第4章-时分多路复用及PCM3032路系统

第4章时分多路复用及PCM30/32路系统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信是非常重要的。本章对时分多路复用的基本概念、PCM30/32路系统的帧结构及帧同步系统的工作原理、PCM30/32路的系统构成进行了说明。时分多路复用通信4.1PCM30/32路系统4.24.1时分多路复用通信4.1.1时分多路复用的概念1.多路复用的概念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，这种通信方式称为多路复用。时分多路通信方式用于数字通信，例如PCM通信。2.时分多路复用的概念所谓时分多路复用（即时分制）是利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路信号的。具体来说，将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，以达到互相分开的目的，如图4-1所示。我们可以用一个示意图来对时分复用进行说明。图4-2为时分多路复用示意图。图4-2时分多路复用示意图很显然，为了使通信正常的进行，在收、发两端的高速电子开关k1、k2必须同频同相。4.1.2PCM时分多路通信系统的构成PCM时分多路复用通信系统的构成如图4-3所示。为简化起见只绘出3路信号复用情况，下面来说明时分复用通信系统的工作原理。图4-3PCM时分多路复用通信系统的构成以上是以3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n路，如PCM30/32，PCM24系统，其道理是一样的。这里有几个基本概念：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（tF=T）。路时隙：是和路的PAM信号每个样值所允许的时间间隔(tC=)。nT位时隙：1位码占用的时间（tB=）。ltC4.1.3时分多路复用系统中的位同步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。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）和帧同步。位同步就是码元同步。在PCM多路复用系统中，各类信号的传输与处理都是在规定的时间内进行的。4.1.4时分多路复用系统中的帧同步帧同步的概念数字信号序列常常以字或帧的方式传输。在PCM30/32路系统中，在一个抽样周期内，要依次发送出CH1~CH30路的话音信号，构成一帧。为了在接收端能够辨认出每一帧的起止位置，在发送端必须提供每帧的起止标志。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，就是要从收到的信码流中分辨出哪8位是一个样值的码字，以便正确的解码；还要能分辨出这8位码是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k1，k2的旋转起始位置相同。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，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。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PCM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：一是同步码识别装置，二是调整装置。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，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。这些装置统称为帧同步电路。3.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，而是连续观察几次比较结果，如果几次都不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过保护电路来实现的。4.对帧同步系统的要求以及有关问题的讨论对帧同步系统要求是：（1）同步性能稳定，具有一定的抗干扰能力；（2）同步识别效果好（3）捕捉时间短（4）构成系统的电路简单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。①帧同步码的选择②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端同步码是怎样与信息码合成的。通常有两种插入方式：分散插入：r位同步码组分散地插入到信息码流中。集中插入：r位同步码组以集中的形式插入到信息码流中。③帧同步码的识别检出方式④同步捕捉方式4.2PCM30/32路系统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PCM30/32l路系统，这里复用的路数n=32，其中话路数为30。4.2.1PCM30/32路系统帧结构话音信号根据CCITT建议采用8KHz抽样，抽样周期为125s，在125s时间内各路抽样值所编成的PCM信码顺序传送一次，这些PCM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，PCM帧周期就是125s。在帧中除了要传送各路PCM信码以外，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、各路信息码、信令码以及告警码等。下图4-9为PCM30/32路系统帧结构图。图4-9PCM30/32路系统帧结构图下面对帧结构分别进行说明。1.30个话路时隙：TS1~TS15，TS17~TS312.帧同步时隙：TS0在不同帧的TS0位置所传送的信息是不一样，分为偶帧和奇帧的情况。偶帧TS0：发送帧同步码0011011；偶帧TS0中的8位码中第一位码保留给国际用，暂定为1，后7位为帧同步码。奇帧TS0：发送帧失步告警码。奇帧TS0的8位码中的第一位也保留给国际用，暂定为1。其第二位码固定为1码，以便在接收端用以区别是偶帧还是奇帧。第三位码A1为帧失步时向对方发送的告警码，简称对告码。当帧同步时，A1为0；当帧失步时A1为1，以便告诉对端，收端已经出现失步，无法工作。其第4~8位码可供传送其它信息，如业务联络等。这几位码未使用时，固定为1码。这样，奇帧TS0时隙的码型为{11A111111}。3.信令与复帧同步时隙：TS164.2.2PCM30/32路定时系统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。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：a.供抽样与分路用的抽样脉冲（也称为路脉冲）；b.供编码与解码用的位脉冲；c.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PCM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。发端定时系统PCM30/32路系统发端定时系统方框图如图4-10所示。（1）时钟脉冲（2）位脉冲（3）路脉冲（4）路时隙与复帧脉冲收端定时钟提取4.2.3PCM30/32路帧同步系统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8位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（8位码）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。1.PCM30/32路系统帧同步的实现方法2.前、后方保护(1)前方保护由前述可知，前方保护是为了防止假失步。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间称为前方保护时间，可表示为：(2)后方保护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进入同步状态这段时间称为后方保护时间，可表示为：CCITT的G.732建议规定n=2。即帧同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：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(1)帧同步系统的工作流程图根据CCITT的G.732建议画出如下图4-15所示的帧同步系统工作流程图。图中A表示帧同步状态；B表示前方保护状态；C表示捕捉状态；D表示后方保护状态。图中Ps为帧同步码标志；Pc为收端产生的比较标志。图3-15帧同步系统工作流程图(2)帧同步系统方框图及其工作原理4.帧同步码型与长度5.帧同步系统性能的近似分析4.2.4PCM30/32路系统的构成在前面讨论的抽样、量化、编码以及时分多路复用等基本原理的基础上，下面介绍PCM30/32路系统方框图。图4-20为集中编码方式PCM30/32路系统方框图，图4-21为单片集成编解码器构成的PCM30/32路系统方框图。图4-20集中编码方式PCM30/32路系统方框图PCM30/32路系统工作过程简述如下：用户话音信号的发与收是采用二线制传输，但端机的发送支路与接收支路是分开的，即发与收是采用四线制传输的。因此用户的话音信号需要经过2/4线变换的差动变量器，经12端送入PCM系统的发送端。差动变量器12端与41端的传输衰减要求越小越好，但42端的衰减要求越大越好，以防止通路振鸣。话音信号再经过放大（调节话音电平）、低通滤波（限制话音频带，防止折叠噪声的产生）、抽样和路及编码。编码后的信息码与帧同步码、信令码（包括复帧同步码）在汇总电路中，按各自规定的时隙进行汇总，最后经码型变换电路变换成适合于信道传输的码型送往信道。