《现代通信系统新技术》-第2章

2.1

数字通信系统模型1.数字基带传输通信系统把原始数字信号进行简单变换，不改变信号的频谱特性，将其送到信道中进行传输，而不需调制器/解调器的数字通信系统称为数字基带传输通信系统。数字基带传输通信系统模型如图2-1所示。基带

信号

形成

器图2-1数字基带传输通信系统模型接

收

滤

波

器时钟脉冲CP抽

样

判

决信

道信

息

源受

信

者噪声源2.数字频带传输通信系统在数字通信中，要处理好以下几个问题：第一，数字信号传输时，信道噪声或干扰所造成的差错原则上是可以控制

的，可通过差错控制编码来实现。因此，就需要在发送端增

加一个编码器，相应地，在接收端就需要一个解码器。第二，

当需要实现保密通信时，可对数字基带信号进行“扰乱”(加密),此时在接收端必须进行解密。第三，由于数字通信是一个接一个按一定节拍传送数字信号的，因而接收端必须与

发送端有相同的节拍；否则，就会因收、发步调不一致而造

成混乱。点对点的数字频带传输通信系统模型一般如图2-2所示。图中，同步环节没有示出，这是因为同步贯穿于通信系统的

整个过程，在此主要强调信号流程的部分。噪声源图2-2点对点的数字频带传输通信系统模型受

信

者解

密

器译

码

器解

调

器调

制

器编

码

器加

密

器信

息

源3.模拟信号数字化传输通信系统上面讲述的数字通信系统中，信源输出的信号均为数字基带信号。实际上，在日常生活中，大部分信号(如语音信

号)为连续变化的模拟信号。那么,要实现模拟信号在数字

系统中的传输，必须在发送端将模拟信号数字化，即A/D

转

换；在接收端则需进行相反的转换，即D/A

转换。实现模拟

信号数字化传输的通信系统模型如图2-3所示。图2-3

模拟信号数字化传输通信系统模型模

拟

信息源数字通

信系统模/数

转换器数/模

转换器受信者4.数字通信的主要优、缺点1)数字通信的主要优点(1)抗干扰、抗噪声性能好。(2)差错可控。(3)易加密。(4)易与现代技术结合2)数字通信的缺点(1)频带利用率不高。(2)需要严格的同步系统。随着数字集成技术的发展，各种中、大规模集成器件的体积不断减小，加上数字压缩技术的不断完善，数字通信设

备的体积将会越来越小。所以随着科学技术的不断发展，数

字通信的两个缺点也显得越来越不重要了。实践表明，数字

通信是现代通信的发展方向。2.2时分多路复用(TDM)2.2.1TDM的基本原理在模拟信号的数字传输中，抽样定律告诉我们，

一个频

带限制在0～f以内的低通模拟信号x(t)可以用时间上离散的

抽样值来传输，抽样值中包含x(t)的全部信息。当抽样速率

f≥2f时，可以从已抽样的输出信号中用一个带宽为f≤B≤fs-f、

的理想低通滤波器不失真地恢复出原始信号。假设有N路PAM信号进行时分多路复用，系统框图如图2-4所示。各路信号首先通过相应的低通滤波器(LPF)变为带

限信号，然后被送到抽样电子开关。电子开关每T

秒将各路

信号依次抽样一次，这样N

个样值按先后顺序错开插入抽样

间隔T,之内，最后得到的复用信号是N

个抽样信号之和，如

图2-4(e)所示。各路信号脉冲间隔为T,

各路复用信号脉冲

间隔为T/N。

由各消息构成单一抽样的一组脉冲叫作一帧，一帧中相邻两个脉冲之间的时间间隔叫作时隙，未被抽样脉冲占用的时隙叫作保护时间。fi(1)

LPF₁LPF₁fi(t)f₂(t)→

LPF₂2LPF₂f₂(t):

:Hen(w):fx(t)-

LPFNNNLPFnfv(t)同步(a)TDM

系统框图fi(1)0

T₅2T₅

3T₅(b)

第1路抽样信号4T

1图2-4TDM系统框图及波形f₂(t)0

T/N

T₈+(T₃/N)2T,+(T,/N)(c)第2路抽样信号0N-¹π.

2N-1

T3N-1¹π.

5N-¹π(d)

第N路抽样信号(e)N路PAM信号TDM波形图2-4TDM

系统框图及波形2.2.2TDM信号的带宽及相关问题1.抽样速率fs

、抽样脉冲宽度t与复用路数N的关系由抽样定理可知，抽样速率f≥2f。

以语音信号x()为例，

通常取f为8kHz,

即抽样周期T=125μs,抽样脉冲的宽度t

要比125

μs还小。对于N

路时分复用信号，在抽样周期T

内要顺序地插入N路抽样脉冲，而且各脉冲间要留出一些空隙作为保护时间。若取保护时间tg和抽样脉冲宽度t

相等，则抽样脉冲的宽度t=T/2N

。N

越大，t

就越小，但τ不能太小，因此，时分复

用的路数也不能太多。2.信号带宽B与路数N的关系时分复用信号的带宽有不同的含义。

一般情况下，从信号本身具有的带宽来考虑，TDM

信号是一个窄脉冲序列，它应具有无穷大的带宽，但其频谱的主要能量集中在0～1/t以内。因此，从传输主要能量的观点来考虑，可得(2-1)根据抽样定律，

一个频带限制在f

的信号，只要有2f个独立的信息抽样值，就可用带宽B=f

的低通滤波器恢复其

原始信号。N

个频带都是f

的复用信号，它们的独立对应值

为2Nfx=Nfs。

如果将信道表示为一个理想的低通滤波器，那么为了防止组合波形丢失信息，传输带宽必须满足B

(2-2)3.时分复用信号仍然是基带信号时分复用后得到的总和信号仍然是基带信号，只不过这

个总和信号的脉冲速率是单路抽样信号的N

倍，即这个信号可以通过基带传输系统直接传输，也可以经过频带调制后在频带传输信道中传输。f=Nf₅

(2-3)4.时分复用系统必须严格同步在TDM系统中，发送端的转换开关与接收端的分路开关要严格同步，否则系统就会紊乱。实现同步的方法与脉冲

调制的方式有关。2.2.3

时分复用的PCM通信系统PCM

和PAM

的区别在于，PCM

要在PAM

的基础上量化

和编码，把PAM中的抽样值量化后编为k位二进制代码。图

2-5为一个只有三路PCM复用的方框图。发定时(1)去信道量化和编码

码型变化Xs3(t)1路2路3路语音2放大和低通滤波发送端定时发定时(3)放大和低通滤波收定时(1)来自信道码型反变换

译码1路2路3路2路输出

放大和低通滤波接收端定时3路输出

放大和低通滤波(b)

接收端方框图图2-5

TDM-PCM方框图1路输出

放大和低通滤波抽样

Xs₂(t)发定时(2)(a)发送端方框图放大和低通滤波收定时(2)收定时(3)语音1语音3抽样抽样分离分离分离x₁(t)x₂(t)x₃(t)xs₁(t)2.2.4PCM

30/32路典型终端设备交换局内，在PCM30/32路端机外加适当的市话出入中

继器接口，可与步进制、纵横制等各式交换机连接，用于市

内或长途通信。PCM30/32路端机除提供电话外，还可以通过适当接口

传输数据、载波电报、书写电话等。上述PCM30/32路端机性能是按CCITT的有关建议设计的，其主要指标均符合CCITT

标准。1.基本特性PCM30/32路端机的基本特性如下：(1)话路数目：30;(2)抽样速率：8kHz;(3)压扩特性：13折线A律压扩，A=87.6,编码位数

k=8,采用逐次比较型编码器，其输出为折叠二进制码；(4)每帧时隙数：32;(5)总的码元速率：8×32×8000=2048kb/s。2.帧与复帧结构帧与复帧结构见图2-6。1复帧等于16帧。16帧、2msF₁₂F₁₃F¹4F₁532时隙256Ts.Isa第16～29话路语音信息时隙

第30话路

语音信息时隙0段

落

码

段内码码ab第1路→b第2路→图2-6帧与复帧结构F₁5

b第15路一

第30路第1～15话路语音信息时隙偶帧TS₀b第16路b第17路复帧定位码组-保留给国际用(目前固定为1)F₄

F₅

F₆

F₇F₈

F₉

F¹0

F复帧对

告和备

用比特复帧定

位码组标志信号时隙保留给国内用帧

对

告

码

ATS₂Ts.

TS,TS奇帧识别码帧定位时隙F₁

F₂

F₃奇帧TS₀125μs一TSHTS,pnbit、F₀F₀TS.ISTS。F₁F₂Is,(1)时隙分配。在PCM30/32路制式中，抽样周期为1/8000=125μs,称为一个帧周期，即125

μs为一帧。

一帧

内要时分复用32路，每路占用的时隙为125/32=3.9μs,称

为1个时隙。因此一帧有32个时隙，按顺序编号为TS₀、TS₁

、…

、TS₃1°时隙的使用分配为：①TS₁~TS₁5

、

TS₁₇~TS₃1

为30个话路时隙；②TS₀为帧同步码、监视码时隙；③TS₁₆为信令(振铃、占线、摘机等各种标志信号)时隙。(2)话路比特的安排。每个话路时隙内要将样值编为8位

二元码，每个码元占3.9μs/8=488ns,称为1比特，编号为

x₁

~xg

。第1比特为极性码，第2～4比特为段落码，第5～8

比特为段内码。(3)TS₀

时隙的比特分配。为了使收、发两端严格同步，

每帧都要传送一组特定标志的帧同步码组或监视码组，分偶

帧和奇帧传送。帧同步码组为“0011011”,占用偶帧TS₀的第

2～8比特。第1比特供国际通信用，不使用时发送“1”码。奇

帧比特分配的第3位为帧失步告警用，以A₁表示，同步时送“0”码，失步时送“1”码。为避免奇帧TS₀的第2～8比特出现

假同步码组，第2比特规定为监视码，固定为“1”。第4～8比

特为国内通信用，目前暂定为“1”。(4)TS₁₆

时隙的比特分配。若将TS₁₆

时隙的码位按时间顺序分配给各话路传送信令，需要用16帧组成一个复帧，分

别用F₀

、F₁

、.…、F₁5表示，复帧周期为2ms,

复帧频率为500

Hz。复帧中各子帧的TS16

分配为如下：①F₀帧：第1～4比特传送复帧同步码“0000”;第6比特

传送复帧失步对局告警信号A₂,

同步为“0”,失步为“1”;第5、7、8比特传送“1”码。②F₁

~F₁各帧的TS₁6

前4比特传送1～15话路的信令信

号，后4比特传送16～30话路的信令信号。2.3准同步数字体系(PDH)准同步数字体系(PDH)有两大系列：(1)PCM24路系列：北美、日本使用，基群速率为1.544Mb/s;(2)PCM30/32

路系列：欧洲、中国使用，基群速率为2.048

Mb/s。PDH系统的优点主要有三个：易于构成通信网，便于分支与插入，具有较高的传输效率；可视电话、电视信号以及

频分制信号可与高次群相适应；可与多种传输媒介的传输容

量相匹配，如电缆、同轴电缆、微波、波导、光纤等。2.3.1

数字复接的概念和方法PDH

复用方法与数字复接方法是不同的。PCM

复用方法是直接将多路信号编码复用，如基群30/32路，但不适用于高次群。高次编码速率快，对编码器元件精度要求高，不易实现，所以，

一般不采用高次群。数字复接方法是将几个低次群在时间的空隙上叠加合成高次群

。图2-7是数字复接系统的方框图。合路分接器码速调整复接器图2-7数字复接系统方框图外钟23定时

定时恢

复分

接复

接同

步支路复接器由定时、码速调整和同步复接单元组成；分接器由同步、定时、分接和支路码速恢复单元组成。在图2-7中，码速调整单元的作用是把各准同步的输入

支路的数字信号的频率和相位进行调整，形成与本机定时信

号完全同步的数字信号。若输入信号是同步的，则只需调整

相

位

。分接器定时单元产生的各种控制信号与复接器定时单元产生的各种控制信号是类似的：同步单元从合路信号中提出

帧定时信号，再用它控制分接器定时单元；同步分接单元受

分接定时单元控制，把合路信号分解为支路数字信号；受分

接器定时单元控制的恢复单元则把分解出的数字信号恢复出

来。数字复接的特点是复接后速率提高了，但各低次群的编

码速率没有变。2.3.2

同步复接与异步复接1.数字复接的实现1)按位复接按位复接的方法是每次复接时各低次群的一位编码形成高次群。如图2-8(b)是四路集群信号按位复接的示意图。CH₁

(第1路)0

0

1

0

PCM30/32

基群(1)PCM30/32

基群(2)PCM30/32基群(3)PCM30/32

基群(4)(a)

一次群(基群)PCM30/32基群(1)11110101100111100111101000011111(b)

二次群(按位复接)PCM30/32基群(1)CH₁10110101110110011001110111101011(c)二次群(按字复接)图2-8

数字复接示意图按位复接的结果是复接后每位码的间隔是复接前各支路的1/4,即高次群的速率提高到复接前的4倍。其特点是复接电路存储量小，简单易行，在PDH中大量使用；不足是破坏了一个字节的完整性，不利于以字节(即

码字)为单位的处理和交换。2)按字复接按字复接的方法是每次复接按低次群的一个码字形成高

次群。图2-8(c)是四路信号按字复接的示意图。其特点是每

个支路都要设置缓冲存储器，要求有较大的存储容量，保证

一个字的完整性，有利于按字处理和交换。同步SDH中大多

采用这种方法。2.数字复接的同步数字复接同步主要解决下面两个问题：(1)同步：被复接的几个低次群数码率相同。(2)复接：不同系统的低次群往往数码率不同，是因为

各晶体振荡频率不相同。不同步带来的问题是如果直接将几个低次群进行复接，

就会产生重叠和错位，在接收端不可能完全恢复。图2-9是

两路信号不同步产生重叠和错位的示意图。重叠

错位图2-9两路信号不同步产生重叠和错位示意图低次群(1)低次群(2)fL2慢f2

快

时延合成B'ABC

在3.同步复接同步复接是由一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个

低次群，使这几个低次群的数码率统一在主时钟的频率上，

可直接复接。同步复接方法的缺点是一旦主时钟发生故障，

相关的通信系统将全部中断，所以它只限于局部地区使用。1)码速变换与恢复码速变换即为使复接器、分接器正常工作，在码流中插入附加码，这不仅使系统码速相等，而且能够在接收端分接。·

附加码：如对端告警码、邻站监测、勤务联系等公务

码。·

移相：复接之前进行延时处理。.缓冲存储器：完成码速变换和移相。下面以一次群复接成二次群为例进行介绍，如图2-10所

示。图2-10码速变换与恢复总时钟复接器定时时钟基群12.048

Mb/s缓冲存储基群2基群3基群42.048

Mb/s2.048Mb/s2.048Mb/s缓冲存储缓冲存储缓冲存储缓冲存储复接合成及输出电路二次群信码出8.448Mb/s缓冲存储图2-11同步复接系统结构(发送部分)同步复接系统结构(发送部分)如图2-11所示。同步复接系统结构(接收部分)如图2-12所示。定时时钟帧同步公务码检出控制图2-12同步复接系统结构(接收部分)基群1(2.048Mb/s)基群2(2.048Mb/s)基群3(2.048Mb/s)基群4(2.048Mb/s)缓冲存储缓冲存储缓冲存储缓冲存储二次群信码入8.448

Mb/s分

群

分

接再生(1)复接端的作用：时钟一致，支路时钟、复接时钟来自同一时钟源；各支路码率严格相等(2048kb/s);缓冲存储

器完成各支路的码速变换；复接合成完成各支路合路并在所

留空位插入附加码(包括帧同步码)。(2)分接端的作用：时钟从码流中提取，产生复接定时；

帧同步保证收、发间步调一致；分群分接分开4个支路信号，

并检出公务码；缓冲存储器扣除各自支路附加码，恢复原信

号。15.6μsN₁N₂N₃N₄N₅N₆N₇N₈125μsN₁:

1

10

1

a1

b₁C1d₁N2:α1

a2

α₃

α4

a33

b33

C33

d33N₃:Ao1

Ao2

Ao3

Ao4

a65b₆5

C65

d65N₄:a1

a₂a₃

a4

a97

b97

C97

d97N₅

:

0

0

1

0a129

b129

C129

d129N₆:

a1

a₂

α₃

a4

a161b161

C161

d161N₇:β1β₂β₃β₄a193

b193

C193

d₁93…

·………………a32

b₃2

C32

d32

a64

b₆4

C64

d64

a96

b96

C96

d96

a128

b₁28

C128

d128

a160

b160

C160d160

a192

b192

C192d192

a221

b₂21

C22d1221N₈:a₁a2

a₃α4

a225

b225

C225

d225

…a256

b₂56

C256

d256图2-13同步二次群的帧结构2)同步二次群的帧结构同步二次群的帧结构如图2-13所示。4.异步复接由于各低次群使用自己的时钟，且各时钟不一致，因此

各低次群的数码率不完全相同(不同步),需要调整码速使它

们同步后再进行复接。PDH大多采用这种复接方法。图2-14

是异步复接与分解示意图。高次群高次群分接器外时钟定时

定时复

接器

接复码速调整图2-14

异步复接与分解示意图(1)

(2)

(3)

(4)(1)

(2)

(3)

(4)低

次

群低

次

群分

接恢

复同

步其

中

：(1)数字复接器：把4个低次群(支路)合成一个高次群。(2)数字复接器组成：定时单元—提供统一的时钟给设

备；码速调整单元—使各支路码速一致，即同步(分别调整);

复接单元—将低次群合成高次群。(3)数字分接器：把高次群分解成原来的低次群。(4)数字分接器组成：定时单元—从接收信号中提取；同步单元—使分接器时钟与复接器基准时钟同频、同相，达

到同步；分接单元—将合路的高次群分离成同步支路信号；

恢复单元—恢复各支路信号为原来的低次群。采用正码速调整与恢复将2048kb/s调整为2112kb/s的原理图如图2-15所示，其过程说明如下：码速调整装置用于各支路单独调整，将准同步码流变成

同步码流。准同步码流是标称数码率相同、瞬时数码率不同的码流。

缓冲存储器是码速调整的主体。f是写入脉冲的频率，与输入支路的数码率相等。fm是读出脉冲的频率，与缓存器支路信码输出速率相等。

因为是正码速，所以fm>f1。复接过程：f

送相位比较器(与fm

比较，fm

起始滞后一个周期);

fm复接脉冲送扣除电路(扣与不扣由插入请求决定，请求时扣，不请求时则不扣),已扣的fm

复接脉冲送相位比

较器(与f比较),且作为读出脉冲；缓存器输出的fm码流有

空闲(扣除造成),防止空读；插入请求使标志信号合成插入；

合成电路将fm和标志信号合在一起。分接后的支路信号写入脉冲扣除fm复接脉冲(未扣)复接脉冲扣除

fmfm读出脉冲(已扣)fm支路信码出f读出脉冲f图2-15正码速调整与恢复(a)

复接端

(b)

分接端f写入L

脉冲ffm写入脉冲缓

存

器相

位

比

较合

成

标

志

信

号标志

信号

检出支路信码入压控振荡器读出脉冲插

入

请

求缓

存

器鉴

相

器V.C.O相位比较器在f

和fm相位几乎相同时，有输出。码速恢复装置用于将分接后的每一个同步码流恢复成原来的支路码流。恢复过程：标志信号检出单元有信号输出时，写入脉冲

扣除扣除1bit;扣除的写入脉冲通过缓存器将与输入的支路

信号fm合并输出，恢复支路信码f。5.码速调整异步复接中的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，其中正码速调整应用最

为普遍。正码速调整的含义是使调整以后的速率比任一支路

可能出现的最高速率还要高。例如，二次群码速调整后每一

支路速率均为2112kb/s,而一次群调整前的速率在2048kb/s

上下波动，但不会超过2112

kb/s。正码速调整的具体实施总是按规定的帧结构进行的。例如PCM

二次群异步复接时就是按图2-16所示的帧结构实现的。

图2-16(a)是复接前各支路进行码速调整的帧结构，其长为212bit,

共分成4组，每组都是53

bit,

第

I组的前3个比特F₁₁

、F₁₂

、F₁3

用于帧同步和管理控制，后3组的第一个比特C₁

1、C₁2、C₁3

作为码速调整控制比特，第IV组第2比特V1

作

为码速调整比特。C13C23C33

C43

V₁V₂

V₃

V₄52×4=208

bit51×4=204bit(b)二次群帧结构图2-16异步复接二次群帧结构212bitI组53bitⅡ组53

bitⅢ组53bitIV组53

bit1234…5354…106107…159160161…212警用信息码插入标

志码信息码插

入标

志码12…10111213…212213214215216217…424425426427428F₁F21

F23

F33

F43

C11

C21

C₃1

C41

C12

C22

C32C4250×4=200bit52×4=208bit信息码插入标志码

码速调整

信息码F₁F₁₂F₁₃

—

——

C₁

C₁₂

C1₃V₁信息码50bit信息码52bit信息码52bit信息码51bit(a)

基群支路插入码及信息码分配用插入码429…636637638639640641642643644645…848备告帧同步通过图2-17中的比较器可以做到缓存器快要读空时发出一条指令，命令2112kHz

时钟停读一次，使缓存器中的存储

量增加，而这一次停读就相当于使图2-16(a)的V₁比特位置没

有置入信码，而只是一位作为码速调整的比特。图2-16(a)帧

结构的意义就是每212

bit就比相一次，即作一次是否需要调

整的判决。若判决结果需要停读，则V₁

是调整比特；若不

需要停读，则V₁

仍然是信码。这样就把在2048kb/s上下波动

的支路码流都变成了同步的2112kb/s

码流。比相fm>fi停读指令图2-17正码速调整原理fm2112

kHz输出支路码流支路信码入写入时钟2048

kHzfi缓存器读出时钟读时钟控制在复接器中，每个支路都要经过正码速的调整。由于各支路的读出时钟都是由复接器提供的同一时钟2112kHz,

所

以经过调整，4个支路的瞬时数码率都会相同，即均为2112

kb/s,故一个复接帧长为848bit,其帧结构如图2-16(b)所

示

。图2-16(b)是由图2-16(a)所示的4个支路比特流按比特复接的方法复接起来而得到的。所谓按比特复接，就是将复接

开关每旋转一周，就在各支路取出一个比特。也有按字复接

的，即开关旋转一周，在各支路上取出一字节。从原理上讲，要识别V₁

是信码还是调整比特，只要1位码就够了。这里用3位码，主要是为了提高可靠性。如果用1位码，这位码传错了，就会导致对V₁

的错误处置。例如用“1”表示有调整，“0”表示无调整，经过传输，若“1”错成“0”,就会把调整比特错当成信码；反之，若“0”错成“1”,就会把

信码错当成调整比特而舍弃。现在用3位码，采用大数判决，

即“1”的个数比“0”多时认定是3个“1”码；反之，则认定是3

个“0”码。这样，即使传输中错一位码，也能正确判别V₁。在大容量通信系统中，高次群失步必然引起低次群的失步。所以为了使系统能可靠工作，四次群异步复接调整控制

比特C;为5个，五次群的C,为6个(二、三次群都是3个比特)。

这样安排，可使因误码而导致对V₁比特的错误处理的概率更小，从而保证大容量通信系统的稳定可靠工作。2.3.3PCM高次群1.PCM

三次群PCM三次群的总话路数为120×4=480个，速率为34.368

Mb/s。三次群复接过程：(1)将4个标称速率8448kb/s转换为8592

kb/s;(2)再复接成三次群。PCM

三次群帧结构如图2-18所示。帧同步码2

3

4F1F₂₁F₃1信息码389

…

768

769770

771

772

773

…

115295×4=380

bit

C12C₂2

C32C₄295×4=380bit插入标志码码速调整用

信息码插

入

码

或

信

息

码1153

1154

11551156115711581159

11601161

1536C₂3

C33

C₄3

V₄94×4=376bit384

bitI组96

bitⅡ组96

bitⅢ组96

bitIV组96

bit1234

…

·

969798

…

192193194

…288289290291…384F₁F₁₂F¹₃信息码C₁1信息码C₁₂信息码C13

V₁(b)

三次群帧结构图2-18

PCM

三次群帧结构(a)

三次群码速调整后码位安排示意图告，备

警

用10

11

12F₁₃F₂₃F₃₃F4₃插入标志码信息

码插入标志码385C11384bit388C₄1387C₃1386C₂1信息码93×4=372132.PCM

四次群PCM

四次群帧结构如图2-19所示。3.PCM

五次群PCM五次群帧结构如图2-20所示。帧同步码备用信息码插入标志码警492C41123456

…

·

1011121314151617

…·

488489490491FF₂

1F₃F⁴1…F₃4

F₄4|118×4=472bit

C₁C21

C₃1信息码插入标志码信息码插入标志码信息码493

…976977978979980981

.…

146414651466146714681469

…

1952121×4=484bit

Ci₂

C22

C₃2

C42121×4=484bit

C₁₃C23

C33

C43

121×4=484bit插入标志码信息码插入标志码码速调整用信息码插入码或信息码19531954195519561957

…2240244124422443244424452446244724482449…2928Ci₄C24

C₃4

C44121×4=484bitC₁₅

C₂5

C₃5

C45V₁V₂

V₃V₄

120×4=480bit(b)四次群帧结构图2-19

PCM

四次群帧结构IV组122

bitV组122bitVI组122bit367368

…

488489490491

…

610611612613614

…

732C13信息码C₁₄信息码C₁sV₁信息码732

bitI组122

bitⅡ组122

bitⅢ组122bit12345

…

·

122123124

…

·

244245246

…

366(a)

四次群码速调整码位安排示意图C₁₂

信息码|FiF1₂F1₃F₁4|信息码信息码告C11672

bitI组

Ⅱ组

Ⅲ

组

IV组9798182183184288289

290384信息码

C11

信息码

C₁₂信

息

码C₁3

信

息

码V组

VI组

VII组385386

480481482576577578579672信

息

码

信

息

码

F¹4

信息码(a)五次群码速调整码位安排帧

同

步

码

信息码

插入标志码

信

息

码插入标志码

信

息

码769

770771772

773

1152C1₂

C22

C₃2

C42

95×4=380bit信

息

码

插入标志码1919

192019211922

192395×4=380bit

C₁5

C₂5

C₃5

C₄5

信息码插入标志码1153

1154

1155

1156C13

C₂3

C33

C₄3信息码153695×4=380bit码速调整用

插入标志码1537

15381539

1540C14

C₂4

C34信

息

码

备

用

码速调整用插入码或信息码1924

…

2304

2305

2306

2307

2308

23092310

2311231295×4=380

bit

F₂4

F₃4

F₄4

V₃231394×4=376bit(b)

五次群帧结构4

513

384385386387388389768FnF₂1F₃1F₄1Fs₁93×4=372bitCC₂1C31C41

95×4=380bit图2-20

PCM五次群帧结构告

警一次群(基群)二次群三次群四次群五次群T

体

系北美T124路1.544

Mb/sT296(24×4)路6.312

Mb/sT3672(96×7)路44.736

Mb/sT44032(672×6)路274.176Mb/sT58064(4032×2)路560.160

Mb/s日本T3480(96×5)路32.064

Mb/sT41440(480×3)路97.728

Mb/sT55760(1440×4)路397.200

Mb/sE

体

系欧洲中国E130路2.048Mb/sE2120(30×4)路8.448Mb/sE3480(120×4)路34.368

Mb/sE41920(480×4)路139.264

Mb/sE57680(1920×4)路565.148

Mb/s4.高次群数字复接国际上两大系列的准同步数字体系构成更高速率的二、三、四

、五次群，如表2-1所示。表2-1

准同步数字体系速率系列和复用路数在表2-1中，二次群(以30/32路作为一次群)的标准速率8448

kb/s>2048×4=8192

kb/s。其他高次群复接速率也存

在类似情况。这些多出来的码元是用来解决帧同步、业务联

络以及控制等问题的。复接后的大容量高速数字流可以通过电缆、光纤、微波、

卫星等信道传输，而且光纤将取代电缆，卫星将利用微波段

传输信号。因此，大容量的高速数字流主要是通过光纤和微

波来传输的。经济效益分析表明，二次群以上的数字通信用

光纤、微波传输都是合算的。基于30/32路系列的数字复接体系(E体系)的结构如图2-21所示。30路2048kb/s图2-21PCM30/32路系列数字复接体系(E体系)结构2434368

kb/s

480路编码器PCM120编码器PCM30宽带编码器300载波120电话60载波电话30路Fax0～6MHz彩色电视139264

kb/s

1920路565148kb/s7680路8448kb/s120切

多

路

复

合

器红

多

路

复

合

器卫多路复合器810～2044kHz巧

多

路

复

合

器彩色电视234234345.高次群接口码型高次群接口码型的要求与基带传输时对码型的要求类似。

线路与机器、机器与机器的接口必须使用协议的同一种码型。

一至四次群接口速率与码型如表2-2所示。表2-2群接口速率与码型群路等级一次群(基群)二次群三次群四次群接口速率(kb/s)2048844834368139264接口码型HDB₃HDB₃HDB₃CMI2.4

同步数字体系(SDH)2.4.1

SDH的基本概念20世纪80年代中期以来，光纤通信在电信网中获得了广

泛应用，其应用范围已逐步从长途通信、市话局间中继通信

转向用户入网。光纤通信优良的宽带特性、传输性能和低廉

价格使之成为电信网的主要传输手段。然而，随着电信网的

发展和用户要求的提高，光纤通信中的传统准同步数字体系(PDH)暴露出一些固有的弱点：(1)欧洲、北美、日本等国家规定的语音信号编码率各

不相同，给国际间互通造成困难。(2)没有世界性的标准光接口规范，导致各厂家自行开

发的专用接口(包括码型)只有通过光/电转换成标准电接口

(G.703建议)才能互通，从而限制了联网应用的灵活性，也

增加了网络运营成本。(3)低速支路信号不能直接接入高速信号通路上，例如

目前低速支路多数采用准同步复接，而且大多数采用正码速

调整来形成高速信号，其结构复杂。(4)系统运营、管理与维护能力受到限制。SDH是由一些网络单元(例如终端复用器TM、分插复用器ADM、同步数字交叉连接设备SDXC

等)组成的在光纤上

进行同步信息传输、复用和交叉连接的网络，其优点是：(1)具有全世界统一的网络节点接口(NNI)。(2)有一套标准化的信息结构等级，称为同步传输模块

(STM-1

、STM-4

、STM-16

和STM-64)。(3)帧结构为页面式，具有丰富的用于维护管理的比特。(4)所有网络单元都具有标准光接口。(5)有一套灵活的复用结构和指针调整技术，允许现有

的准同步数字体系、同步数字体系和B-ISDN信号进入其帧

结构，因而具有广泛的适应性。(6)采用大量软件进行网络配置和控制，使得其功能开

发、性能改变较为方便，适应将来的不断发展。为了比较PDH和SDH,这里以从140Mb/s

码源中分插一

个2Mb/s支路信号的任务为例来加以说明，其工作过程如图

2-22所示。2

Mb/s

(电信号)图2-22分插信号流图的比较34/8

Mb/s8/2

Mb/s分接分接140/34

Mb/s34/140

Mb/s(SDH)

分插

复用器ADM155Mb/s光接口155Mb/s光接口140

Mb/s电接口140

Mb/s电接口2

Mb/s

(电信号)8/34

Mb/s2/8

Mb/s复接复接分

接复

接由图2-22可知，为了从140Mb/s

码源中分插一个2Mb/s支路信号，PDH需要经过140/34Mb/s

、34/8Mb/s和8/2Mb/s

三次分接。SDH的特点是由基本复用单元组成，有若干中间复用步

骤；业务信号的种类包括两大基本系列的各次群速率；STM-N

的复用过程包括映射、定位、复用三个步骤；复用技术为指针调整定位。SDH

网络最核心的特点是拥有同步复用、标准光接口和

强大的网络管理能力。2.4.2

SDH的速率和帧结构在SDH网络中，信息是以同步传输模块(SynchronousTransport

Module,STM)的结构形式传输的。一个同步传输模块(STM)主要由信息有效负荷和段开销(Section

Over

Head,SOH)组成块状帧结构。SDH最基本的模块信号是STM-1,其速率是155.520

Mb/s;更高等级的STM-N

是将基本模块信号STM-1同步复

用、字节间插的结果。其中N

是正整数，可以取1、4、16、

64。ITU-T

G.707建议规范的SDH

标准速率如表2-3所示。等

级STM-1STM-4STM-16STM-64速率/(Mb/s)155.520622.0802488.3209953.280表2-3

SDH标准速率STM-N

的帧结构如图2-23所示，它有270×

N

列、9行，即帧长度为270×

N×9

B(字节Byte简记为B),或270×N×9×8

bit;

帧重复周期为125

μs。9×270×N字节传输方向STM

-N净负荷(

含

P

O

H

)261×N270×NSOHAU-PTRSOH9×N图2-23STM-N的帧结构3

行1行5

行1234567891.段开销段开销分两个部分，第1～3行为再生段开销(RSOH),与再生器功能相关；第5～9行为复用段开销(MSOH),与

管

理单元群(AUG)的组合和拆解相关。SOH中所含字节主要用

于网络的运行、管理、维护和指配(OAM&P),

以保证信息

正确灵活地传输。2.管理单元指针AU-PTR位于帧结构左边的第4行，其作用是指示净负

荷区的第一个字节在STM-N帧内的准确位置，以便接收时

能正确分离净负荷区。3.净负荷STM-1的净负荷是指可真正用于通信业务的比特，净负荷量为8bit/B×261B×9行=18792bit。另外，该区域还存放

着少量可用于通道维护管理的通道开销(POH)字节。对于STM-1

而言，帧长度为270×9B,或270×9×8=19440bit,

帧周期为125

μs,

其比特速率为270×9×8/125×10-6=155.520

Mb/s。STM-N的比特速

率为270×9×

N×8/125×10-6=155.520N

Mb/s。2.4.3

同步复用结构同步复用与映射方法是SDH

最具特色的内容之一。它能

使数字复用由PDH固定的大量硬件配置转换为灵活的软件配

置。在SDH网络中，采用同步复用法、净负荷指针技术来表

示STM-N

帧内净负荷的准确位置。SDH

的一般复用结构如图2-24所示，它是由一些基本复用和映射单元组成的、有若

干中间复用步骤的复用结构。各种业务信号复用进STM-N帧的过程都要经历映射、定位和复用三个步骤。其中，采用

指针调整定位技术取代125

μs缓存器来校正支路频差和实现

相位对准，是复用技术的一项重大改革。139.264

Mb/sVC-4×3×1TU-3

VC-3TUG-3×1TU-2

VC-2TUG-2指针处理TU-12

VC-12复用定位映射44.736

Mb/s34.368

Mb/s6.312

Mb/s2.048

Mb/s1.544

Mb/s图2-24SDH的一般复用结构AUG

×1

AU-4×N[

STM-NTU-11

VC-11×4AU-3VC-3C-12C-11×7×7×3×3C-2C-4C-3定位是一种将帧偏移信息收进支路单元或管理单元的过程，即以附加于虚容器上的支路单元指针(或管理单元指针)

指示和确定低阶虚容器帧的起点在支路单元(或高阶虚容器

帧的起点在管理单元)净负荷中的位置。当发生相对帧相位

偏差使虚容器帧起点浮动时，指针值随之调整，从而始终保

证指针值准确指示信息结构起点在虚容器帧中的位置。复用是一种使多个低阶通道的信号适配进高阶通道或者

把多个高阶通道层信号适配进复层的过程，即把TU

组织进

高阶VC或把AU组织进STM-N。

由于经TU和AU指针处理后

的各VC支路已相位同步，所以此复用过程为同步复用。图中各单元的名称及作用分别为：(1)容器(C)

。容器是一种用来装载各种速率的业务信号

的信息结构。容器的种类有五种：C-11

、C-12

、C-2

、C-3、C-4,其输入比特率分别为1.544Mb/s

、2.048Mb/s

、6.312Mb/s、34.368或44.736Mb/s、139.264

Mb/s。参与SDH

复用

的各种速率的业务信号都要经过码速调整等适配技术装进一

个恰当的标准容器之中。已装载的标准容器又作为虚容器(VC)的净负荷。(2)虚容器(VC)

。虚容器是用来支持SDH的通道层连接的信息结构。它是SDH通道的信息终端。虚容器有低阶VC

和高阶VC之分，前端的VC-11、VC-12、VC-2、VC-3

为低阶虚容器；后端的VC-3、VC-4为高阶虚容器。虚容器的信

息结构由通道开销和标准容器的输出组成，即VC-n=C-n+VC-n

POH(3)支路单元(TU)

。支路单元是提供低阶通道层和高阶通道层之间适配的信息结构。其信息TU-n(n=11,12,2,3)由一个相应的低阶VC-n

信息净负荷和一个相应的支路单元指针TU-n

PTR组成。TU-n

PTR指示VC-n净负荷起点在支

路帧中的偏移，即TU-n=VC-n+TU-n

PTR(4)支路单元组(TUG)

。支路单元组是由一个或多个在

高阶VC净负荷中占据固定且确定位置的支路单元组成的。(5)管理单元(AU)

。管理单元是提供高阶通道层和复用

通道层之间适配的信息结构，有AU-3

和AU-4

两种管理单元。

其信息AU-n(n=3,4)

由一个相应的高阶VC-n信息净负荷和

一个相应的管理单元指针AU-n

PTR组成。AU-n

PTR指示VC-n净负荷起点在TU帧内的位置。

AU指针相对于STM-N

帧的位置总是固定的，即AU-n=VC-n+AU-n

PTR(6)管理单元组(AUG)

。

管理单元组是由一个或多个在

STM-N

净负荷中占据固定且确定位置的支路单元组成的。(7)同步传输模块。基本帧模块STM-1的信号速率为155.520Mb/s,更高阶的STM-N(N=4,16,64,…)由STM-1信号以同步复用方式构成。当各种PDH速率信号输入到SDH网时，首先要进入标准容器C-n(n=11,12,2,3,4);

进入容器的信息结构为后

接的虚容器VC-n组成与网络同步的信息有效负荷；这就是

映射过程。由图2-25所示的复用结构可见，从一个有效信息负荷到STM-N

的复用路线不是唯一的，但对于一个国家或地区而言，其复用路线应是唯一的。我国的光同步传输网技术体制规定以2Mb/s为基础的PDH系列作为SDH

的有效负荷，并选

用AU-4

复用路线；其基本复用映射结构如图2-25所示。×7TUG-2

-×3TU-12

VC-12-

C-12

2.048

Mb/s图2-25我国的SDH

基本复用映射结构VC-4×3TUG-3C-4

139.264Mb/sC-3

34.368Mb/s×1TU³指针处理复用×N

STM-N-AU-4VC-3AUG我国在PDH中应用最广的是2Mb/s

和140Mb/s

支路接口，一般不用34Mb/s

支路接口。这是因为一个STM-1只能映射

进3个34Mb/s

支路信号，而将4个34Mb/s

支路信号复用成140Mb/s后再映射进STM-1

更为经济。下面以2.048Mb/s

转换为STM-N速率来说明信号的复用、

定位、映射过程，如图2-26所示。(2.048

Mb/s)

C-12VC-12

PO(

2

)VC-12(2.304

Mb/s)ci2

vci2(6.912

Mb/s)TUG-2TUG-2TUG-3(49.536Mb/s)POH

TUG-3

TUG-3(150.336Mb/s)VC-4(150.912Mb/s)VC-4(150.912Mb/s)AUG(N×155.520

Mb/s)2H图2-26从2.048Mb/s支路信号到STM-N的过程SOHAUGTU-12

PTRAU-4

PTRAU-4

PTRSTM-NVC-12TU-12TU-12TU-12TU-12AU-4VC-4VC-4AUGPTR-C-12PTR1)映射过程将2.048Mb/s

送入C-12,加上VC-12POH后成为VC-12。VC-12复帧结构：复帧周期为500us,

结构为4×(4×9-1B,速率为

4×(4×9-1)×8×2000=2.240Mb/s2)定位过程将

VC-12

加上TU-12PTR

后成为TU-12。TU-12复帧结构：帧周期为500μs,

结构为4×(4×9-1)+4(定位)B,速率为

[4×(4×9-1)+4]×8×2000=2.304Mb/s3)复用过程(1)3个TU-12

复用为TUG-2。TUG-2的周期为125

μs,速率为9×12×8×8000=6.912Mb/s(2)7个TUG-2

复用为TUG-3。TUG-3的周期为125

μs,

速率为[(9×12×8)×7+9×2×8]×8000=49.536Mb/s(3)3个TUG-3

加上VC-4

POH和2列固定插入成为VC-4。VC-4

的周期为125

μs,

速率为[(9×(86×3+3)×8]×8000=150.336

Mb/s(4)定位。VC-4

加上AU-4

PTR后成为AU-4。AU-4

的速率为(VC-4比特数+AU-4PTR比特数)×8000={[9×(86×3+3)×8]+9×8}×8000=150.912Mb/s(5)复用。将AU-4置入AUG,速率不变；将AUG加上SOH,

成为STM-1。STM-1的速率为AUG速率+SOH

速率=150.912Mb/s+9×8×8×8000=155.520Mb/s这样就构成了STM-1的速率。STM-1的帧结构为9行×270列个字节，每字节8bit,帧频为8000Hz。所以STM-1的最终速率为9×270×8×8000=155.520

Mb/sSTM-N

的速率为N个AUG

速率+SOH

速率=155.520NMb/s2.4.4

映射的方法映射是一种在SDH

边界处使支路信号适配进VC的过程。

各种速率先经过码速调整装入C-n中，再加入相应的VC-nPOH,

形成VC-n。1.

高阶通道开销(HPOH)高阶通道开销位于VC-3、VC-4

帧结构的第一列，有9个字节，即J1

、B3

、C2

、G1

、F2

、H4

、F3

、K3

、N1,分别

如图2-27、图2-28所示。1图2-27VC-3通道开销(POH)图2-28VC-4通道开销(POH)9个字节的功能如下：J1—

通道踪迹字节；B3—

通道BIP-8码字节；C2—

信号标识字节；G1—通道状态字节；F2、F3—通道使用者字节；H4—通道使用者字节；K3—自动保护倒换APS指令(前4bit);备用字节(后4

bit);

N1—网络操作者字节。2.低阶通道开销(LPOH)低阶通道开销位于VC-1x、VC-2

的一个复帧各基帧的头一个字节。VC-1x、VC-2

复帧结构的POH

由V5、J2、N2、K4

组成。

加入POH的VC-12

复帧结构如图2-29所示。有多种不同形式

的复帧，适用不同容量的净负荷在网中传输。V5J2N2K4第一个VC-12基帧结构9×4-1第二个VC-12基帧结构9×4-1第三个VC-12基帧结构9×4-1第四个VC-12基帧结构9×4-1500

μs

VC-12复帧4×(9×4-1)B第一个C-12基帧结构9×4-2第二个C-12基帧结构9×4-2第三个C-12基帧结构9×4-2第四个C-12基帧结构9×4-2500μsC-12复帧4×(9×4-2)B(b)VC-12复帧结构图2-29加入POH的VC-12复帧结构(a)C-12

复帧结构I

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4列1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4

1

2

3

4列345679行46

7

8

9

行l

2

8523l低阶通道开销的功能：V5—通道状态功能；J2—

通道踪迹字节；N2—网络操作者字节；K4(b1～b4)—APS通道；K4(b5～b7)—

远端缺陷指示；

K4(b8)—

备用。3.映射举例1)139.264

Mb/s支路信号(H-4)的映射

该映射是异步映射，浮动模式。(1)139.264

Mb/s支路信号装入C-4。

该映射是正码速调整异步装入。(2)C-4

装入VC-4。该映射是在C-4的9个子帧前分别插入VC-4

POH字节J1、

B3、C2、G1、F2、H4、F3、K3、N1,即可构成VC-4

帧。336

Mb/sJ1B3C2G1F2H4F3K3N1VC-49×261149.760

Mb/s子帧139.264

Mb/sC-49×260C-4

POH139.264

Mb/s支路信号(H-4)的映射过程如图2-30所示。1

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