教学资源 50PCM时分多路复用信号帧结构 电子教案

PCM 时分多路复用信号帧结构
一、教学目标：
1 理解数字多路通信原理
2 掌握PCM30/32路基群帧结构
3 理解PCM 高次群 二、教学重点、难点：
重点掌握PCM30/32路基群帧结构。

三、教学过程设计：
1时分复用原理
时分复用(Time-division multiplexing —TDM)是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠，达到在同一信道中传输多路信号的一种方法。

在FDM 系统中，各信号在频域上是分开的，而在时域上是混叠在一起的；在TDM 系统中，各信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。

图1给出了两个基带信号进行时分复用的原理图。

图中，对)(1t m 和)(2t m 按相同的时间周期进行采样，只要采样脉冲宽度足够窄，在两个采样值之间就会留有一定的时间空隙。

如果另外一路信号的采样时刻在时间空隙，则两路信号的采样值在时间上将不发生重叠。

在接收端只要在时间上与发送端同步，则两个信号就能分别正确恢复。

上述概念也可以推广到n 个信号进行时分复用。

图1 两个基带信号时分复用原理
2 TDM-PCM 系统
图2给出了一个具有三个模拟信源的时分复用PCM 系统原理图。

首先，抽样电子开关以适当的速率交替对输入的三路基带信号分别进行自然抽样，得到TDM-PAM 波形。

TDM-PAM 脉冲波形宽度为
s
s a f T T 313==
式中，s T 为每路信号的抽样时间间隔，满足奈奎斯特间隔。

然后对PAM 波形进行编码，得到TDM-PCM 信号。

TDM-PCM 信号脉冲宽度为
n
T n T T s
a b 3=
=
式中，n 为PCM 中编码位数。

图2 三路模拟信号的TDM-PCM系统原理图在接收端，输入的TDM-PCM信号经过译码器输出TDM-PAM波形。

与发送端抽样开关相同步的接收抽样开关对输入的TDM-PAM波形同步抽样并正确分路。

于是，3路信号得到分离，各分离后的PAM信号通过低通滤波器，从而恢复出发送的三路基带信号。

与FDM方式相比，TDM方式主要有以下两个突出优点：
(1)多路信号的复接和分路都是采用数字处理方式实现，通用性和一致性好，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。

(2)信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和高次谐波，引起路间串话。

因此，要求信道的线性特性要好。

而TDM系统对信道的非线性失真要求可
降低。

3 PCM 基群帧结构
目前国际上建议的PCM 基群有两种标准，即PCM30/32路(A 律压扩特性)制式和PCM24路(μ律压扩特性)制式。

图3 PCM30/32路制式基群帧结构
PCM30/32路制式基群帧结构如图3所示，共由32路组成，其中30路用来传输用户话，2路用作勤务。

每路话音信号抽样速率Hz f s 8000=，故对应的每帧时间间隔为125s μ。

一帧共有32个时间间隔，称为时隙。

各个时隙从0到31顺序编号，分别记作TS0，TSl ，TS2，…，TS31。

其中，TS1至TS15和TS17至TS31这30个路时隙用来传送30路电话信号的8位编码码组，TS0分配给帧同步，TS16专用于传送话路信令。

每个路时隙包含8位码，一帧共包含256个比特。

信息传输速率为
()[]s Mb f b /048.282308000=⨯+=
每比特时间宽度为
15
信令码
31信令码
s f b
b μτ488.01
≈=
每路时隙时间宽度为
s b l μττ91.38≈=
（1） Ts0：帧同步码为0011011，占偶数帧TS0时隙的后7位，第一位暂定为1，留国际通信用；奇数帧的TS0各位分配为：第一位暂定为1，留国际通信用；第二位固定为1，表示是奇数帧；第三位失步告警，正常为0，第4—8位暂定为1，留国际通信用。

（2） TS16：前四位传送第一话路的信令，后四位传送第十六话路的信令，下一帧的TS16前四位则传送第二话路信令，后δ位传送第十七话路信令。

如此下去，共需15帧就可传输30个话路的信令。

这是因为信令（标志）频率较低，无须8000HZ 的抽样率，只需500HZ 就够了，因此每隔16帧（125us*16=2ms ）传送一个值。

16帧称为一个复帧，第16帧的TS16各位分配如下：前四位是0000，第六位是复帧失步告警（同步为0，失步为1），其余三位暂不用，可定为1；
4 PCM 高次群
如果要传输更多路的数字电话，或为了使如电视等宽带信号通过PCM 系统传输，就需要有更高的码率。

因此需要将若干个一次群数字信号通过数字复接设备复合成二次群，二次群复合成三次群等，于是出现了PCM 高次群系统。

我国和欧洲各国采用以PCM30/32路制式为基础的高次群复合方式，北美和日本采用以PCM24路制式为基础的高次群复合方式。

在时分多路复用系统中，高次群是由若干低次群通过数字复用设备汇总而成的。

由4个一次群复接为一个二次群，话路数为4x30=120路，传输速率为8.448Mb/s 。

由4个二次群复接为一个三次群，包括480路用户数字话，传输速率为34.368 Mb/s 。

由4个三次群复接为一个四次群，包括1920路用户数字话，传输速率为139.264 Mb/s 。

由4个四次群复接为一个五次群，包括7680路用户数字话， 传输速率为565.148 Mb/s 。

ITU-T 建议标准每一等级群路可以用来传输多路数字电话，可以用来传送其他相同速率的数字信号， 如可视电话、数字电视等。

ITU-T(CCITT)建议的数字TDM 等级结构如图4所示， 它是我国和欧洲大部分国家所采用的标准。

图 4 ITU-T 建议的数字TDM 等级结构
四、课后作业或思考题：
1、画出PCM30/32路制式基群帧结构图？
2、什么是时分复用，它在数字电话中是如何应用的？ 五、本节小结：
通过本节内容的学习，让学生理解时分复用原理，在与FDM 方式相比较过程中，清楚TDM 方式的突出优点，以及它在数字电话中的应用。

掌握PCM30/32路制式基群帧结构，能够说明Ts0和Ts16时隙的数码结构。

理解PCM 高次群的复用方式。

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