PCM通信设备基本原理

0 0 0 0 1 A2 1 1
话路 (C时H1隙6 ~ CH29)
帧 同 步信 号
复帧同
备用
步信号
比特
CH3 0
3.91 s
488 ns
奇帧 TS0 × 1 A1 1 1 1 1 1
保留给 国 内 通信 用
F1 a b c d a b c d
CH1
CH1 6
F2 a b c d a b c d
CH2
折叠二进制：最高位表示极性，其他位表示绝对值
0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
7 （+7） 6 （+6） 5 （+5） 4 （+4） 3 （+3） 2 （+2） 1 （+1） 0 （+0）
1111 15 （-7） 1110 14 （-6） 1101 13 （-5） 1100 12 （-4） 1011 11 （-3） 1010 10 （-2） 1001 9 （-1） 1000 8 （-0）
02 时分多路复用
时分多路复用的概念： 目前多路复用方法中用得最多的有两大类：频分多路复用（FDM）
和时分多路复用(TDM)。频分多路复用一般用于模拟通信；时分多路 复用一般用于数字通信。
所谓时分多路复用（即时分制）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。
02 时分多路复用
0 0 0 0 1 A2 1 1
话路 (C时H1隙6 ~ CH29)
帧 同 步信 号
复帧同
备用
步信号
比特
CH3 0
3.91 s
488 ns
奇帧 TS0 × 1 A1 1 1 1 1 1
保留给 国 内 通信 用
F1 a b c d a b c d
CH1
CH1 6
F2 a b c d a b c d
02 帧同步码
01 均匀量化缺点
丢失小信号的丰富信息，小信号的信噪比低。
举例来说：
电量统计（不是电量计量）：
供电分公司2017年供电量 某用电单位2017年用电量 某生产车间2017年用电量 某生产设备2017年用电量 某住户2017年用电量
17.9亿度 5.85亿度 36.2万度 1.25万度 3451度
01 非均匀量化
32路 时 隙， 256 bit,125s
帧结构
TS 0
1
2
3
45
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
偶帧 TS0
帧 同 步时 隙
话路 时隙
信 令 时隙
(CH1 ~ CH15)
×0 0 1 10 1 1
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复帧同步码
复帧失步告警码：复帧同步 时A2＝0， 反之A2=1
02 信令Signaling
例如打电话：当我们开始打电话的时候，拿起电话机时就有信号传到 当地的电信局端，一系列交换后，本局端就先在网络上发送信令，等 对端收到信令后回应一个信令同意通话，此时网络上传输信令功能就 算完成了，开始传输语音信号，就可以通话了。等电话结束的时候， 同样需要通过信令来控制电路拆除。
1x
01 什么是编码
编码：用一些符号取代另一些符号的过程。常采用“二进制码”。
模拟信号数字化编码的任务：用二进制码组去表示量化后的十进制 量化值。
涉及问题：（1）如何确定二进制码组的位数。 （2）应该采用怎样的码型。
01 什么是编码
编码：用一些符号取代另一些符号的过程。常采用“二进制码”。
模拟信号数字化编码的任务：用二进制码组去表示量化后的十进制 量化值。
32路 时 隙， 256 bit,125s
帧结构
TS 0
1
2
3
4
5
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
偶帧 TS0
帧 同 步时 隙
话路 时隙
信 令 时隙
(CH1 ~ CH15)
×0 0 1 10 1 1
PCM通信设备原理
电力调度中心 2018年8月
目录
01.PCM基本原理 02.PCM基本帧结构 03.PCM设备的组成 04.PCM指示灯含义及常见故障处理
01
PCM基本原理
Fundamentals
PART ONE
01 PCM的概念
PCM:Pulse Code Modulation
所谓PCM，就是脉冲编码调制的简称，具体是把一个时间连 续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字 信号后在信道中传输。
均匀量化：把输入信号的取值域按等间距分割，它是等间隔 的量化。
01 均匀量化
0 1Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts
抽样 0.2 0.4 1.8 2.8 3.6 5.1 6.0 5.7 3.9 2.0 1.2
量化 0.0 0.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.0 4.0 2.0 1.0
01 模拟信号数字化的过程
模拟信号数字化
抽样
量化
编码
01 什么是抽样
f (t)
y (t) k (t)
0
t
0
t
0
t
抽样：不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。
01 低通抽样定理
对于一个带限模拟信号f(t)，假设其频带为（0，fH），若以抽样频率 fs≥2fH对其进行抽样的话（抽样间隔Ts≤1/fs），则f(t)将被其样值信 号ys(t)=(ຫໍສະໝຸດ Baidu(nTs))完全确定。或者说，可从样值信号ys(t)=(f(n(Ts))中 无失真地恢复出原信号f(t)。
非均匀量化是根据信号的幅度来确定量化的间隔。
01 非均匀量化:A率十三折线量化
y
压缩： 发送端 作非线 性变换 （令弱 信号的 增益大 强信号 的增益 小）， 然后再 进行均 匀量化 和编码。
7/8 6/8 5/8 4/8 3/8 2/8 1/8
0
1/8
1/4
1/128
1/32 1/16
1/2
第一三 象限对 称，共 分16段， 中间四 段斜率 相同， 为一条 直线， 共十三 条折线， 故称十 三折线
CH1 7
… … …
F15 a b c d a b c d
PCM30/32路制CH1式基群CH帧3 结构
34
5
0
02 PCM基本帧结构的主要参数
帧周期:
125us
帧长度：
256bit
复帧周期 帧同步码周期
16*125us 250us
路时隙宽度： tc=125/32=3.9 μs
位时隙宽度 tb=3.9/8=0.488 μs
02 时分多路复用的同步
时分多路复用的关键是同步。为使通信正常进行，在收发两端的 开关必须同频同相。同频指两开关的旋转速度要完全相同；同相 指两开关的位置（步调）要一致，发端开关接通第一路信号时， 收端开关也要接通第一路信号。
02 时分多路复用的几个基本概念
帧：抽样时各路信号每轮一次抽样的总时间（即开关旋转一周的 时间），也就是一个抽样周期。 路时隙：合路的信号每个样值所允许的时间间隔。 位时隙：1位码占用的时间。
每一路信 号所占的 时间称为 “路时隙”
02 时分多路复用
02 时分多路复用
开关SA1旋转一周，依次对每一路信号进行了一次抽样，旋转一周 的时间等于一个抽样周期。开关旋转一周得到的各路信号抽样值 合为一“帧”。 开关SA2旋转一周，依次将每一路信号送给相应的接收者。 开关SA1不仅实现了对每一路信号每隔Ts时间抽样的目的，同时还 起到了复用合路的作用。称为“合路门”，开关SA2称为“分路门”。
举例来说： 一路基带话音信号的频率范围为0.3kHz-3.4kHz，取fH=4kHz。
抽样 低通抽样定理 抽样频率： fs=8kHz 抽样间隔：Ts=1/fs=125μs
01 什么是量化
量化：把一个连续函数的无限个数值的集合映射为一个离散函数的有限个数值的集合。
量化原则：“四舍五入”
例： 量化前
量化后
涉及问题：（1）如何确定二进制码组的位数。 （2）应该采用怎样的码型。
01 如何确定二进制码组的位数
根据A率十三折线规则进行编码，分8个量化间隔，每个间隔按16级 进行均匀量化，为128级，幅值为负时也分为128个量化级，共256个 量化级，可用8位二进制码表示。
01 应该采用怎样的码型
常用码型： 自然二进制（单极性信号） 折叠二进码（双极性信号）
f(t) = 2.2
f(t) = 2.0
f(t) = 3.7
f(t) = 4.0
01 关于量化的几个概念
量化值（量化电平）：确定的量化后的取值。 量化级：量化值的个数。 量化间隔（量化台阶）：相邻两个量化值之差。 量化噪声（量化误差）：由于量化而引起的误差。
01 量化方式
两种量化方式：均匀量化与非均匀量化
TS0为帧同步码、监视码时隙： 偶帧：1 0011011
奇帧：1 1 A1 11111
帧同步码
用以区别是 偶帧还是奇 帧
失步告警码：“1”表失 步，告诉对方已经出 现失步，无法工作
16帧 ， 2.0 ms 复 帧 结构 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
0 0 0 0 1 A2 1 1
话路 (C时H1隙6 ~ CH29)
帧 同 步信 号
复帧同
备用
步信号
比特
CH3 0
3.91 s
488 ns
奇帧 TS0 × 1 A1 1 1 1 1 1
保留给 国 内 通信 用
F1 a b c d a b c d
CH1
CH1 6
F2 a b c d a b c d
02 PCM复帧
数码率
fb=1/0.488=2048 kb/s
03
PCM设备的组成
Basic Composition
PART THREE
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32路 时 隙， 256 bit,125s
帧结构
TS 0
1
2
3
45
6
7
8
9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31
偶帧 TS0
帧 同 步时 隙
话路 时隙
信 令 时隙
(CH1 ~ CH15)
×0 0 1 10 1 1
TS16为信令时隙（eg：振铃、占线）：每个话路的信令码需4位，这样， 1个 TS16时隙可传两个话路的信令码；信令的取样频率仅为500Hz，所 以每16帧轮流传送一次，就可全部传完30个话路的信令。 规定每16帧叫做1复帧，记为 F0~F15，其中 F1~F15的TS16前4位码用来传 送1~15话路的信令，后4位依次传送16~30话路的信令； F0的TS16：0000 1A211
01 13折线压缩编码
C1
极性码
C2 C3 C4
段落码
C5 C6 C7 C8
段内码
具体做法是： 用段落码的8种可能状态分别代表8个段落的段落电平，段内码的16种可 能状态分别代表每一段落的16个均匀划分的量化间隔。
02
PCM基群帧结构
Primary Frame Structure
PART TWO
02 PCM基本帧结构
帧结构：指一帧周期中时隙的安排。每帧分为32个时隙（0 — 31号）。 a.TS1-TS15，TS17-TS31（共30路时隙用于传话音） b.每个时隙传PCM8位编码 c.TS0传帧同步码 d.TS16传信令，即呼叫、应答等。
16帧 ， 2.0 ms 复 帧 结构 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
总之，信令实际上就是一种用于控制的信号。
02 共路信令与随路信令
共路信令：把与许多路有关的信令信息，以及诸如网路管理所需的其 它信息，借助于地址码在单一信令信道上传输的方式称为共路信令。
随路信令：在话路内或在固定附属于该话路的信令信道内，传输该路 所需的各种信令的方式称为随路信令。
16帧 ， 2.0 ms 复 帧 结构 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15