第5章數(shù)字復接技術(shù)

1、第5章數(shù)字復接技術(shù)第一節(jié)第一節(jié) 時分復用（時分復用（TDMTDM）原理）原理一、時分復用（一、時分復用（TDMTDM）的概念）的概念 1 1、多路復用技術(shù)：、多路復用技術(shù)： 利用同一信道，傳送多路互相獨立的信號。利用同一信道，傳送多路互相獨立的信號。 方法：方法：頻分、時分、碼分、光分等。頻分、時分、碼分、光分等。 2 2、時分復用（、時分復用（TDMTDM）：）： 將傳輸時間劃分為若干個互不重迭的時隙，簡稱路將傳輸時間劃分為若干個互不重迭的時隙，簡稱路時隙；互相獨立的多路信號順序地占用各自的時隙，時隙；互相獨立的多路信號順序地占用各自的時隙，合成一個復合信號，在一條信道中傳輸；在接收端按合成

2、一個復合信號，在一條信道中傳輸；在接收端按同樣的規(guī)律把它們分開，對應(yīng)地送給不同的用戶。同樣的規(guī)律把它們分開，對應(yīng)地送給不同的用戶。FDMA and TDMA 原理原理FDMAfrequencytimeTDMAfrequencytime4 usersExample:第一節(jié)第一節(jié) 時分復用（時分復用（TDMTDM）原理）原理二、二、TDMTDM原理原理1 1、TDMTDM系統(tǒng)組成（示意圖）系統(tǒng)組成（示意圖） A A、發(fā)送端、發(fā)送端 旋轉(zhuǎn)開關(guān)描述時分作用，輪流接通第一到第旋轉(zhuǎn)開關(guān)描述時分作用，輪流接通第一到第K K路信路信號。號。 旋轉(zhuǎn)開關(guān)每旋轉(zhuǎn)一周，完成一次時隙分配，一周旋轉(zhuǎn)開關(guān)每旋轉(zhuǎn)一周，完成一

3、次時隙分配，一周時間時間 稱一幀，每接通一路，就是每一幀取一次樣。稱一幀，每接通一路，就是每一幀取一次樣。 一幀時間就是信號的取樣周期一幀時間就是信號的取樣周期T TS S 。 設(shè)語音信號，每秒取樣設(shè)語音信號，每秒取樣80008000次，即次，即 = 8000HZ= 8000HZ，則，則 =125=125 S S（幀周期幀周期 = 1/ = 125= 1/ = 125 S S）。）。sfSTsfST第一節(jié)第一節(jié) 時分復用（時分復用（TDMTDM）原）原理理sScKfKTT1cTscBnKfTnf22minsBnKfHzbitfBBmin第一節(jié)第一節(jié) 時分復用（時分復用（TDMTDM）原理）原理

4、 B B、接收端、接收端 正確解碼和分路。正確解碼和分路。 保證收發(fā)定時系統(tǒng)之間有正確的頻率和相位關(guān)系。保證收發(fā)定時系統(tǒng)之間有正確的頻率和相位關(guān)系。 因此收端必須有一套同步裝置（比特、路定時、因此收端必須有一套同步裝置（比特、路定時、 幀同步）。幀同步）。 發(fā)端發(fā)送的碼流中應(yīng)包含幀同步碼，供收定時參發(fā)端發(fā)送的碼流中應(yīng)包含幀同步碼，供收定時參考，確認一幀的開頭?？迹_認一幀的開頭。第一節(jié)第一節(jié) 時分復用（時分復用（TDMTDM）原理）原理cTBf第一節(jié)第一節(jié) 時分復用（時分復用（TDMTDM）原理）原理解：解： s s 平均每路平均每路 占用帶寬：占用帶寬： 1024KHZ 1024KHZ32

5、= 32KHZ32 = 32KHZ * * FDM FDM的載波的載波 系統(tǒng)中，系統(tǒng)中，4KHZ/4KHZ/每路（每路（8 8倍）倍）1251ssfT9.332125KTTscsKbnKffsB/20488000328KHZfBB10242mins三、三、TDMTDM數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)1 1、話路、話路 復合成標準數(shù)據(jù)流（基群）復合成標準數(shù)據(jù)流（基群）采用同步采用同步、準同步數(shù)字復接技術(shù)準同步數(shù)字復接技術(shù) 匯合成高速數(shù)據(jù)信號標準。匯合成高速數(shù)據(jù)信號標準。2 2、數(shù)字復接系列分類：、數(shù)字復接系列分類： 基群、二次群、三次群、四次群基群、二次群、三次群、四次群 。 高次群采用同步數(shù)字系列（高

6、次群采用同步數(shù)字系列（SDHSDH）復接，嚴格）復接，嚴格的的 4 4倍關(guān)系。倍關(guān)系。第一節(jié)第一節(jié) 時分復用（時分復用（TDMTDM）原理）原理第一節(jié)時分復用（第一節(jié)時分復用（TDMTDM）原理）原理 3 3、TDMTDM系統(tǒng)的技術(shù)難點：系統(tǒng)的技術(shù)難點： 同步問題；同步問題； 相位抖動問題。相位抖動問題。 4 4、TDMTDM與與FDMFDM相比的優(yōu)點：相比的優(yōu)點： 都是數(shù)字電路，可用軟、硬件實現(xiàn)控制；都是數(shù)字電路，可用軟、硬件實現(xiàn)控制； 信道的非線性不敏感；信道的非線性不敏感； 可用再生中繼系統(tǒng)去除噪聲（去掉誤碼的累積）?？捎迷偕欣^系統(tǒng)去除噪聲（去掉誤碼的累積）。第二節(jié)第二節(jié) PCMPCM

7、基群幀結(jié)構(gòu)基群幀結(jié)構(gòu)一、一、PCM30/32PCM30/32終端機的幀結(jié)構(gòu)終端機的幀結(jié)構(gòu) （A A律）律） 1 1、幀結(jié)構(gòu)：指一幀周期中時隙的安排。、幀結(jié)構(gòu)：指一幀周期中時隙的安排。 每幀分為每幀分為3232個時隙（個時隙（0 310 31號）號） 。 1 1-TS-TS1515，TSTS1717-TS-TS3131（共（共3030路時隙用于傳話音）路時隙用于傳話音） b.b.每個時隙傳每個時隙傳PCM8PCM8位編碼位編碼 S0S0傳幀同步碼傳幀同步碼 1616傳信令，即呼叫、應(yīng)答等。傳信令，即呼叫、應(yīng)答等。第二節(jié)第二節(jié) PCMPCM基群幀結(jié)構(gòu)基群幀結(jié)構(gòu)2 2、TSO TSO 偶數(shù)幀偶數(shù)幀

8、0 0 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 1 1 （ 固定為幀同步碼）固定為幀同步碼）奇數(shù)幀奇數(shù)幀 1 A1 n n n n n 1 A1 n n n n n （不傳幀同步碼組）（不傳幀同步碼組） : : 國際國際 通信用（保留）通信用（保留） 。 1: 1: 保證收端不誤判為幀同步碼。保證收端不誤判為幀同步碼。 A1 A1：幀失步對告碼：幀失步對告碼 A = 0 A = 0，同步（本地同，同步（本地同步）步） （通告對方）（通告對方） A = 1 A = 1，失步（本地失步），失步（本地失步） n: n: 保留國內(nèi)用。保留國內(nèi)用。第二節(jié)第二節(jié) PCMPCM基群幀結(jié)構(gòu)基群幀結(jié)構(gòu)3 3、規(guī)

9、定：每、規(guī)定：每1616幀構(gòu)成一個復幀（傳送共路信令）。幀構(gòu)成一個復幀（傳送共路信令）。4 4、TSTS1616 第第F0F0子幀中的子幀中的TSTS1616 0 0 0 0 0 0 0 0 A A2 2 （固定為復幀同步碼）（固定為復幀同步碼） ：保留（備用）。：保留（備用）。 A A2 2：復幀失步對告碼：復幀失步對告碼 A A2 2 = 1 = 1 失步失步 A A2 2 = 0 = 0 同步同步 第第F1 F15F1 F15子幀中的子幀中的TSTS1616第二節(jié)第二節(jié) PCMPCM基群幀結(jié)構(gòu)基群幀結(jié)構(gòu) a b c d a b c d兩個話路的信令碼，兩個話路的信令碼，115115對應(yīng)對

10、應(yīng)3030個話路，個話路，禁止禁止a b c da b c d為全零，以免干擾復幀同步。為全零，以免干擾復幀同步。結(jié)論：結(jié)論： 3232路時隙，真正用于傳送數(shù)據(jù)、話音的時隙只路時隙，真正用于傳送數(shù)據(jù)、話音的時隙只有有3030路，所以稱為路，所以稱為30/3230/32路基群。路基群。第第F1 F15子幀中的子幀中的TS16 PCM30/32路制式基群幀結(jié)構(gòu)TS012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15001101

11、10000111A2abcdabcdabcdabcd復 幀 同步 信 號備 用比 特CH1CH16CH2CH17abcdabcdCH15CH30F1F2F15幀 同 步 信 號1A111111保 留 給國 內(nèi) 通 信 用幀 同 步 時 隙話 路時 隙話 路時 隙信 令 時 隙CH30(CH16 CH29)(CH1 CH15)32路 時 隙 ， 256 bit,125 s16幀 ， 2.0 ms復 幀 結(jié) 構(gòu)幀 結(jié) 構(gòu)偶 幀TS0奇 幀TS0488 ns3.91 s5.1 PCM復用與數(shù)字復接 5.1.1 基本概念 我們了解了時分復用的概念， 為了提高信道的利用率和信息傳輸速率（也就是提高通信容

12、量）我們可以采用TDM把多路信號在同一個信道中分時傳輸。 可是， 通過深入研究我們就會發(fā)現(xiàn)一個問題， 假設(shè)要對120路 信號進行TDM， 根據(jù)PCM過程， 首先要在125s內(nèi)完成對120路話音信號的抽樣， 然后對120個樣點值分別進行量化和編碼。 這樣， 對每路信號的處理時間（抽樣、量化和編碼）不到1 s， 實際系統(tǒng)只有0.95 s（這種對120路話音信號直接編碼復用的方法， 稱為PCM復用）。 如果復用的信號路數(shù)再增加， 比如480路， 則每路信號的處理時間更短。 要在如此短暫的時間內(nèi)完成大路數(shù)信號的PCM復用， 尤其是要完成對數(shù)壓擴PCM編碼， 對電路及元器件的精度要求就很高， 在技術(shù)上實

13、現(xiàn)起來也比較困難。 因此， 對于一定路數(shù)的信號（比如 ）， 直接采用時分復用FDM是可行的， 但對于大路數(shù)的信號而言， PCM復用在理論上是可行的， 而實際上難以實現(xiàn)。 那么我們自然就會提出一個問題， 如何實現(xiàn)大路數(shù)信號的多路復用呢？或者說， 如何利用分時傳輸提高通信系統(tǒng)的通信容量或線路利用率？數(shù)字復接是解決這一問題的“良方”。 我們首先給出數(shù)字復接的定義： 數(shù)字復接就是指將兩個或多個低速數(shù)字流合并成一個高速率數(shù)字流的過程、 方法或技術(shù)。 它是提高線路利用率的一種有效方法， 也是實現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)字通信網(wǎng)的基礎(chǔ)。 比如對30路 進行PCM復用（采用8位編碼）后， 通信系統(tǒng)的信息傳輸速率為8000832

14、2048 kb/s， 即形成速率2048 kb/s的數(shù)字流（比特流）。 現(xiàn)在要對 120 路 進行時分復用， 即把4個這樣的2048 kb/s的數(shù)字流合成為一個高速數(shù)字流， 就必須采用數(shù)字復接技術(shù)才能完成。 5.1.2 數(shù)字比特系列與復接等級 根據(jù)不同傳輸介質(zhì)的傳輸能力和電路情況， 在數(shù)字通信中將數(shù)字流比特率劃分為不同等級， 其計量基本單元為一路PCM信號的比特率8000（Hz）8（bit）64 kb/s（零次群）。 復用設(shè)備按照給定比特率系列劃分為不同的等級， 在各個數(shù)字復用等級上的復用設(shè)備就是將數(shù)個低等級比特率的信號源復接成一個高等級比特率的數(shù)字信號。 在國際上， CCITT為了便于國際通

15、信的發(fā)展， 推薦了兩類群路比特率系列和數(shù)字復接等級。 兩類數(shù)字速率系列和數(shù)字復接等級如表5 - 1和圖5 - 1所示。 表51 兩種數(shù)字系列速率 圖51 數(shù)字復接等級示意圖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系列復接等級64 kb/s 北美和日本采用的系列和相應(yīng)數(shù)字復北美和日本采用的系列和相應(yīng)數(shù)字復接等級是（基群）、（二次群）等，簡稱為系接等級是（基群）、（二次群）等，簡稱為系列。歐洲各

16、國和我國都采用的系列和相應(yīng)數(shù)字列。歐洲各國和我國都采用的系列和相應(yīng)數(shù)字復接等級是復接等級是2.048Mb/s（基群）、（二（基群）、（二次群）等，即所謂的次群）等，即所謂的2M系列。系列。 CCITT建議中大多數(shù)都是逐級復建議中大多數(shù)都是逐級復接，即采用接，即采用N（N+1）方式復接等級。比如）方式復接等級。比如二次群復接為三次群（二次群復接為三次群（N=2），三次群復接為），三次群復接為四次群（四次群（N=3）。也有采用）。也有采用N（N+2）方式）方式復接，比如由二次群直接復接為四次群復接，比如由二次群直接復接為四次群（N=2）。）。 采用采用2Mb/s基群數(shù)字速率系列和復接基群數(shù)字速率系

17、列和復接等級具有如下一些好處：等級具有如下一些好處： (1)復接性能好，對傳輸數(shù)字信號結(jié)復接性能好，對傳輸數(shù)字信號結(jié)構(gòu)沒有任何限制，即比特獨立性較好；構(gòu)沒有任何限制，即比特獨立性較好； (2)信令通道容量大；信令通道容量大； (3)同步電路搜捕性能較好（同步碼同步電路搜捕性能較好（同步碼集中插入）；集中插入）； (4 )復 接 方 式 靈 活 ， 可 采 用復 接 方 式 靈 活 ， 可 采 用 N （N+1）和）和N（N+2）兩種方式復接；）兩種方式復接； (5)2Mb/s系列的幀結(jié)構(gòu)與數(shù)字交系列的幀結(jié)構(gòu)與數(shù)字交換用的幀結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，便于向數(shù)字交換統(tǒng)一換用的幀結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，便于向數(shù)字交換統(tǒng)一

18、化方向發(fā)展?；较虬l(fā)展。 數(shù)字復接的原理與分類數(shù)字復接的原理與分類 數(shù)字復接系統(tǒng)主要由數(shù)字復接器和分數(shù)字復接系統(tǒng)主要由數(shù)字復接器和分接器組成。復接器是把兩個或兩個以上的支路接器組成。復接器是把兩個或兩個以上的支路（低次群）按時分復用方式合并成一個單一的（低次群）按時分復用方式合并成一個單一的高次群，其設(shè)備由定時、碼速調(diào)整和復接單元高次群，其設(shè)備由定時、碼速調(diào)整和復接單元等組成；分接器的功能是把已合路的高次群數(shù)等組成；分接器的功能是把已合路的高次群數(shù)字信號分解成原來的低次群數(shù)字信號，它是由字信號分解成原來的低次群數(shù)字信號，它是由同步、定時和碼速恢復等單元組成同步、定時和碼速恢復等單元組成,系統(tǒng)框

19、圖系統(tǒng)框圖見圖見圖53。圖53 數(shù)字復接系統(tǒng)框圖 定時碼速調(diào)整復接定時恢復分接同步復接器分接器高次群外時鐘(1)(2)(3)(4)支路低次群(1)(2)(3)(4)支路低次群 復接器在各支路數(shù)字信號復接之前需復接器在各支路數(shù)字信號復接之前需要進行碼速調(diào)整，即對各輸入支路數(shù)字信號進要進行碼速調(diào)整，即對各輸入支路數(shù)字信號進行頻率和相位調(diào)整，使其各支路輸入碼流速率行頻率和相位調(diào)整，使其各支路輸入碼流速率彼此同步并與復接器的定時信號同步后，復接彼此同步并與復接器的定時信號同步后，復接器方可將低次群碼流復接成高次群碼流。由此器方可將低次群碼流復接成高次群碼流。由此可得出如下復接條件：被復接的各支路數(shù)字信

20、可得出如下復接條件：被復接的各支路數(shù)字信號彼此之間必須同步并與復接器的定時信號同號彼此之間必須同步并與復接器的定時信號同步方可復接。根據(jù)此條件劃分的復接方式可分步方可復接。根據(jù)此條件劃分的復接方式可分為：同步復接、異源（準同步）復接、異步復為：同步復接、異源（準同步）復接、異步復接三種。接三種。 (1)同步復接。被復接的各輸入支路之同步復接。被復接的各輸入支路之間，以及同復接器之間均是同步的，此時復接間，以及同復接器之間均是同步的，此時復接器便可直接將低支路數(shù)字信號復接成高速的數(shù)器便可直接將低支路數(shù)字信號復接成高速的數(shù)字信號。這種復接就稱為同步復接。由此可見，字信號。這種復接就稱為同步復接。由此可見，這種復接方式無需進行碼速調(diào)整、有時只需進這種復接方式無需進行碼速調(diào)整、有時只需進行相位調(diào)整或根本不需要任何調(diào)整便可復接。行相位