数字通信原理第4章讲解

1、第第4 4章章 时分多路复用时分多路复用 及及PCM30/32PCM30/32路系统路系统 数字通信在实现多路通信时是采用的数字通信在实现多路通信时是采用的 时分制多路方式，如何实现时分制多路通时分制多路方式，如何实现时分制多路通 信是非常重要的。本章对时分多路复用的信是非常重要的。本章对时分多路复用的 基本概念、基本概念、PCM30/32路系统的帧结构及帧路系统的帧结构及帧 同步系统的工作原理、同步系统的工作原理、PCM30/32路的系统路的系统 构成进行了说明。构成进行了说明。 时分多路复用通信时分多路复用通信 4.1 PCM30/32 PCM30/32路系统路系统 4.2 4.1.1 时

2、分多路复用的概念时分多路复用的概念 1. 多路复用的概念多路复用的概念 为了提高通信信道的利用率，使信号为了提高通信信道的利用率，使信号 沿同一信道传输而不互相干扰，这种通信沿同一信道传输而不互相干扰，这种通信 方式称为多路复用。时分多路通信方式用方式称为多路复用。时分多路通信方式用 于数字通信，例如于数字通信，例如PCM通信。通信。 2. 时分多路复用的概念时分多路复用的概念 所谓时分多路复用（即时分制）是利所谓时分多路复用（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，将的特征来分开各路信号的。具体来说，将 时间

3、分成为均匀的时间间隔，将各路信号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，如图达到互相分开的目的，如图4-1所示。所示。 我们可以用一个示意图来对时分复用我们可以用一个示意图来对时分复用 进行说明。图进行说明。图4-2为时分多路复用示意图。为时分多路复用示意图。 图图4-2 时分多路复用示意图时分多路复用示意图 很显然，为了使通信正常的进行，在很显然，为了使通信正常的进行，在 收、发两端的高速电子开关收、发两端的高速电子开关k1、k2必须同必须同 频同相。频同相。 4.1.2 PCM时分多路通信系统时分多

4、路通信系统 的构成的构成 PCM时分多路复用通信系统的构成如时分多路复用通信系统的构成如 图图4-3 所示。为简化起见只绘出所示。为简化起见只绘出3路信号复路信号复 用情况，下面来说明时分复用通信系统的用情况，下面来说明时分复用通信系统的 工作原理。工作原理。 图图4-3 PCM时分多路复用通信系统的构成时分多路复用通信系统的构成 1 抗干扰，低通滤波，截止抗干扰，低通滤波，截止3.4kHz 2采样周期采样周期T=125s,fs=8000Hz,ST为抽样脉冲，各为抽样脉冲，各 路依次错开，各路抽样信号在时间上分开，实现多路依次错开，各路抽样信号在时间上分开，实现多 路复用。路复用。 3编码需要

5、时间，为了保证编码精度，展宽多路抽编码需要时间，为了保证编码精度，展宽多路抽 样值到整个时隙，将和路信号样值到整个时隙，将和路信号PAM送保持。送保持。 4经过量化成为经过量化成为PCM信号，一路信号，一路PCM信号（码字）信号（码字） 占用一个路时隙。占用一个路时隙。 5解码还原和路解码还原和路PAM信号，有量化误差，一路码信号，有量化误差，一路码 字到齐后开始解码，有延迟。字到齐后开始解码，有延迟。 6. 分路、低通滤波重新恢复各路原始话音信号。分路、低通滤波重新恢复各路原始话音信号。 以上是以以上是以3路话音信号为例作了一般的路话音信号为例作了一般的 介绍。在实际应用中，复用路数是介绍。

6、在实际应用中，复用路数是n路，如路，如 PCM30/32，PCM24系统，其道理是一样系统，其道理是一样 的。的。 1.帧：抽样时各路信号每轮一次的总时间（即开帧：抽样时各路信号每轮一次的总时间（即开 关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期 （tF=T）。）。 2.路时隙：是和路的路时隙：是和路的PAM信号每个样值信号每个样值 所允许的时间间隔所允许的时间间隔(tC= )。 3.位时隙：位时隙：1位码占用的时间（位码占用的时间（tB= ）。）。 n T 基本概念：基本概念： l tC 4.1.3 时分多路复用系统中的时分多路复用系统中的 同步同步 数字通信

7、的同步是指收发两端的设备数字通信的同步是指收发两端的设备 在时间上协调一致的工作，也称为定时。在时间上协调一致的工作，也称为定时。 为了保证在接收端能正确地接收或者为了保证在接收端能正确地接收或者 能正确的区分每一路话音信号，时分多路能正确的区分每一路话音信号，时分多路 复用系统中的收端和发端要做到同步，这复用系统中的收端和发端要做到同步，这 种同步主要包括位同步（即时钟同步）和种同步主要包括位同步（即时钟同步）和 帧同步。帧同步。 位同步就是码元同步。在位同步就是码元同步。在PCM多路复多路复 用系统中，各类信号的传输与处理都是在用系统中，各类信号的传输与处理都是在 规定的时间内进行的。规定

8、的时间内进行的。 4.1.4 时分多路复用系统中的帧同时分多路复用系统中的帧同 步步 帧同步的概念帧同步的概念 数字信号序列常常以字或帧的方式传数字信号序列常常以字或帧的方式传 输。输。 在在PCM30/32路系统中，在一个抽样周路系统中，在一个抽样周 期内，要依次发送出期内，要依次发送出CH1CH30路的话音路的话音 信号，构成一帧。为了在接收端能够辨认信号，构成一帧。为了在接收端能够辨认 出每一帧的起止位置，在发送端必须提供出每一帧的起止位置，在发送端必须提供 每帧的起止标志。每帧的起止标志。 帧同步的目地是要求收端与发端相应帧同步的目地是要求收端与发端相应 的话路在时间上要对准，就是要从

9、收到的的话路在时间上要对准，就是要从收到的 信码流中分辨出哪信码流中分辨出哪8位是一个样值的码字，位是一个样值的码字， 以便正确的解码；还要能分辨出这以便正确的解码；还要能分辨出这8位码是位码是 哪一个话路以便正确分路。哪一个话路以便正确分路。 这相当于收、发两端的高速电子开关这相当于收、发两端的高速电子开关 k1，k2的旋转起始位置相同。的旋转起始位置相同。 为了要做到帧同步，要求在每个帧的为了要做到帧同步，要求在每个帧的 第一个时隙位置安排标志码，即帧同步码，第一个时隙位置安排标志码，即帧同步码， 以使接收端能识别判断帧的开始位置是否以使接收端能识别判断帧的开始位置是否 与发端的位置相对应

10、。与发端的位置相对应。 因为每一帧内各信号的位置是固定的，因为每一帧内各信号的位置是固定的， 如果能把每帧的首尾辨别出来，就可以正如果能把每帧的首尾辨别出来，就可以正 确区分每一路信号，即实现帧同步。确区分每一路信号，即实现帧同步。 2. 帧同步电路的工作原理帧同步电路的工作原理 PCM复用系统为了完成帧同步功能，复用系统为了完成帧同步功能， 在接收端还需要有两种装置：一是同步码在接收端还需要有两种装置：一是同步码 识别装置，二是调整装置。识别装置，二是调整装置。 同步码识别装置用来识别接收的同步码识别装置用来识别接收的PCM 信号序列中的同步标志码位置；调整装置，信号序列中的同步标志码位置；

11、调整装置， 当收、发两端同步标志码位置不对应时，当收、发两端同步标志码位置不对应时， 需对收端进行调整以使其两者位置相对应。需对收端进行调整以使其两者位置相对应。 这些装置统称为帧同步电路。这些装置统称为帧同步电路。 设本地帧码比设本地帧码比PCM码流中的帧码提取码流中的帧码提取2bit出现，调整过程如下：出现，调整过程如下： 第一次比较：收的第一次比较：收的 PCM码：码：1 0 0 1 1 0 本地帧码：本地帧码： 1 0 0 1 1 0 1 1 经同步识别，发现码型不相同，本地帧码扣除经同步识别，发现码型不相同，本地帧码扣除8位，重发位，重发8位；位； 第二次比较：收的第二次比较：收的

12、PCM码：码：1 0 0 1 1 0 1 本地帧码：本地帧码： 1 0 0 1 1 0 1 1 经同步识别，发现码型不相同，本地帧码再扣除经同步识别，发现码型不相同，本地帧码再扣除8位，重发位，重发8位。位。 调整两次，即可同步。调整两次，即可同步。 3. 帧同步系统中的保护电路帧同步系统中的保护电路 为了减少系统工作中出现假失步的现为了减少系统工作中出现假失步的现 象，避免误判，一般系统中并不是将一次象，避免误判，一般系统中并不是将一次 比较结果就作为是否失步的判决依据，而比较结果就作为是否失步的判决依据，而 是连续观察几次比较结果，如果几次都不是连续观察几次比较结果，如果几次都不 能对准信

13、号序列中的同步码时才确认为是能对准信号序列中的同步码时才确认为是 失步。将多次比较结果作为判决依据是通失步。将多次比较结果作为判决依据是通 过保护电路来实现的。过保护电路来实现的。 相关的五个概念相关的五个概念 1.假失步假失步 4.假同步假同步2.前方保护前方保护 5.后方保护后方保护3.捕捉时间捕捉时间 4. 对帧同步系统的要求以及有关对帧同步系统的要求以及有关 问题的讨论问题的讨论 对帧同步系统要求是：对帧同步系统要求是： （1）同步性能稳定，具有一定的抗干扰）同步性能稳定，具有一定的抗干扰 能力；能力； （2） 同步识别效果好同步识别效果好 （3） 捕捉时间短捕捉时间短 （4） 构成系

14、统的电路简单构成系统的电路简单 上述几项性能与同步码型的选择、帧上述几项性能与同步码型的选择、帧 同步码的插入方式、帧同步码的识别检出同步码的插入方式、帧同步码的识别检出 方式、同步捕捉方式以及保护电路的设计方式、同步捕捉方式以及保护电路的设计 等因素有关。下面分别进行讨论。等因素有关。下面分别进行讨论。 帧同步码的选择帧同步码的选择 帧同步码插入的方式帧同步码插入的方式 所谓帧同步码插入的方式是指在发送所谓帧同步码插入的方式是指在发送 端同步码是怎样与信息码合成的。通常有端同步码是怎样与信息码合成的。通常有 两种插入方式：两种插入方式： 分散插入：分散插入：r位同步码组分散地插入到位同步码组

15、分散地插入到 信息码流中。信息码流中。 集中插入：集中插入：r位同步码组以集中的形式位同步码组以集中的形式 插入到信息码流中。插入到信息码流中。 帧同步码的识别检出方式帧同步码的识别检出方式 同步捕捉方式同步捕捉方式 第一节介绍的是时分多路复用通信的第一节介绍的是时分多路复用通信的 基本概念和原理，本节将具体介绍基本概念和原理，本节将具体介绍 PCM30/32l路系统，这里复用的路数路系统，这里复用的路数n=32， 其中话路数为其中话路数为30。 4.2.1 PCM30/32路系统帧结构路系统帧结构 话音信号根据话音信号根据CCITT建议采用建议采用8KHz 抽样，抽样周期为抽样，抽样周期为1

16、25s，在，在125s时间内各时间内各 路抽样值所编成的路抽样值所编成的PCM信码顺序传送一信码顺序传送一 次，这些次，这些PCM信息码所对应的各个数字时信息码所对应的各个数字时 隙有次序的组合称为一帧，显然，隙有次序的组合称为一帧，显然，PCM帧帧 周期就是周期就是125s。 在帧中除了要传送各路在帧中除了要传送各路PCM信码以外，信码以外， 还要传送帧同步码以及信令码。，一帧码还要传送帧同步码以及信令码。，一帧码 流中含有帧同步码、复帧同步码、各路信流中含有帧同步码、复帧同步码、各路信 息码、信令码以及告警码等。下图息码、信令码以及告警码等。下图4-9为为 PCM30/32路系统帧结构图。

17、路系统帧结构图。 图图4-9 PCM30/32路系统帧结构图路系统帧结构图 下面对帧结构分别进行说明。下面对帧结构分别进行说明。 1. 30个话路时隙：个话路时隙：TS1TS15， TS17TS31 2. 帧同步时隙：帧同步时隙：TS0 在不同帧的在不同帧的TS0位置所传送的信息是不位置所传送的信息是不 一样，分为偶帧和奇帧的情况。一样，分为偶帧和奇帧的情况。 偶帧偶帧TS0：发送帧同步码：发送帧同步码0011011；偶；偶 帧帧TS0中的中的8位码中第一位码保留给国际用，位码中第一位码保留给国际用， 暂定为暂定为1，后，后7位为帧同步码。位为帧同步码。 奇帧奇帧TS0：发送帧失步告警码。：发

18、送帧失步告警码。 奇帧奇帧 TS0的的8位码中的第一位也保留给国际用，位码中的第一位也保留给国际用， 暂定为暂定为1。其第二位码固定为。其第二位码固定为1码，以便在码，以便在 接收端用以区别是偶帧还是奇帧。第三位接收端用以区别是偶帧还是奇帧。第三位 码码A1为帧失步时向对方发送的告警码，简为帧失步时向对方发送的告警码，简 称对告码。称对告码。 当帧同步时，当帧同步时，A1为为0；当帧失步时；当帧失步时A1为为 1，以便告诉对端，收端已经出现失步，无，以便告诉对端，收端已经出现失步，无 法工作。其第法工作。其第48位码可供传送其它信息，位码可供传送其它信息， 如业务联络等。这几位码未使用时，固定

19、如业务联络等。这几位码未使用时，固定 为为1码。这样，奇帧码。这样，奇帧TS0时隙的码型为时隙的码型为 11A111111。 3. 信令与复帧同步时隙：信令与复帧同步时隙：TS16 复帧周期复帧周期=（ ） 帧周期帧周期=（ ） 路时隙周期路时隙周期=（ ） 码元周期码元周期=（ ） PCM30/32路系统的数码率路系统的数码率 fb=8000帧帧/s32时隙时隙/帧帧8bit /时隙时隙 =2.048106bit/s PCM30/32路系统的路系统的数码率数码率 fb=500复帧复帧/s8时隙时隙/复帧复帧7bit /时隙时隙 =28kbit/s 4.2.2 PCM30/32路定时系统路定时

20、系统 由定时系统提供给抽样、分路、编码、由定时系统提供给抽样、分路、编码、 解码、标志信号系统以及汇总、分离等部解码、标志信号系统以及汇总、分离等部 件的准确的指令脉冲，以保证整体各部件件的准确的指令脉冲，以保证整体各部件 能在规定的时间内准确、协调地工作。能在规定的时间内准确、协调地工作。 定时系统产生数字通信系统中所需要定时系统产生数字通信系统中所需要 的各种定时脉冲，这些脉冲主要有：的各种定时脉冲，这些脉冲主要有： a. 供抽样与分路用的抽样脉冲（也称供抽样与分路用的抽样脉冲（也称 为路脉冲）；为路脉冲）； b. 供编码与解码用的位脉冲；供编码与解码用的位脉冲； c. 供标志信号用的复帧

21、脉冲等。供标志信号用的复帧脉冲等。 定时系统包括发端定时和收端定时两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，其本身并没有时钟信码流中提取出来的，其本身并没有时钟 源。下面分别进行介绍。源。下面分别进行介绍。 发端定时系统发端定时系统 PCM30/32路系统发端定时系统方框图路系统发端定时系统方框图 如图如图4-10所示。所示。 （1）时钟脉冲）时钟脉冲 （2）位脉冲）位脉冲 （3）路脉冲）路脉冲 （4）路时隙与复帧脉冲）路时隙与复帧脉冲

22、 收端定时钟提取收端定时钟提取 4.2.3 PCM30/32路帧同步系统路帧同步系统 接收端要能完成以下功能：接收端要能完成以下功能： 要能从收到的信码流中，分辨出哪要能从收到的信码流中，分辨出哪8位位 码是一个抽样值所编的码字，以便能正确码是一个抽样值所编的码字，以便能正确 解码；还要能分辩出每一个码字（解码；还要能分辩出每一个码字（8位码）位码） 是属于哪一路的，以便正确分路。采用帧是属于哪一路的，以便正确分路。采用帧 同步方法可以解决以上问题。同步方法可以解决以上问题。 1. PCM30/32路系统帧同步的实现路系统帧同步的实现 方法方法 2. 前、后方保护前、后方保护 (1)前方保护前

23、方保护 由前述可知，前方保护是为了防止假由前述可知，前方保护是为了防止假 失步。失步。 具体的说，从第一个帧同步码丢失起具体的说，从第一个帧同步码丢失起 到帧同步系统进入捕捉状态为止的这段时到帧同步系统进入捕捉状态为止的这段时 间称为前方保护时间，可表示为：间称为前方保护时间，可表示为： (2)后方保护后方保护 后方保护是为防止伪同步。后方保护是为防止伪同步。 从捕捉到第一个真正的同步码到系统从捕捉到第一个真正的同步码到系统 进入同步状态这段时间称为后方保护时间，进入同步状态这段时间称为后方保护时间， 可表示为：可表示为： CCITT的的G.732建议规定建议规定n=2。即帧同。即帧同 步系统

24、进入捕捉状态后在捕捉过程中，如步系统进入捕捉状态后在捕捉过程中，如 果捕捉到的帧同步码组具有以下规律：果捕捉到的帧同步码组具有以下规律： 则判帧同步系统进入帧同步状态，这时帧同步系统已完成同步恢复。则判帧同步系统进入帧同步状态，这时帧同步系统已完成同步恢复。 帧同步系统的工作原理帧同步系统的工作原理 (1)帧同步系统的工作流程图帧同步系统的工作流程图 根据根据CCITT的的G.732建议画出如下图建议画出如下图4- 15所示的帧同步系统工作流程图。所示的帧同步系统工作流程图。 图中图中A表示帧表示帧 同步状态；同步状态；B表示表示 前方保护状态；前方保护状态；C 表示捕捉状态；表示捕捉状态；D 表示后方保护状态。表示后方保护状态。 图中图中Ps为帧同步码为帧同步码 标志；标志；Pc为收端产为收端产 生的比较标志。生的比较标志。 (2) 帧同步系统方框图及其工作原理帧同步系统方框图及其工作原理 4. 帧同步码型与长度帧同步码型与长度 5. 帧同步系统性能的近似分析帧同步系统性能的近似分析 4.2