数字通信原理第5次课课件(2015)

第4章时分多路复用及PCM30/32路系统本章着重介绍时分多路复用通信的实现方法，内容包括：(1)时分多路复用的概念（多路复用的定义、时分多路复用的基本原理以及时分多路复用中的同步概念等）。

(2)PCM30/32路系统①PCM30/32路系统帧结构（PCM基群帧结构、话路时隙、帧同步时隙、信令与复帧同步时隙和复帧等）。

②PCM30/32路定时系统（定时系统的作用，发端定时系统构成、各类定时脉冲的用途和参数以及时序关系，收端定时系统的构成、收端定时时钟提取方法——位同步的实现）。

③PCM30/32路帧同步系统（帧同步系统的功能、工作原理和保护措施）。

4.1 时分多路复用通信4.1.1 时分多路复用的概念1. 多路复用的概念(1) 多路复用的定义为了提高通信信道的利用率，使若干路信号沿同一信道传输而不互相干扰的通信方式称为多路复用。

(2) 多路复用的方法多路复用的方法中用得最多的有两大类：频分多路复用和时分多路复用。

·频分多路复用（FDM）：频分复用是按频率区分各路信号，多用于模拟通信系统中。

·时分多路复用（TDM）：时分复用是按时间区分各路信号，主要用于数字通信系统，例如PCM通信。

2. 时分多路复用原理(1) 时分多路复用的基本原理时分多路复用是利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路信号的。

具体来说，将时间分成为均匀的时间间隔，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隔内，以达到互相分开的目的。

可以用图4-1说明PCM 通信系统时分多路复用原理。

图中：① 发端低通滤波器将语音信号频带严格限制在Z H 3400以内。

② 电子开关1SA （称为分配器或称为合路门）有两个作用：· 电子开关1SA 每旋转一周就依次对各路信号进行一次抽样，抽样间隔为T ，这样就达到了对每一路信号每隔T 秒时间抽样一次的目的；· 电子开关1SA 同时还完成复用合路的作用。

图4-1 PCM 通信系统时分多路复用原理示意图1SA 采集到的信号如图4-2所示。

在图4-2中，电子开关1SA 旋转一周的时间，即各路信号轮流被抽样一次的总时间称为一帧（一帧就是抽样间隔T ），每一路所占有的时间间隔称为时隙。

图4-2 开关1SA 采集到的信号③ 合路后的信号送到编码器进行量化和编码，变成数字信号后再送往信道。

④ 在接收端要将从发送端传输过来的各路信号统一译码，还原成合路PAM 信号。

⑤ 收端分配器（又称为分路门）2SA 起到时分复用的分路作用。

2SA 依次接通每一路信号，经过重建低通滤波器，将每一路PAM 信号恢复为原语音信号。

(2) 时分多路复用中的同步概念很显然，为了使通信正常进行，在收、发两端的高速电子开关1SA ，2SA 的旋转起始位置要相同，同时旋转速度也要完全相同。

1SA 和2SA 旋转起始位置相同，这是PCM 多路复用系统中的帧同步问题。

帧同步可确保收端从接收信号中能正确识别各话路的分界点，即帧同步的目的是要求收端与发端相应的话路在时间上要对准，即当1SA 接通第一路信号时，2SA 也必须接通第一路信号，否则收端将收不到本路信号。

另外，1SA 和2SA 的旋转速度要完全相同，这是PCM 多路复用系统中的位同步问题。

位同步（即码元同步或时钟同步）是指收端的时钟频率与发端的时钟频率相同，位同步保证收端正确识别每一位码元。

4.2.4 PCM 30/32路系统的构成1. PCM 30/32路系统方框图PCM 30/32路系统主要构成包括：·32时隙分配部分·收发端定时系统·帧同步系统图4-20 PCM 30/32路系统方框图2. PCM 30/32路系统工作过程30路语音信号经过抽样合路及编码后，与帧同步码、信令码（包括复帧同步码）在汇总电路中，按各自规定的时隙时分复用成PCM30/32路信号（实现发端时分复用）。

然后经码型变换形成线路传输码型送人信道；在接收端通过再生以及码型反变换恢复成原编码码型，再由分离电路分离出语音信码。

最后语音信码经解码、分路和低通滤波器（图中未画出）重建出每一路的模拟语音信号。

4.2 PCM 30/32路系统4.2.1 PCM 30/32路系统帧结构时分多路复用的基本原理指出，时分多路复用是将时间分割成若干个路时隙，每一路信号分配一个路时隙，帧同步码和其他业务信号、信令信号再分配一个或两个路时隙，这种按时隙分配的重复性图案就是所谓的帧结构。

ITU -U 对话音PCM 复用建议了两种系列：一种是一次群PCM 30/32路系统，另一种是一次群PCM 24路系统。

两种系列不同，帧结构也不同。

这里详细介绍我国采用的PCM 30/32路系统的帧结构。

1. PCM 基群帧结构图4-6所示的为PCM 基本群帧结构。

一帧码流中有帧同步码、复帧同步码、各路信码、信令码以及告警码等。

图4-6 PCM 30/32路系统帧结构由于PCM 基群的话路只占用30个路时隙，而帧同步码及每个话路的信令信号码等非话音信息占用2个路时隙，因此称这种帧结构的基群为PCM 30/32路系统。

① 每帧有32个路时隙（0TS ，1TS ,…，31TS ），每个路时隙内有8比特码。

② 对于PCM 30/32路系统，有以下几个标准数据：· 根据ITU -U 建议话音信号采用8Z kH 抽样速率，或抽样周期为125s μ（即帧周期T =125s μ），帧长度bit 256832=⨯。

·路时隙s s n T t C μμ91.332125===。

·位时隙（1bit 占用时间）ns s l t t C B 488891.3===μ。

·数码率s kbit n l f nT l t t f s C B B /2048328800011=⨯⨯=⋅⋅====。

③ PCM 30/32路系统的高次群，如二次群、三次群等均是以基群系统作为基本单元，所以也称PCM 基群为一次群。

2.帧同步时隙0TS① 偶帧的0TS 用于传送帧同步码，码型为﹛0011011﹜，如图4-7所示。

帧同步码周期S T = 250s μ。

图4-7 帧同步时隙0TS② 奇帧的0TS 用于传送帧失步对告码（对端告警码），奇帧0TS 时隙的码型为﹛111A 11111﹜，如图4-7所示，当帧同步是1A 为0；当帧失步时1A 为1，告诉对方收端已经出现失步，无法工作。

3. 30个话路时隙：1TS ～15TS ，17TS ～31TS1TS ～15TS 分别传送第1～15路（1CH ～15CH ）的语音信号，17TS ～31TS 分别传送第16～30路（16CH ～30CH ）的语音信号。

语音信号的数码率为s kbit l f s /6488000=⨯=⋅。

4.信令与复帧同步时隙：16TS当16TS 用于传送随路信号时，在16TS 时隙内传送包括复帧同步信号、复帧失步对告及各路的信令信号，它的安排是0F 子帧的16TS 时隙用于传复帧失步对告码及复帧同步码，1F 子帧的16TS 时隙传送第1路和第16路的信令信号，2F 子帧的16TS 时隙传送第2路和第17路的信令信号，以此类推，如图4-8所示。

图4-8 信令与复帧同步时隙16TS在帧结构中，每个话路的线路信令码均由4位码表示，分别记为a,b,c,d ，它传递的是随路线路信令，有前向和后向之分。

主叫向被叫发送的信令信号称为前向信令信号，如占用（主叫摘机）、拨号、拆线（主叫挂机）等；被叫向主叫发送的信令信号称为后向信令信号，如被叫摘机、被叫挂机、示闲等。

5.复帧16个帧合起来称为一个复帧（F 0～F 15）， 复帧周期为ms s 216125=⨯帧μ。

4.2.2 PCM 30/32路定时系统1. 定时系统及其分类(1) 定时系统的作用PCM 通信是时分制多路复用通信。

各话路信号分别在不同时间进行抽样、编码，然后送到接收端依次解码、分路，再重建恢复出原始语音信号。

上述对信号的处理过程都是在规定的时间内进行的。

定时系统负责提供各种定时脉冲，以保证系统整个部件能在规定的时间内准确、协调地工作。

(2) 定时脉冲的分类定时系统产生PCM通信系统中所需要的各种定时脉冲，这些脉冲主要有：①供抽样与分路用的抽样脉冲（称为路脉冲）；②供编码与解码用的位脉冲；③供标志信号用的复帧脉冲等。

(3) 定时系统分类定时系统包括发端定时和收端定时两种，前者为主动式，后者为从属式。

从属式的意思是收端定时系统的时钟是从PCM信码流中提取出来的，其本身没有时钟源。

2.发端定时系统(1) 发端定时系统的构成PCM30/32路发端定时系统主要由时钟脉冲发生器、位脉冲发生器、路脉冲发生器、TS0和TS16路时隙脉冲发生器以及复帧脉冲发生器组成，发端定时系统原理框图如图4-9所示。

图4-9 发端定时系统方框图(2) 各类定时脉冲的用途及其时序关系① 主时钟脉冲（CP ）主时钟是产生各类定时脉冲的时钟源，它必须有较高的稳定度和准确度。

PCM 30/32路系统的时钟频率为Z s CP kH l n f f 20488328000=⨯⨯=⋅⋅= （4-1） 式中，s f 为抽样频率，n 为路时隙数，l 为编码位数。

时钟频率的稳定度一般要求小于61050-⨯，即允许2048kH Z 的误差应为±100kH Z 。

② 位脉冲（D 1～D 8）用于编码、解码以及产生路脉冲、帧同步码和标志信号等。

·位脉冲共有8相，用D 1，D 2，D 3，…，D 8表示，每相的位脉冲宽度为s s bit μμ244.02488.021==； ·位脉冲的重复频率Z Z D kH kH f 25682048==。

·路脉冲时钟源CP CH 的脉宽为s bit μ95.14=，为D 7，D 8，D 1和D 2四位码；重复频率Z CP kH f CH 256=。

2048kH Z 主时钟经8分频再进行位时钟时序分配，从而获得D 1，D 2，…，D 8共8个位脉冲。

再由D 3和D 7去触发RS 触发器获得路脉冲的时钟源CP CH ，如图4-10(a)所示。

4-10 (a) 时钟脉冲与位脉冲和路脉冲时钟源的时序关系③ 路脉冲（CH 1～CH 30、0S T '、16S T '） 路脉冲CH 1～CH 30在发端用来抽样以实现多路复用，0S T '和16S T '两个路脉冲用于产生TS 0、TS 16路时隙脉冲。

在收端用于控制各个分路门实现各路信号的分离。

·PCM 30/32路制式帧结构中有32个路时隙，故路脉冲的相数为32相；·路脉冲的脉宽为s bit μ95.14=；·路脉冲的重复频率Z Z CP CH kH kH n f f CH 832256===。