的數(shù)字復(fù)接體制。圖4-17PCM30/32路系列的數(shù)字復(fù)接體制

4.PCM二次群異步復(fù)接

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。PCM二次群異步復(fù)接時(shí)就按圖4-18所示的幀結(jié)構(gòu)實(shí)現(xiàn)的。復(fù)接前各支路進(jìn)行碼速調(diào)整的幀結(jié)構(gòu)的形式如圖4-18(a)所示，其長(zhǎng)度為212比特，共分為4個(gè)組，每組都是53個(gè)比特。第1組的前3個(gè)比特F11、F12、F13用于幀同步和管理控制，后3組的第一個(gè)比特C11、C12、C13作為碼速調(diào)整控制比特，第4組的第2個(gè)比特V1作為碼速調(diào)整比特。圖4-18異步復(fù)接二次群幀結(jié)構(gòu)(a)基群支路插入碼及信息碼分配；(b)PCM二次群幀結(jié)構(gòu)在第1組的末尾進(jìn)行是否需要調(diào)整的判決(即比相)，若需要調(diào)整，則將C11、C12、C13置“1”，而V1僅僅作為速率調(diào)整比特，不帶任何信息，故其值可為“1”也可為“0”；若不需調(diào)整，則將C11、C12、C13置“0”，而V1位置仍傳送信碼。那么是根據(jù)什么來(lái)判斷需要調(diào)整或不需要調(diào)整呢？這可用圖4-19來(lái)說(shuō)明。輸入緩存器的支路信碼是由時(shí)鐘頻率2048kHz寫入的，而從緩存器讀出信碼的時(shí)鐘是由復(fù)接設(shè)備提供的，其值為2112kHz，由于寫入慢、讀出快，因此在某個(gè)時(shí)刻就會(huì)把緩存器讀空。在圖4-19中，通過(guò)比較器可以做到緩存器快要讀空時(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4-18(a)中所示的V1比特位沒(méi)有置入信碼而只是一位作為碼速調(diào)整的比特。圖4-18(a)所示幀結(jié)構(gòu)的意義就是每212比特比相一次，即作一次是否需要調(diào)整的判決。若判決的結(jié)果需要停讀，則V1就是調(diào)整比特；若不需要停讀，則V1就仍然是信碼。這樣一來(lái)就把在2048kb/s上、下波動(dòng)的支路碼流都變成同步的2112kb/s碼流。圖4-19正碼速調(diào)整原理方框圖在復(fù)接器中，每個(gè)支路都要經(jīng)過(guò)上述的調(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)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8448比特，該幀結(jié)構(gòu)如圖

4-18(b)所示。它是由圖4-18(a)所示的4個(gè)支路比特流的形式，按比特復(fù)接的方法復(fù)接而得到的。在分接處碼速恢復(fù)時(shí)，就要識(shí)別V1到底是信碼還是調(diào)整比特。如果是信碼，那么將其保留；如果是調(diào)整比特，那么將其舍棄。這可通過(guò)C11、C12、C13來(lái)決定。因?yàn)閺?fù)接時(shí)已約定，若比相結(jié)果無(wú)需調(diào)整，則C11、C12、C13均為0(用3位碼表示為000)；若比相結(jié)果需要調(diào)整，則C11、C12、C13均為

1(用3位碼表示為111)，所以碼速恢復(fù)時(shí)，根據(jù)C11、C12、C13是3位碼111還是3位碼000就可以決定V1是應(yīng)舍棄還是應(yīng)保留。從原理上講，要識(shí)別V1是信碼還是調(diào)整比特，只要1位碼就夠了，但這里用3位碼主要是為了提高調(diào)整的可靠性。這是因?yàn)槿绻?位碼，這位碼傳錯(cuò)了，那么就會(huì)導(dǎo)致對(duì)V1的錯(cuò)誤處置。例如用“1”表示有調(diào)整，“0”表示無(wú)調(diào)整，則經(jīng)過(guò)傳輸若“1”錯(cuò)為“0”，就會(huì)把調(diào)整比特錯(cuò)當(dāng)成信碼；反之，若“0”錯(cuò)為“1”，就會(huì)把信碼錯(cuò)當(dāng)成調(diào)整比特而舍棄。現(xiàn)在用3位碼，采用大數(shù)判決，即“1”的個(gè)數(shù)比“0”多，則認(rèn)定是3個(gè)“1”碼；反之，則認(rèn)定3個(gè)“0”碼。這樣，即使傳輸中錯(cuò)了一位碼，也仍然能正確判別V1的性質(zhì)。在大容量通信系統(tǒng)中，高次群失步必然會(huì)引起低次群失步。所以為了使系統(tǒng)能可靠工作，四次群異步復(fù)接調(diào)整控制比特Cj為5個(gè)比特，五次群的Cj為6個(gè)比特(二、三次群都是3個(gè)比特)