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浙a大学硕i论文 ab s t r a c t w i t h t h e d e v e lo p m e n t o f c o m m u n i c a t i o n n e t w o r k a n d t h e im p r o v e m e n t o f u s e r s r e q u i r e m e n t , p d h i s g r a d u a ll y r e p l a c e d b y s d f i i n o p t i c a l f i b e r c o m m u n i c a t i o n . s d h o p t i c a l f i b e r c o m m u n i c a t i o n s y s t e m i s b e i n g u s e d w i d e l y b y i t s a d v a n t a g e s : h u g e v o l u m e o f c o m m u n i c a t i o n , h i g h p e r f o r m a n c e o f t r a n s m i s s i o n , f a c i l e c o n f i g u r i n g a n d p o w e r f u l m a n a g e m e n t . b u t i n s o m e c a s e w h e n h u g e v o l u m e o f c o m m u n ic a t i o n i s t r o t n e e d e d , t h e p o t e n t i a l a n d a d v a n t a g e s o f s d h c a n t b e e x e r t e d a n d m o s t o f v o l u m e i s w a s t e d . o n t h e c o n t r a r y , i n s o m e s p e c i a l c a s e p d h h a v e a d v a n t a g e s f o r i t s m o d e r a t e v o l u m e , f a c i l e c o n f i g u r i n g , lo w c o s t , h i g h r e l i a b i l i t y a n d p l e n t i f u l f u n c t i o n . i n t h i s t h e s i s , w e d e s i g n a n d r e a l i z e a s i n g l e c h i p f p g a t r a n s m itt i n g s y s t e m b a s e d o n p d h t e c h n o l o g y f o r t h e r e q u ir e m e n t o f p r a c t i c e . t h e s y s t e m w h i c h i s m a i n l y d e s i g n e d o n s i n g l e f p g a c h i p c o u l d t r a n s m i t 1 2 e i s i g n a l s a n d 1 f 0 0 m e t h e r n e t t u n n e l , a n d t h i s s o l u ti o n h a v e o b v i o u s a d v a n t a g e s i n i n t e g r a t i o n , p o w e r , c o s t a n d f l e x i b i l it y . f i r s t l y , w e i n t r o d u c e d i g i t a l c o m m u n ic a t i o n a n d t h e p r i n c i p l e o f m u lt i p l e x e r a s w e l l a s e t h e r n e t . t h e n w e d e s c r i b e t h e s o l u t i o n o f o u r t r a n s m i t t i n g s y s t e m i n d e t a i l , a l s o w e i n t r o d u c e t h e c h i p u s e d i n t h i s s y s t e m i n c l u d i n g t h e m a i n f p g a c h i p . f i n a l l y , t h e c i r c u i t b o a r d i s d e s i g n e d a n d t h e r t l c o d i n g i s w r it e d , t h e n b o t h h a r d w a r e a n d v e r i l o g c o d e d e b u g i s p e r f o r m e d . t h e a u t h o r s ma i n t a s k s i n c l u d e s : i . i m p l e m e n t t h e m u l t i p l e x e r o f 4 e l s i g n a l s , t h e m a i n c i r c u i t i n c l u d e s a l l d i g i t a l 灿a s e - l o c k e d l o o p ( d p l l ) , h d b 3 e n c o d e a n d d e c o d e , p o s i t i v e j u s t i f i c a t i o n , t h e s t a r t o f fr a m e d e t e c t c i r c u i t , m u l t i p l e x a n d d e m u lti p le a c ir c u i t 2 .ma p t h e ml l s i g n a l s w h i c h c o m e f r o m 1 0 0 m e t h e r n e t fr o m 2 5 m b i d s t o 2 5 . 3 4 4 m b i t / s . 3 . e n e o d e t h e e l m u lt i p l e x e r s i g n a l s a n d mi i s i g n a l s w i t h 5 b 6 b e n c o d e - d e c o d e s c h e m e , t h e n t r a n s m i t t h e 1 5 2 .0 7 4 m s i g n a l b y o p t i c a l f i b e r . 4 . u s e t h e c l o c k a n d d a t a r e c o v e ry s o l u t i o n o f x i l i n x t o r e c o v e r t h e h i g h - s p e e d c l o c k . a n d d e c o d e t h e s i g n a l w it h 5 b 6 b , t h e n d e m u l t i p l e a t h e e l a n d e t h e r n e t s i g n a l s . k e y w o r d s : p d h, e l , mu l i i p l e x e r , p o s i t i v e j u s t i fi c a t i o n , d p l l , mi i , c d r 第 2页 共 g i 5 i 浙江大学硕十论文 第一章 绪 论 在数字通信中， 为了 使终端设备 标准化和系列化， 同时又 能适应不同 传输媒体和不同 业务 的需求，通常用各种等级的终端设备进行组合配置，把若干低速的数字码流按一定格式合并成 为高速数码流，以 满足上述需要。数字复接就是依据时分复用基木原理完成数码合并的一种技 术。数字信息传递到日的并不是 一 次操作将某 一 速率信号复用成终端设备需要的数据流信息 而是按照一定的速度系列依次复用在一 起将复用等级称作数字体系。例如在发送端将几个基 次群信号结合起来组成一个二次群信号，通过信道传到接收端;接收端再将各路基群信号从 _ 次群信号中分离出来，传送到各个基次群的接收端，这就是数字信号的复接与 分接。三次群是 将几个二次群支路信号复接成 一 个三次群信号，依次类推。其中，基群、二次群、 三次群是数 字复接系列按传输速率的不同来划分的。每一种群路可以用来传送多路电话，也可以用来传送 其他相同速率的数字信号，如电视信号、网络信号或其他数据信号等 在数字通信网中， 数字复接技术不仅仅是与信源编码、 数字传输、 数字交换相并列的专门 技术，而且它还是网同步中的帧调整、线路集中起中的线路复用以及数字交换, i 的时分接续等 技术的基础。可见，数字复接技术是数字通信网中的 项基础技术。 1 .1数字复接技术的发展 数字复接技术的应用首先是从市话 中继传输开始的，当时为适应非同步支路的灵活复接， 采用塞入脉冲技术将准同步的低速支路信号复接为高速数码流。开始时的传输媒介是电缆，由 于 频带资源紧张，因此主要着眼于控制塞入抖动以 及解决辅助比 特开销， 根据国 家/ 地区的技术 历史形成了 美、日 、欧三种不同 速率结构的 准同 步数字系列 ( p d h ) o 准同步复接是指参与复接的各个支路码流时钟与 复接码流时钟在 一 定的容差范围内标称 相等。严格地说， 如果两个信号的对应生效瞬间以同一标称速率出 现， 而速率的任何变化都限 制在规定的范围之内，则这两个信号彼此就是准同步的。 例如，具有相同标称速率但不是由同 一 时钟源产生的两个信号通常都是准同步的。其中提到的标称比 特速率以及其容许的变化范围 都是预先统规定的 准同步复接既然容许时钟频率在规定的容差域内 任意变动， 那么对于 参与 复接的支路时钟 相位关系自然就没有任何限制。由于准同步复接的这些特点，在某些具体应用条件 卜 ，例如在 远程传输网中， 特别是高次群复接， 采用准同 步复接技术就可以简单而经济地实现复接 另外 p d h系列具有如下优点: ( i ) 易于 构成通信网， 便于分支与 插入，3 i = 具有较高的传输速率 复用倍数适， ， ，多在3 - s 信之间 ( 2 )可视电话、电视信号以及频分制群信号 能与 某个高次群相适应，可以和阔 ， 次群 起熨 接千 1 输 ( 3 )与 传输媒介，如对称电缆、同轴电缆、微波、波导、光纤等传输容景相i儿 配 第 s 文 共 6 1 d ; 浙汽人学硕士论文 p d h系列能很好的适应传统的点对点的通信， 却无法适应动态联网的要求， 也难以支持新 业务的开发和现代网络管理，无法支持宽带综合业务数字网。p d h固有的缺点有: ( 1 ) 标准不统 从 2 0 世纪 7 0 年代初期至今，全世界数字通信领域有两个基本系列:以2 0 4 8 k b it / s 为基础 的i t u -t g. 7 3 2 , 67 3 5 , g.7 3 6 , g 7 4 2 , g. 7 4 4 , g7 4 5 , g7 5 1 等建议构成一个系列和以 5 4 4 k b it / s 为 基础的i t u - t g . . 7 3 3 , g 7 3 3 , g . 7 4 3 , g . 7 4 6 等建议构成的 一 个系列， 而1 5 4 4 k b i u s 系列又有北 美、 日本之分，三者互不兼容，造成国际互通困难。 ( 2 ) 没有全世界统的光接日 规范 只有统一的电 接曰 标准( 刊- t g 7 0 3 ) ， 而没有统 的光接口 标准，即使在同一种异步复 接 体制中，也不能保证光接l l 的互通。同为欧州体制的4次群系统，光接u就可能有几种。如用 5 b 6 b码型， 输出 光信号 码率为1 6 7 . 1 1 6 8 m b p s ; 用7 b 8 b 码型 输出光 信号码率为1 5 9 . 1 5 8 9 m b p s ; 用8 b i h线路码型， 输出 光信号 码率又为1 5 6 . 6 6 2 0 m b p s 。 光信号的 码型、 码率都不同时， 很难 互 通， 只有通过光电 变换将光接口 转换为电 接口 ( i t u - t g 7 0 3 ) 后才能保证互 通。 这增加了网 络 成本，影响了光纤系统的互联，与目前光纤通信飞速发展的形势不符。 ( 3 ) 复 用结构复杂。 我国p d h系列只有一次群是同步复接， 其他从低次群到高次群均为异步复接。 异步复接实 际上是通过两个步骤实现的:先用码速调整将各支路信息码流调整到速率、相位都 致，然后 进行同步复接。 般采用正码速调速，这样在发端就要插入些码速调整比特，一路低速信号 往往要经过多次码速调整， 使得在高速信号中很难直接识别和提取低速支路信号， 要上下话路， 只能采用一系列背靠背的复接器， 将高次群信号一步步地解复用到所要解出的 低次群上， 上 卜 路后，再重新一步步地复用到高次群上如图1 . 1 所不。 显然，这种异步复用方式结构复杂， 成本高，设备利用率低，硬件所占的成分大，因此很不灵活。 1 4 0 / 3 4 m b / s3 4 / 1 4 0 m b / s 2 m b / s电信号 图1 t异步复接 上 下路方法 ( 4 ) p d h系列的 帧结构 卜 ， 步改进网络 o a m 的重要障碍 用于网络操作、管理和维护 ( o a m)的比特太少，这已成为进 ( 5 )若继续按照p d h发展.自 ; 次群，易受高速器件的限制，增加实现的复杂性 第 6 7 1共 6 1 7 1 浙江大学硕十论文 为适应电信网的迅速发展和满足对联网要求日 益提高这情况，基于网络运行的灵活性、 可靠性、 维护管理的方便性与 有效性和对未来发展的适应性等方面的考虑， 以弥补p d h的 系 列的缺点，s d h这新 一 代的传输体制出现了。 最早提出s d h概念的是美国贝尔通信研究所， 称为光同步网络 ( s o n u f ) 。 它是高速、人 容量光纤传输技术和高度灵活、又便于管理控制的智能网技术的有机结合。最初的日的是在光 路上实现标准化，便于不同厂家的产品能在光路上 互通，从而提.0 i 网络的灵活性 1 9 8 8 年，国际电报电话咨询委员会 ( c c i t t )接受了s o n e t的概念，重新命名为 “ 同步 数字系列 ( s d h ) ，使它不仅适用于光纤，也适用于微波和卫星传输的技术休制，并目 使其网 络管理功能大大增强。 s d h技术与p d h技术相比，有如下明显优点: ( 1 ) 统一的比 特率， 统一的 接口 标准，为不同 少家设各间的 互联提供了 可能。 ( 2 ) 网 络管理能力大大加强 ( 3 ) 提出了自 愈网的 新概念。 用s d h设备组成的 带有自 愈保护能力的 环网形式， 可以 在传 输媒体主信号被切断时，自动通过自 愈网恢复正常通信。 ( 4 ) 采用字节复接技术， 使网 络中 上下支路信号变得十分简单。 山于 s d h具有上述显著优点，它将成为实现信息高速公路的基础技术之一 但从我们国 家日 前实际存在的件 ， 继传输网的现状和结合本地电 话网中的中继传输网的现状来看，由于目前 网上现有的p d h设备的规模容量较大，s d h设备完全取代p d h设备，既不现实，也无必要。 目 前木 地电 话网中的 主要业务仍以电 话业务为主， 在信息高速公路相连接的支 路和义路上， p d t 设爷仍将有用武之地。 1 .z数字复接技术的研究现状 当今社会是数字化的社会，是数字集成电路广泛应用的利 _ 会。而在以往的 p d h复接电路 ， ， ，系统的许多部分采用的是模拟电 路，因 此有很大的局限性。 现在，数字集成电路木身在不 断地进行更新换代。它由早期的电子管、晶体管、小中规模集成电路、发展到超大规模集成电 路以及许多具有特定功能的专用集成电路。但是，随着微电子技术的发展，设计与 制造集成电 路的任务己不完全由半导体j商来独立承担。系统设计师们更愿意自己设计专用集成电路 ( a s i c ) 芯片， 而且希望a s i c的设计周期尽可能短 最好是在实验室里就能设 计出合适的a s i c 芯片， 并且 立即投入实际应用之中，ia 7 而出 现了 现场可编 程逻辑器 件( f p l d ) . 其中 应用最广泛 的当 属现场可编程门阵列 ( f p g a ) 和复杂可 编程逻辑器件 ( c p l d ) f p g a是现场可编程门阵 列 ( f i e l d p r o g r a m a b l e g a t e a r r a y ) 的 简称， 它是电子 设 计领域i i i 最 具活力和发展前途的 项技术，f p g a可以完成任何数字器件的功能，上至高性能的c p u .f 至简单的7 4电路， 都可以用f p g a来实现。 我们u 以通过传统的原理图输入法， 或是硬件描述 语 万自 的设计个数字系统。 通过软科仿真， 我们可以事先验证设计的正确性。在p c b完成 以后，还可以利用 f p g a的在线修改功能，随时修改没计而不必改动硬件电路。使用 f p g a来 开发数 f : 电路，可以人大缩短设计时间，减少p c b血积，提高系统的可靠性 i 是由于 f p g a 的这些优点，已经有越来越多的通信产品是用 f p g a来实现的。l iu 且川 第 7 9 i共 6 1贞 浙江大学硕十论文 f p g a来实现通f 舀 产品的功能有个很大的好处就是可以将其 作成为个i p 核。以后设计者在 设计电路时如果需要用到此功能的电路，就可以在 f p g a - i 直接调用，而小需要再外接电路 调试时只需要修改程序，小需要重新制作电路板，这样可以缩短设计周期并节省成本。如果产 品 有大批量需求， 也可以 从f p g a转向a s i c 设计，以降 低成本， 减少功耗 文献 z 1 是1 9 9 7 年 武汉邮电 科学院用f p g a 实 现的 从p d h 到s d h 的高阶映射。 文献( a l 是2 0 0 0 年x i l i n x 公司 用f p g a 实 现r e e d - s o lo m o n 编码 / 译码。 文献+ l 是 帧同 步器的e p l d设计与 实现。 很多 采用复 接技术的设 备也采用f p g a技术来设计。 文献 5 1 是 基于f p g a的1 6 e 1 光纤复 接系统， 文献16 1 是基于f p g a 的多 路e l 反向 复用接l a 电 路设计与 实 现， 文献 7 1 是用f p g a实现二次 群复接器的 一 个设 计。 数字复接技术的另 一 个发展是从单纯的语音业务向多业务的转变。 随着用户需求的变化及 技术的发展， 各运营商从采用单纯的s d h设备转向 采用 基于s d h的多 业务传送平台 ( m s t p ) o ms t p 可以 基于多种线路速率实现， 包括 1 5 5 / 6 2 2 m b / s . 2 . 5 g b / s 和l o g b / s 等。 方面， ms t p 保留了固有的t d m交义能力和传统的s d h/ p d h业务接f 1继续满足话音业务的需求; 另一方面， ms t p 提供a t m处理、 e t h e rn e t 透传以及e t h e m e t l 交换功能来满足数据业务的汇聚、 梳理和整合的需要。由于ms t p架构在 s d h / s o n e t 上，因此具有投资低、运营成木低、带宽 分配颗粒小及利用率高等特点，代表了未来的发展方向。 1 . 3 课题提出意义和主要研究内容 为配合ms t p , p d h也向高集成度、高稳定性、多功能型发展，并达到了 一 个新的水平 p d h设备发展的 一 个重要方面是传统的时分复用技术与以 太网 技术相融合 图1 .2 说明了没有融合时的应用方式。 ( a )用 一 对p d h光端机和一对光纤收发器同时 解决了 语音和数据的传输。 语音的 传输 是4 -8 个e l ，以太网是1 o o m线速，具有足够的带宽 ( b )用一 对p d h光端机加上 一 对协议转换器。 协议转换器占 用 一 个e l 电 路。 这方案 下， 语音的 带宽5 ( a ) 相比 要少 一 个e l以 太网 数 据的 有 效带宽 最大 为1 个e l . 效 率低些。 但( b ) 方案的成本较低。 木课题根据现实需要，提出并设计了 一种基于p d h 技术的多业务传输系统。 该系统应用方 式如图1 . 3 所示， 它可以同时提供 1 2 路e l 的透明传输和一个线速为 l o o m以太网通道， 主要由 一 块f p g a 芯片实现大部分功能， 该系统方案在集成度、 功耗、 成本以及灵活性等方面都具有明 显的优势。 目前国内能同时传输 e l和以太网信号的 p d h 设备人多采用专用集成电路芯片 ( a s i c ) ，灵活性不强。本文对于数字复接中的些关键技术的探讨和研究，例如全数字锁相 环、正码速调整、帧同步、以太网映射以及高速时钟和数据恢复 ( c d r ) ，对以后满足小同用户 需要，设计各种多业务p d h复接设各具有 一 定的借鉴意义。 第 8 ) 1共 6 1 i i 浙江大学硕士论文 光纤收发器光纤收发器 pi n i 令 8 * e】r el ( b ) 图 1 .2语音和以太网的传统传输方案 以太网 4 * ef 以太网 4 * ei 图1 . 3多业务p d h传输系统的混和传输方案 论文的结构安排如下 第一章综合论述本文研究工作的意义和数字复接技术的概况、发展现状。 第二章概括介绍了 数字复接技术的一些基木概念和技术。 第二章介绍了以太网 传输以 及码速变换 t 些相关知识口 第四章详细介绍了多业务p d h 传输系统的方案a 计。 第了 。 章介绍了多业务p d h 传输系统的实现过程 第六章总结和展望 第 9 贞 6 于 i _ 浙江大学硕士论文 第二章 数字复接技术 山于数字通信的优越性， .言 的业务种类越来越多， 不仅有电话、 数据， 还有电视、图像等 数字通信的业务量也越来越大， 这就推动了 数字通信网的建立和发展。在通信网运行时，为j 扩大传输容量和提高传输效率，就需要把若干中低速数字信号合并成 个高速数字信号，再通 过高速信道传输， 传到对方再分离还原为各个， 低速数字信号 。数字复接与分接 简称数字复 接)就是实现这种数字信号的合并与分离的专门技术，它是数字通信网的一 项墓木技术 2 .，数字通信的基本概念 通信的 任务是完成消息的传递和交换。 通信系统主要是山消息源和收信者、 发送设备、 接 收设备以 及传输媒介组成。而按照系统中所传输的信号不同，通信可分为两种，传输模拟信号 的 通信系统称为 模拟通信系统， 传输数字信号的 通信系统 称为 数字通信系统。 数字通信系统的 构成模型如图2 . 1 所示。 图2 . 1通信系统的模型 信息源 ( 简称信源) 的作 用是把待传输的消息转换成原始电 信号， 如电 话系统中电 话机可 看成是信源，信源输出的信号称为基带信号。所谓基带信号是指没有经过调制的原始信一号，其 特点是频率较低。基带信号可分为数字基带信号和模拟基带信号 倍源编码器是使信源送出的信号变成合适的 数字编码信号。 若信源输出的是模拟信号， 信 源编码器将把模拟信号变换成数字信号，即完成模数转换的任务。若信源输出的是数字信号 这时的 信源编码器的 作用是提高数字信号传输的有效性，去掉多余度和压缩原始信号的 数据速 率 因信号在信道中传输方面由于信道的特性不好，另方面由于引入噪声干扰， 使得传输 的数字信号产生差错一误码。信道编码器的作用就是提高通信的可靠性，白 对信号 进行差错控 制编码，a p 按 、 定的规则加入多余码元，以 便在收端进f 11 检错和纠错，从而降低差错概率，提 高正确识别信号的能力，提高通信的可靠性 im 制器的作用是将信道编码;9 输出的数字 信pi 经过适当变换，使之适于信道传输 信道是指信号 在媒质i i i 传输的通路。根据传输媒质可以分为有线和无线两大类。 所谓有线 通信，是指传输媒质为7 线、电缆、光缆、波异等形式的通信。其特点是媒质看得见、摸得着 第 1 0贝 共 6 1 k 浙江大学硕 士 论文 所谓无线通信，是指传输媒质为看不见、摸小着的不同频率的电磁波的 通信形式 信道中自 然会有噪声。 图z . 1 中的噪声源是叠加在信道i i i 的所有噪声以及分散在通信系统 ， _ 其 他各处噪声的集合 信号经信道到达接收端， 解调器将调制后的信号还原成基带信号，信道译码器对由于传输 造成的误码进行纠检错，信号送到信源解码器再送到收信者，从而完成整个通信过程。显然接 收端的解调、译码是发送端调制、编码的反变换 在数字 通信系统中还有 个很重要的部分因为位置比较分散， 所以 在模型中没有画出， 这 就是(m 步系统。 已 是数字通信系统中必不可少的组成部分。在数字通信中要求发端和收端之间 有严格的时间关系，如果收端与发端的码元节拍不同步就无法正确接收，同时在发端传输信号 时常常要把若千码元组成， 一 个字，若千个字组成一句或若干个码元组成 帧，为了正 确可靠的 通信，必须做到码位同步，字同步， 帧同步。 若数字通信系统i 1 1 同步失效就会导致整个通信失 效。 从通信的发 展趋势来 看， 现代通信必须以 数字通信为主， 数字通信较模拟通信有如下 特点: l .抗干扰、抗噪声性能好 由于数字通信传输的数字信号携带消息的 参量只有有限个取值， 一般都是用只有两个取值 的二进制信号，这样发送端传输的和收端需要接收和判决的只有两个 假，例如点进制信号1 码 取值为a , 0 码取值为0 。 传输过程中由 于噪声引入对波形有影响， 使波形产生失真， 在接收端 恢复信号时， 首先对其进行抽样判决， 才 能确定是1 码还是0 码， 并再生1 . 0 码的波形。 因此 只要不影响判决的正确性，即使波形有失真也不会影响再生以后的波形。 而模拟通信时噪声使 模拟信号失真后，哪怕噪声很小，噪声的影响也是无法消除的。 数字通信抗噪声性能 好， 还表现在数字中 继通信时， 它 可以消除 噪声 积累。 这是im 为数字 信号在每次再生后，只要不发生错码，,已 仍然像倍源中发出的信号 样，因而中继站再多， 仍 具有良 好的通信质量。而模拟通信中继时，只能增加信号能量，而不能消除噪声积累 2 差错可控 数字信号在传输过程中出现的 错误，可通过纠错编码技术来控制。 3 易加密， 保密性强 4 设备易于集成化、微型化。 5 .易于与现代技术相结合 山于计算机技术、数字存储技术、数字交换技术以及数字处理技术等现代技术飞速发展， 许多设各、终端接口均是数字信号，因此极易与 数字通信系统相连接。可便于构成综合数字网 和综合业务数字网 数字通信相对与 模拟通信来说，也有以下缺点: 1 .数字通佑比模拟通信占用史宽的带宽。如路模拟电话占4 k h z 带宽，而路数字电话 约 片z 0 - 6 0 k h z 带宽 2 . 数字通信中， 要准确地恢复信号， 必须要求收端和发端保持严格同 步。 们 于 需要有严格 的同步系统 所以数多 通信系统设备 一 般比较复杂 虽然数字丛带信号占用的频带宽， 但它可以通过凡缩编码，调制技术提高频带利用率，还 可以 通过增大系统带宽来补偿。 而月随着微波和光纤通信的出 现， 带宽问题已经基木得到解决， 第 i t页 共 6 !贞 浙江大学硕十论文 同时随着数字集成技术的发展， 各种中、大规模集成器件的体积小断减少，加上数字压缩技术 的不断完善，数字通信的休积也越来越少。 随着科学技术的不断发展， 数字通信的缺点也越来越显得不重要了。实践表明，数字通信 是现代通信的发展方向 2 . 2数字复接的基本概念 为了 提高信道的 利用率， 使多路信号在同 信道上传输时互相不产生干扰的方式il l 做多路 复用。日 前应用最广泛的 是频分多路复用 ( f d m) 和时 分多路复用 ( t d m ) 。 频分复用中， 主要 是将各路信号通过采用某 一 调制方式调 制到不同的频段，使各路信号在频域中互不重叠。时分 复用中，多路信号在时间上被离散化，即多路信号在不同的时间内被传送，各路信号在时域中 互不重叠。 在数字通信系统中，为了扩大传输容量，提高传输效率，常常要利用时分复用的原理将若 干各低速数字信号合并成一 个高速数字信号流，以便在高速信道中传输。数字复接系统由数字 复接器和数字分接器组成。 数字复接器是把两个或两个以上 的支路 ( 低次 群) ， 按t d m力式合并 成 一 个单 一 的高次群数字信号设备，它由定时、码速调整和复接单元等组成。数字分接器的功 能是把己合路的高次群数字信号，分解成原来的低次群数字信号，它由帧同步、定时、数字分 接和码速恢复等单元组成 外时钟 低次群 ，.工曰乙勺j4 数字复接器;数字分接器 图2 . 2 数字复接系统方框图 定时单元给设备提供个统 一 的基准时钟。码速调繁单元把速率不同的各支路信号，调整 成与复接设各定时完全同步的数字信号，以便由复接单兀把各个支路信号复接成个数字流 另外在复接时还需要插入帧同步信号，以便接收端正确接收各支路信号。分接设备的定时单元 是由接收信号， 卜 提取时钟，并借助于同步单元的控制，使得分接器的基准时间信号与复接器的 基准时间信号保持正确的相位关系，即保持同步 数f 复接是从低速到高速按照 一 定的规定速率分级进行的，其中某 一 级的复接是把定数 日的具有较低规定速率的数字信号合并成为各具有较高规定速率的数字信号。为使数 了 终端 设备通用化，原 c c i t 丁推荐了两类准同步数字复接系列，参见表 2 . 1 。其中，北美和卜 木采用 以1 5 4 4 k b i t / s 为基群的数字速率系列:欧洲和前苏联采用以2 0 4 8 k b i u s 为基群的数字系列山于 第 1 2 贞 共 6 1页 浙们 _ 人学硕士论义 2 0 4 8 k b i t t s 为纂群的数字速率系列的帧结构与日 前数字交换用的帧结构是统的， 因 此便于m 数 字传输和数字交换统一化方向发展;其次，c c i t 丁关于 2 0 4 8 k b it / s 系列的建议比较单 一 也比较 完善， 性能比 较好，因 此我国已 经统 一 采用2 0 4 8 k b i t rs 的 数字系列 表21 两类数宇速率系列 群号一 次群_次群 二 次 群四 次 群 数码率( mb t s 1 . 5 4 46 . 3 1 23 20 6 49 7 . 7 2 8 话路数 2 4 2 4 火4 = 9 6 9 6 x 5 = 4 8 0一 4 8 0 x 3 = 1 4 4 0 豹码率( m b l s ) 2 .0 4 88 .4 4 8 3 4 .3 6 8 1 3 9 2 6 4 话路数 3 o3 0 x4 =1 2 01 2 0 x4 = 4 8 0 ! 4 8 0 x 4 = 1 9 2 0 2 . s数字信号的复接方式 数字复接的实现方式有三种，即按位复接、按字复接和按帧复接。 按位复接是指每路每次只插入1 个符号。 这种方法以一比 特码位单位， 对每个复接支路 的信号每次只复接1 位码。 显然， 按位复接是复接后的码流中首先传第 1 路的第1 位码 然后传第2 路的第1 位码。 依次传完需要复接的n 路的第1 位码: 接一 f 来再次传第 1 路 的 第2 位码， 依次类推。 这种方式的最大优点是 对复 接缓冲器的容 量要求小、 简单易行、 容易实现， 准同 步数字体系 ( p d h ) 大多采用它。 缺点是对信息的交换处理不利。 按字复接是每路每次插入1 个码字的复接方式。 对于p c m 数字话路， 每路时隙有8 比特 称为一 个码字，按字复接时，各支路轮流复接， 每次每路插入一 个8比 特的码字。这种 方式的优点是复接后的码流保留了完整的字结构， 有利于多路合成处理和交换， 但要求 有较大容量的缓冲存储器，电路较为复杂。同步数字体系 ( s d 大多采用这种方法 按帧复 接是 每路每次插入一个顿的复接方式。 对于p c m 话路， i 帧含有2 5 6 个 码，显 然 这种复接力式的优点是不破坏原来各支路的帧结构， 利于交换， 但它需要大容量的缓冲 存储器，故极少使用 2 . 4数字复接技术中的码速调整 儿个低次 群数字信号 复接 成一个高次 群数字信号时， 如果各个低次 群( 例如p c m 3 0 / 3 2 系统) 的时钟是各自 产生的 即使它们的标称数码率相同， 都是2 0 4 8 k b i t i s , 但它们的矫时数码率也可 能是不同的。 因 j 各 个支路的晶体 振荡器的振荡频率不可能完全相r ( c c i t t规定p c m 3 0 / 3 2 系 统的瞬时数码率在2 0 4 8 k b it / s 1 l 0 0 b i t/ s ) ， 几个低次群复接后的数码就 会产生重蚕或错位。 这样 复接合成后的数字信号流，在接收端是尤法分接恢复成原来的低次群信号的。因此，数码率不 同的 低次群信号是小能百接复接的 为此， 在复接前要使各低次群的数码率同步，同 时使复接 后的数码率符合高次群帧结构的要求。山此可见，将几个低次群复接成高次群时，必须采取适 当的措施，以凋 蔡各低次群系统的数码率使其同步， 这种同步是系统与 系统之间的同步， 称为 系统司步 第 1 3页 共 6 1贞 浙江大学硕 t _ 论文 系统同步的方法有两种，即同步复接和异步复接。同步复接是用个高稳定的主时钟来拧 制被复接的几个低次群，使这几个低次群的码速统 一 在主时钟的频率上，这样就达到系统同步 的目的。这种同步方法的缺点是主时钟r 出现故障，相关的通信系统将全部， “ 断，它只限于 在局部区域内使用。异步复接是各低次群使用各自的时钟。这样，各低次群的时钟速率就不 定相等，因而在复接时先要进行码速调整，使各低次群同步后再复接 2 . 4 . 1正码速调整原理 码速调茶技术可以分为正码速调整、正/ 负码速调整和正/ 零/ 负码速调整三种。其. 正码速 调整由于它的原理和设备简单，技术比较完善，因此应用最为广泛。下面仅讨论正码速调榷。 正码速调整技术( 也叫脉冲插入法) 就是人为地在各个待复接的支路信号中插入 一 些脉冲， 譬如在瞬时数码率低的支路信号中多插入一些脉冲:在瞬时数码率高的支路信号中少插入或不 插入脉冲， 从而使这些支路信号在分别插入适当的脉冲之后， 变为瞬时数码率完全致的信号 正码速调整电 路和码速恢复电路如图 2 . 3所示。其中每一个参与复接的支路码流都先经过 一个单独的码速调披装置，把标称数码率相同瞬时数码率不同的码流变换成同步码流，然后进 行复接，收端分接后的每一个同步码流都分别经过一个码速恢复装置把它恢复成原来的支路码 流。 码速调整装置的主体是缓冲存储器，此外，还由一些必要的控制电路。支路信码在写入脉 冲 的 控 制 下 逐 位 写 入 缓 冲 器 ， 写 入 脉 冲 的 频 率 与 输 入 支 路 的 数 码 率 相 同 ，为 f a 。 支 路 信 码 在 读 出 脉 冲 的 控 制 一 从 缓 存 器 逐 位 读 出 ，读 出 脉 冲 的 频 率 即 为 码 速 调 整 后 支 路 的 数 码 率 f . 。 在 二 次 群 复 接 系 统 中 ， 输 入 支 路 的 数 码 率关 - 2 . 0 4 8 m b i t / s 士 1 0 0 b i t / s , 输 出 数 码 率 为几 = 2 . 1 1 2 m b i t / s . 所 谓 正 码 速 调 整 就 是 因 为 几 九 而 得 名 的 。 由 于 f . f t 所 以 缓 冲 存 储 器 处 于 快 读 慢 写 状 态 ， 所 以 最 后 将 会 出 现 取 空 状 态 。 为 解 决 这 个问题，电路设计在缓存器尚未取空而快要取空时，就使它停读 一 次，同时插入个脉冲( 非信 息码) ，以提高码速率，如图2 . 4中 所t. 第 1 4曳 共 6 1贞 浙江人学硕士论文 叉城铆娜入 豁 充.馆妈翻 渡娜绷 图2 3正码速调榷和码速恢复电路 1 y李 庵5a普 甘 3 0 生 丸1 舍 a t 黝av t o at +l i 曰 州 麦i1 i1该i f 川 a l. i1 * 7 1 入冲 街梦 劝身卫耳 !甲 !山于 .毛 百.r中 图2 . 4脉冲插入方式码速调整示意图 从 图 中 可 以 看 出 ， 输 入 信 码 是 以 f a 的 速 率 写 入 缓 存 器 ， 而 读 出 脉 冲 是 以 f . 速 率 读 出 ， 如 图 . 箭 头 所 不 。 由 于 f . f a 读 、 写 时 间 差 湘位 差 ) 越 来 越 小 ， 到 第 6 个 脉 冲到 来 时 ， f . 与 关 几 乎 同 时 出 现 ， 这 将 出 现 没 有 写 入 却 要 求 读 出 信 息 的 情 况 ， 从 而 造 成 取 空 现 象为 了 防 1f 取 空” ，这时就插入个脉冲指令，它 一 力面停比读出次，同时在此瞬间插入 一 个脉冲，如图 ， 虚线位置所示。插入脉冲的抽入与否是根据缓冲存储器的存储状态来决定的，可通过插入脉冲 控制电路来完成。 而缓冲存储器的存储状态可根据输入数码流与 输出数码流的相位关系来确定， 所以说存储状态的检测，可由相位比较器来完成 在收端， 分接器先把高次群总信码进行分接， 分接后的个支路信号分离输入各自的缓存器 为了去掉发送端插入的插入脉冲( 称标志信号脉冲) ， 首先要通过标志信号检出电路检出标志 信 号， 然后通过写入脉冲4 1 1 除电路i i i 除标志信号。 扣除了 标志信号后的支路信码的顺序与 原来信 码的顺序样， 但在时间间隔 卜 是不均匀的，中间有空隙如图2 . 注 中所不 但从长时间来看， 第 1 5 贞 共 6 1 0 1 浙江大学硕十论文 其 平 均 时 间 间 隔 ， 即 平 均 码 速 与 原 支 路 信 码 几 相 同 ， 111-1l此 ， 在 收 端 要 恢 复 原 支 路 信 码 ， 必 须 先 从 图 中 波 形 . 提 取 瓶寸 钟 脉 冲 间 隔 均 匀 化 的 任 务 由 锁 相 环 完 成 。 鉴 相 器 的 输 入 为 已 扣除 插 入 脉 冲 的 几， 另 个 输 入 端 接 v c 0 输 出 ， 经 鉴 相 、 低 通 和 v c 0 后 获 得 个 频 率 等 于 时 钟 平 均 频 率 关 的 平 滑 的 读 卿 褂， 从 缓 存 器 中 读 出 速 率 为 关 fl1 i a7 隔 均 匀 的 信 码 流 ， 也 就 是 恢 复 了 原 支 路信码 z . 4 . t t i i 2正码速调整的帧结构 t g . 7 4 2 0 ， 推荐的正码速调整异步复接二次群帧结构如图2 . 5 所示。 21 2 bi t 1 组5 3 b i t2 纠5 3 b i t3 组5 3 h i t 4 组5 3 b i t 213 理5 3 1 51 0 6 1 1 0 7 1 5 9 1 1 6 0 1 1 6 12 1 2 i l l f 1 2 f1 3 c1 3 v i 、 一 一 一 信息码5 0 b i i信息码5 2 h i t信息 码5 2 b 1 , 信息码5 比i t ( a ) 次群帧结构 1 帧8 4 8 b i t 组1 ( 2 1 2 b i t ) 组2 ( 2 1 2 6 i 0 i组3 ( 2 1 2 6 i t )组4 ( 2 1 2 b i 0 5 支路信息支路信 0 支路信怠支路信脚 一 丫 一” 1 . . x 1 1 2 2 0 2 . j几 7 厂 一 s a一 ，9 4 h 帧码对 告插入 标 志码 c .) i插 入标志 码 c 1 2插入 标志 码 c j 3插入 码v j ( b ) 二次群帧结构 图2 . 5异步复接二次群帧结构 异步复 接二次群的帧周期为1 0 0 3 8 u s . 帧长为8 4 8 b i t 其中 有4 2 0 5 = 8 2 0 6 it 为 信息码， 有2 8 b it 的插入码。 图2 . 5 ( b ) i i 的二 次群是4 个 次群分别 码速调蔡后， 即 插入 些附 加码后按位复 接得到的 经计算得出， 各一次群码速调 整 之前 ( 速率2 0 4 8 k b i t / s 左右) 在1 0 0 3 8 u s 内 约有2 0 5 - 2 0 6 个 码 元， 码速调藻之后 ( 速率2 1 1 2 k b i t/ s ) 1 0 0 3 8 u s 内 应有2 1 2 个码元( b i t ) ,即应插入6 - 7 个码元 图2 . 5 ( a ) l 前3 位用作一 次群的 帧