第5章数字复接技术

1、第5章数字复接技术第一节第一节 时分复用（时分复用（TDMTDM）原理）原理一、时分复用（一、时分复用（TDMTDM）的概念）的概念 1 1、多路复用技术：、多路复用技术： 利用同一信道，传送多路互相独立的信号。利用同一信道，传送多路互相独立的信号。 方法：方法：频分、时分、码分、光分等。频分、时分、码分、光分等。 2 2、时分复用（、时分复用（TDMTDM）：）： 将传输时间划分为若干个互不重迭的时隙，简称路将传输时间划分为若干个互不重迭的时隙，简称路时隙；互相独立的多路信号顺序地占用各自的时隙，时隙；互相独立的多路信号顺序地占用各自的时隙，合成一个复合信号，在一条信道中传输；在接收端按合成

2、一个复合信号，在一条信道中传输；在接收端按同样的规律把它们分开，对应地送给不同的用户。同样的规律把它们分开，对应地送给不同的用户。FDMA and TDMA 原理原理FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4 usersExample:第一节第一节 时分复用（时分复用（TDMTDM）原理）原理二、二、TDMTDM原理原理1 1、TDMTDM系统组成（示意图）系统组成（示意图） A A、发送端、发送端 旋转开关描述时分作用，轮流接通第一到第旋转开关描述时分作用，轮流接通第一到第K K路信路信号。号。 旋转开关每旋转一周，完成一次时隙分配，一周旋转开关每旋转一周，完成一

3、次时隙分配，一周时间时间 称一帧，每接通一路，就是每一帧取一次样。称一帧，每接通一路，就是每一帧取一次样。 一帧时间就是信号的取样周期一帧时间就是信号的取样周期T TS S 。 设语音信号，每秒取样设语音信号，每秒取样80008000次，即次，即 = 8000HZ= 8000HZ，则，则 =125=125 S S（帧周期帧周期 = 1/ = 125= 1/ = 125 S S）。）。sfSTsfST第一节第一节 时分复用（时分复用（TDMTDM）原）原理理sScKfKTT1cTscBnKfTnf22minsBnKfHzbitfBBmin第一节第一节 时分复用（时分复用（TDMTDM）原理）原理

4、 B B、接收端、接收端 正确解码和分路。正确解码和分路。 保证收发定时系统之间有正确的频率和相位关系。保证收发定时系统之间有正确的频率和相位关系。 因此收端必须有一套同步装置（比特、路定时、因此收端必须有一套同步装置（比特、路定时、 帧同步）。帧同步）。 发端发送的码流中应包含帧同步码，供收定时参发端发送的码流中应包含帧同步码，供收定时参考，确认一帧的开头。考，确认一帧的开头。第一节第一节 时分复用（时分复用（TDMTDM）原理）原理cTBf第一节第一节 时分复用（时分复用（TDMTDM）原理）原理解：解： s s 平均每路平均每路 占用带宽：占用带宽： 1024KHZ 1024KHZ32

5、= 32KHZ32 = 32KHZ * * FDM FDM的载波的载波 系统中，系统中，4KHZ/4KHZ/每路（每路（8 8倍）倍）1251ssfT9.332125KTTscsKbnKffsB/20488000328KHZfBB10242mins三、三、TDMTDM数字通信系统数字通信系统1 1、话路、话路 复合成标准数据流（基群）复合成标准数据流（基群）采用同步采用同步、准同步数字复接技术准同步数字复接技术 汇合成高速数据信号标准。汇合成高速数据信号标准。2 2、数字复接系列分类：、数字复接系列分类： 基群、二次群、三次群、四次群基群、二次群、三次群、四次群 。 高次群采用同步数字系列（高

6、次群采用同步数字系列（SDHSDH）复接，严格）复接，严格的的 4 4倍关系。倍关系。第一节第一节 时分复用（时分复用（TDMTDM）原理）原理第一节时分复用（第一节时分复用（TDMTDM）原理）原理 3 3、TDMTDM系统的技术难点：系统的技术难点： 同步问题；同步问题； 相位抖动问题。相位抖动问题。 4 4、TDMTDM与与FDMFDM相比的优点：相比的优点： 都是数字电路，可用软、硬件实现控制；都是数字电路，可用软、硬件实现控制； 信道的非线性不敏感；信道的非线性不敏感； 可用再生中继系统去除噪声（去掉误码的累积）。可用再生中继系统去除噪声（去掉误码的累积）。第二节第二节 PCMPCM

7、基群帧结构基群帧结构一、一、PCM30/32PCM30/32终端机的帧结构终端机的帧结构 （A A律）律） 1 1、帧结构：指一帧周期中时隙的安排。、帧结构：指一帧周期中时隙的安排。 每帧分为每帧分为3232个时隙（个时隙（0 310 31号）号） 。 1 1-TS-TS1515，TSTS1717-TS-TS3131（共（共3030路时隙用于传话音）路时隙用于传话音） b.b.每个时隙传每个时隙传PCM8PCM8位编码位编码 S0S0传帧同步码传帧同步码 1616传信令，即呼叫、应答等。传信令，即呼叫、应答等。第二节第二节 PCMPCM基群帧结构基群帧结构2 2、TSO TSO 偶数帧偶数帧

8、0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 （ 固定为帧同步码）固定为帧同步码）奇数帧奇数帧 1 A1 n n n n n 1 A1 n n n n n （不传帧同步码组）（不传帧同步码组） : : 国际国际 通信用（保留）通信用（保留） 。 1: 1: 保证收端不误判为帧同步码。保证收端不误判为帧同步码。 A1 A1：帧失步对告码：帧失步对告码 A = 0 A = 0，同步（本地同，同步（本地同步）步） （通告对方）（通告对方） A = 1 A = 1，失步（本地失步），失步（本地失步） n: n: 保留国内用。保留国内用。第二节第二节 PCMPCM基群帧结构基群帧结构3 3、规

9、定：每、规定：每1616帧构成一个复帧（传送共路信令）。帧构成一个复帧（传送共路信令）。4 4、TSTS1616 第第F0F0子帧中的子帧中的TSTS1616 0 0 0 0 0 0 0 0 A A2 2 （固定为复帧同步码）（固定为复帧同步码） ：保留（备用）。：保留（备用）。 A A2 2：复帧失步对告码：复帧失步对告码 A A2 2 = 1 = 1 失步失步 A A2 2 = 0 = 0 同步同步 第第F1 F15F1 F15子帧中的子帧中的TSTS1616第二节第二节 PCMPCM基群帧结构基群帧结构 a b c d a b c d两个话路的信令码，两个话路的信令码，115115对应对

10、应3030个话路，个话路，禁止禁止a b c da b c d为全零，以免干扰复帧同步。为全零，以免干扰复帧同步。结论：结论： 3232路时隙，真正用于传送数据、话音的时隙只路时隙，真正用于传送数据、话音的时隙只有有3030路，所以称为路，所以称为30/3230/32路基群。路基群。第第F1 F15子帧中的子帧中的TS16 PCM30/32路制式基群帧结构TS012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15001101

11、10000111A2abcdabcdabcdabcd复 帧 同步 信 号备 用比 特CH1CH16CH2CH17abcdabcdCH15CH30F1F2F15帧 同 步 信 号1A111111保 留 给国 内 通 信 用帧 同 步 时 隙话 路时 隙话 路时 隙信 令 时 隙CH30(CH16 CH29)(CH1 CH15)32路 时 隙 ， 256 bit,125 s16帧 ， 2.0 ms复 帧 结 构帧 结 构偶 帧TS0奇 帧TS0488 ns3.91 s5.1 PCM复用与数字复接 5.1.1 基本概念 我们了解了时分复用的概念， 为了提高信道的利用率和信息传输速率（也就是提高通信容

12、量）我们可以采用TDM把多路信号在同一个信道中分时传输。 可是， 通过深入研究我们就会发现一个问题， 假设要对120路 信号进行TDM， 根据PCM过程， 首先要在125s内完成对120路话音信号的抽样， 然后对120个样点值分别进行量化和编码。 这样， 对每路信号的处理时间（抽样、量化和编码）不到1 s， 实际系统只有0.95 s（这种对120路话音信号直接编码复用的方法， 称为PCM复用）。 如果复用的信号路数再增加， 比如480路， 则每路信号的处理时间更短。 要在如此短暂的时间内完成大路数信号的PCM复用， 尤其是要完成对数压扩PCM编码， 对电路及元器件的精度要求就很高， 在技术上实

13、现起来也比较困难。 因此， 对于一定路数的信号（比如 ）， 直接采用时分复用FDM是可行的， 但对于大路数的信号而言， PCM复用在理论上是可行的， 而实际上难以实现。 那么我们自然就会提出一个问题， 如何实现大路数信号的多路复用呢？或者说， 如何利用分时传输提高通信系统的通信容量或线路利用率？数字复接是解决这一问题的“良方”。 我们首先给出数字复接的定义： 数字复接就是指将两个或多个低速数字流合并成一个高速率数字流的过程、 方法或技术。 它是提高线路利用率的一种有效方法， 也是实现现代数字通信网的基础。 比如对30路 进行PCM复用（采用8位编码）后， 通信系统的信息传输速率为8000832

14、2048 kb/s， 即形成速率2048 kb/s的数字流（比特流）。 现在要对 120 路 进行时分复用， 即把4个这样的2048 kb/s的数字流合成为一个高速数字流， 就必须采用数字复接技术才能完成。 5.1.2 数字比特系列与复接等级 根据不同传输介质的传输能力和电路情况， 在数字通信中将数字流比特率划分为不同等级， 其计量基本单元为一路PCM信号的比特率8000（Hz）8（bit）64 kb/s（零次群）。 复用设备按照给定比特率系列划分为不同的等级， 在各个数字复用等级上的复用设备就是将数个低等级比特率的信号源复接成一个高等级比特率的数字信号。 在国际上， CCITT为了便于国际通

15、信的发展， 推荐了两类群路比特率系列和数字复接等级。 两类数字速率系列和数字复接等级如表5 - 1和图5 - 1所示。 表51 两种数字系列速率 图51 数字复接等级示意图1544 kb/s6312 kb/s24307445441641332064 kb/s97728 kb/s44736 kb/s8448 kb/s2048 kb/s34368 kb/s139264 kb/s564992 kb/s1.5 M系列2 M系列复接等级64 kb/s 北美和日本采用的系列和相应数字复北美和日本采用的系列和相应数字复接等级是（基群）、（二次群）等，简称为系接等级是（基群）、（二次群）等，简称为系列。欧洲各

16、国和我国都采用的系列和相应数字列。欧洲各国和我国都采用的系列和相应数字复接等级是复接等级是2.048Mb/s（基群）、（二（基群）、（二次群）等，即所谓的次群）等，即所谓的2M系列。系列。 CCITT建议中大多数都是逐级复建议中大多数都是逐级复接，即采用接，即采用N（N+1）方式复接等级。比如）方式复接等级。比如二次群复接为三次群（二次群复接为三次群（N=2），三次群复接为），三次群复接为四次群（四次群（N=3）。也有采用）。也有采用N（N+2）方式）方式复接，比如由二次群直接复接为四次群复接，比如由二次群直接复接为四次群（N=2）。）。 采用采用2Mb/s基群数字速率系列和复接基群数字速率系

17、列和复接等级具有如下一些好处：等级具有如下一些好处： (1)复接性能好，对传输数字信号结复接性能好，对传输数字信号结构没有任何限制，即比特独立性较好；构没有任何限制，即比特独立性较好； (2)信令通道容量大；信令通道容量大； (3)同步电路搜捕性能较好（同步码同步电路搜捕性能较好（同步码集中插入）；集中插入）； (4 )复 接 方 式 灵 活 ， 可 采 用复 接 方 式 灵 活 ， 可 采 用 N （N+1）和）和N（N+2）两种方式复接；）两种方式复接； (5)2Mb/s系列的帧结构与数字交系列的帧结构与数字交换用的帧结构是统一的，便于向数字交换统一换用的帧结构是统一的，便于向数字交换统一

18、化方向发展。化方向发展。 数字复接的原理与分类数字复接的原理与分类 数字复接系统主要由数字复接器和分数字复接系统主要由数字复接器和分接器组成。复接器是把两个或两个以上的支路接器组成。复接器是把两个或两个以上的支路（低次群）按时分复用方式合并成一个单一的（低次群）按时分复用方式合并成一个单一的高次群，其设备由定时、码速调整和复接单元高次群，其设备由定时、码速调整和复接单元等组成；分接器的功能是把已合路的高次群数等组成；分接器的功能是把已合路的高次群数字信号分解成原来的低次群数字信号，它是由字信号分解成原来的低次群数字信号，它是由同步、定时和码速恢复等单元组成同步、定时和码速恢复等单元组成,系统框

19、图系统框图见图见图53。图53 数字复接系统框图 定时码速调整复接定时恢复分接同步复接器分接器高次群外时钟(1)(2)(3)(4)支路低次群(1)(2)(3)(4)支路低次群 复接器在各支路数字信号复接之前需复接器在各支路数字信号复接之前需要进行码速调整，即对各输入支路数字信号进要进行码速调整，即对各输入支路数字信号进行频率和相位调整，使其各支路输入码流速率行频率和相位调整，使其各支路输入码流速率彼此同步并与复接器的定时信号同步后，复接彼此同步并与复接器的定时信号同步后，复接器方可将低次群码流复接成高次群码流。由此器方可将低次群码流复接成高次群码流。由此可得出如下复接条件：被复接的各支路数字信

20、可得出如下复接条件：被复接的各支路数字信号彼此之间必须同步并与复接器的定时信号同号彼此之间必须同步并与复接器的定时信号同步方可复接。根据此条件划分的复接方式可分步方可复接。根据此条件划分的复接方式可分为：同步复接、异源（准同步）复接、异步复为：同步复接、异源（准同步）复接、异步复接三种。接三种。 (1)同步复接。被复接的各输入支路之同步复接。被复接的各输入支路之间，以及同复接器之间均是同步的，此时复接间，以及同复接器之间均是同步的，此时复接器便可直接将低支路数字信号复接成高速的数器便可直接将低支路数字信号复接成高速的数字信号。这种复接就称为同步复接。由此可见，字信号。这种复接就称为同步复接。由此可见，这种复接方式无需进行码速调整、有时只需进这种复接方式无需进行码速调整、有时只需进行相位调整或根本不需要任何调整便可复接。行相位