数字通信PDH教案

数字通信PDH教案第四章数字复接技术4-1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125μs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1μs，实际系统只有0.95μs（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，尤其是要完成对数字压扩PCM编码，对电路及元器件的精度要求就很高，在技术上实现起来也比较困难。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。

在国际上，CCITT为了便于国际通信的发展，推荐了两类群路比特率系列和数字复接等级。北美和日本采用的PCM24路系统。北美数字TDM标准一览表标号比特速率(Mb/s)PCM话路数传输媒质DS-00.0641对称电缆DS-11.54424对称电缆DS-1c3.12548对称电缆DS-26.31296对称电缆,光纤DS-344.736672同轴电缆，无线，光纤DS-3c90.2541344无线，光纤DS-4E139.2642016无线，光纤，同轴电缆DS-4274.164032同轴电缆，光纤DS-432432.006048光纤DS-5560.1608064同轴电缆，光纤

E体系结构130×41234一次群2.048Mbit/s二次群8.448Mbit/s三次群34.368Mbit/s四次群139.264Mbit/s×30×4×4×4五次群565.148Mbit/s123412341234

系统类型一次群二次群三次群四次群五次群欧洲体制(含中国)符号E1E2E3E4E5话路数3012048019207680数据速率kb/s2048844834368139264565148北美体制符号T1T2T3T4话路数24966724032数据速率kb/s1544631244736274176

采用2Mb/s基群数字速率系列和复接等级的好处：(1)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；(2)信令通道容量大；(3)同步电路搜捕性能较好（同步码集中插入）；(4)复接方式灵活，可采用N-（N+1）和N-（N+2）两种方式复接；(5)2Mb/s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化方向发展。二、数字复接原理1、PCM复用和数字复接：①PCM复用：是直接将多路信号编码复用，即将多路模拟话音信号按125µs的周期分别进行抽样，然后合在一起统一编码形成多路数字信号。（例如PCM30/32路系统）若复用的路数越多则每位码的时间越少则要求器件的精度越高②数字复接：是将N个低次群信号在时间上的空隙叠加合成高次群信号。2、数字复接设备的组成；“调整”其作用就是把速率不同的各支路的数字信号进行调整，使它们的速率完全一致。“复接”其作用就是将速率一致的各支路数字信号按规定顺序复接为高次群。“同步”就是控制分接器的时钟与复接器的时钟同步。“定时”是由接收信号的序列中提取的。三、数字复接的分类：※各支路的数字码在高次群的排列方式：1、按位复接（比特复接）设备简单，存储器容量小，易实现，但不利于信号交换。2、按字复接（码字复接）SDH采用的要求有较大的存储容量，但保证了一个码字的完整，有利于信号的处理和交换。3、按帧复接有利于交换，但要求的存储空间更大。

※按各支路低次群的时钟情况：1、同步复接：指被复接的各支路时钟都是由同一个总时钟统一提供，即各支路的时钟频率完全相等的复接方式。因各支路并非来自一个地方，到复接设备的距离也不同，故到的相位不能保持相同，故复接时要先进行相位调整，另外为了正确接收。要加入同步码，对告码等。例PCM30/32基群系统。2、异步复接时钟不是由同一总时钟提供又没有统一的标称频率或相应的数字关系的各个输入支路的复接。例数据通信。3、准同步复接各低次群使用各自的时钟，但各支路的时钟在一定的容差范围内都是相同的，这种复接前需要将各支路的码速要都调整到统一的规定值。例：我国的二次群、三次群等。

通过上述介绍，我们可以看到“复用”与“复接”的区别：PCM复用是对多路（）信号在一个定长的时间内（帧）完成的PCM和TDM全过程。而复接是对多路数字信号（数字流或码流）在一个定长的时间内进行的码元压缩与安排，它只负责把多路数字信号安排（复用）在给定的时间内，而不需要再进行抽样、量化和编码的PCM过程，从而减少了对每路信号的处理时间，降低了对器件和电路的要求，实现了大路数（高次群）信号的“时分复用”。

复接的原理就是改变各低速数字流的码元宽度，并把它们重新编排在一起，从而形成一个高速数字流。从表面上看，复接是一种合成，但其本质仍然是一种时分复用的概念。为了与PCM复用相区别，所以称之为“复接”。另外要注意，PCM复用是针对模拟信号的，而数字复接是以数字信号为对象的，尽管数字复接的任务是把低速PCM码流（低次群）变换成高速PCM码流（高次群）。从功能上看，数字复接强调的是把多路低速数字号变为一路高速数字信号，其目的类似于模拟通信中的频分复用，都是要提高通信系统的通信容量和传输信道的利用率。

注意：数字通信除了传输话音和数据外，还可以传输其他宽带信号，例如电视信号、可视信号和频分制载频信号等，对于这些业务，可以根据不同的带宽，选择合适的高次群信道进行传输。下图给出了PCM30/32路系列的数字复接体制图。

这样的复接系列具有如下优点：（1）易于构成通信网，便于分支与插入，并具有较高的传输效率。复用倍数适中，多在3～5倍之间。(2)可视、电视信号以及频分制群信号能与某个高次群相适应。（3）与传输媒介，如对称电缆、同轴电缆、微波、波导、光纤等传输容量相匹配。4-2同步复接和异步复接一、同步复接技术

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二、异步复接：1、码速调整与恢复 码速调整是利用插入一些码元将各一次群的速率由2048kbit／s左右统一调整成2112kbit／s。接收端进行码速恢复，通过去掉插入的码元，将各一次群的速率由2112kbit／s还原成2048kbit／s左右。 码速调整技术可分为正码速调整、正／负码速调整和正/零/负码速调整三种。

缓存器相位比较插入请求合成复接脉冲扣除标志信号支路信号入复接脉冲未扣fmfLfmfLfm写入脉冲读出脉冲已扣至汇总脉冲插入方式码速调整示意图

缓存器写入脉冲扣除标志信号检出鉴相器低通滤波器VCO

读出脉冲支路信号出分接后的支路信号fm读出脉冲flfl写入脉冲压控振荡器分接脉冲fm

缓存器的“快读慢写”；读空的现象；写入脉冲的来源和读出脉冲的来源；相位比较的过程；标志信号的插入（标志信号的位数）；帧同步码、业务码的插入；所有插入码的固定位置；无息脉冲的位置不一定都是无息脉冲；分接端的时钟来源；锁相环的作用；2.异步复接二次群帧结构根据ITU-TG.742建议，二次群由4个一次群合成，一次群码率为2.048Mb/s，二次群码率为8.448Mb/s。二次群每一帧共有848个比特，分成四组，每组212比特，称为子帧，子帧码率为2.112Mb/s。也就是说，通过正码速调整，使输入码率为2.048Mb/s的一次群码率调整为2.112Mb/s。然后将四个支路合并为二次群，码率为8.448Mb/s。采用正码速调整的二次群复接子帧结构如下图所示。二次群复接子帧结构

由子帧结构可以看出，一个子帧有212个比特，分为四组，每组53个比特。第一组中的前3个比特F11、F12、F13用于帧同步和管理控制，然后是50比特信息。第二、三、四组中的第一个比特C11、C12、C13为码速调整标志比特。第四组的第2比特(本子帧第161比特)V1为码速调整插入比特，其作用是调整基群码速，使其瞬时码率保持一致并和复接器主时钟相适应。具体调整方法是：在第一组结束时刻进行是否需要调整的判决，若需要进行调整，则在V1位置插入调整比特；若不需要调整，则V1位置传输信息比特。为了区分V1位置是插入调整比特还是传输信息比特，用码速调整标志比特C11、C12、C13来标志。若V1位置插入调整比特，则在C11、C12、C13位置插入3个“1”；若V1位置传输信息比特，则在C11、C12、C13位置插入3个“0”。

在复接器中，四个支路都要经过这样的调整，使每个支路的码率都调整为2.112Mb/s，然后按比特复接的方法复接为二次群，码率为8.448Mb/s。在分接器中，除了需要对各支路信号分路外，还要根据C11、C12、C13的状态将插入的调整比特扣除。若C11、C12、C13为“111”，则V1位置插入的是调整比特，需要扣除；若C11、C12、C13为“000”，则V1位置是传输信息比特，不需要扣除。采用3位码“111”和“000”来表示两种状态，具有一位纠错能力，从而提高了对V1性质识别的可靠性。3.二次群复接帧结构有以下主要参数1.支路子帧插入比特数ms

我们知道，二次群输入四路基群码率为2.048Mb/s，经码速调整后支路码率达到2.112b/s。因此，需要插入64kb/s才能达到标称支路码率。支路子帧长为212比特，传输一帧所需时间为212/211200(s)，则在212个比特内应插入的比特数为

ms=212/211200×6400=6.424比特由子帧结构可知，212比特中有3比特用于帧同步和管理控制，3比特用于码速调整控制标志。而真正用于码速调整的只有第161比特码速调整插入比特。由此可见，码速调整插入比特只有一部分时间传输插入比特，还有一部分时间需要传输支路信息。2.帧频Fs

帧频是指每秒传输的帧数。二次群标称码率为8.448Mb/s，帧长为848比特，则有

Fs=3.帧周期Ts

帧周期为帧频的倒数，即

Ts=

4.标称插入速率fs

标称插入速率也称为码速调整频率，它是指支路每秒插入的调整比特数。调整后的支路码率为2.112Mb/s，其中包括输入基群码率2.048Mb/s以及复接支路中每秒所传输的开销比特和调整比特。由子帧结构可知，每支路每帧有6比特开销，因此每支路每秒插入的开销比特数为6。所以标称插入速率为fs=支路标称码率-标称基群码率-6×帧频

=2112-2048-6×9.962=4.228kb/s5.码速调整率S

码速调整率为标称插入速率与帧频的比值，即4.异步复接系统的构成5.PDH中的抖动现象及其抑制：

由于在复接过程中加入了插入码，在接收端进行分接时，要把这些插入码扣除掉，这就形成了码速率为2112Kbit/s，但其脉冲序列是周期性的“缺齿”的脉冲序列，由这样“缺齿”的脉冲序列恢复的基群时钟就会产生抖动，这就是“插入抖动”或叫“复接抖动”。

PCM30/32基群支路信号经过码速调整后在100.38µs的复接帧周期共有212个比特，其中第1、2、3、54、107、160是固定插入脉冲的位置，在分接端提取基群时钟时，这6位码要全部被扣除，第161比特是提供调整码速用的插入无息脉冲V的码位，若复接时，此码位是无息码位V，则在分接时也应被扣除，否则是传的信息码，除去这些插入码后的序列即为“缺齿”序列。

（1）由于扣除帧同步码而产生的抖动，有三位码被扣除，每帧抖动一次，由于帧周期约为100μs，故其抖动频率为10kHz。（2）由于扣除插入标志码而产生的抖动。每帧有3个插入标志码，再考虑到扣除帧码的影响，相当于每帧有四次扣除抖动，故其抖动频率为40kHz。由于扣除码速调整而插入的无息脉冲V产生的抖动成分；（3）由于平均2.36（0.424的倒数）帧扣除一个V脉冲，故其抖动频率约为4KHz。（4）由于V码的位置是固定的，要求插入的请求却可能随时发生，故在指令发生后与插入工作之间