北邮版 数字通信原理 第四章

21PCM30/32路系统时分多路复用通信2第四章时分多路复用及PCM30/32路系统4.1时分多路复用通信»4.1.1时分多路复用的概念•1.目前多路复用方法中用得最多的有两大类：频分多路复用（FDM）和时分多路复用(TDM)。2.•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。图4-1时分制示意图图4-2时分多路复用示意图抽样器和路器分路器要求：SA1、SA2同频同相，收发端严格同步»4.1.2PCM时分多路通信系统的构成图4-3PCM时分多路复用通信系统的构成低通：0.3~3.4kHz采样频率：fs=8kHz记忆一个路时隙并展宽几个基本概念•帧：抽样时各路信号每轮一次抽样的总时间（即开关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期（tF=T）。•路时隙：和路的PAM信号每个样值所允许的时间间隔(tC=T/n)•位时隙：1位码占用的时间（tB=tC/l）。»4.1.3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指定的时间协调一致地工作，也称为定时。•位同步就是码元同步、时钟同步。•所谓时钟同步是使收端的时钟频率与发端的时钟频率相同。»4.1.4时分多路复用系统中的帧同步»1.帧同步的概念•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，以便正确地解码；还要能分辨出这8位码是哪一个话路的，以便正确»2.•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；•调整装置的作用就是当收、发两端同步标志码位置不对应时，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。图4-4逐步移位法同步电路原理图图4-5逐步比较移位过程说明»3.帧同步系统中的保护电路•由前述工作原理可以知道，帧同步系统总是处于检测和比较状态，即使系统是正常同步工作状态也要进行检测和比较。加入保护电路的同步系统原理框图如图4-6捕捉时间：失步检出到重新回到同步的时间假失步：同步码误码引起误判失步假同步：失步后再捕捉过程中误把信息码当做同步码前方保护：避免假失步后方保护：避免假同步图4-6带有保护电路的同步系统框图前方保护？后方保护？»4.对帧同步系统的要求以及有关问题的讨论••（1）同步性能稳定，具有一定的抗•（2）•（3）•（4）构成系统的电路简单。•(1)帧同步码的选择使伪同步码出现的概率最小•(2)•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•a.分散插入：r位同步码组分散地插入到信•b.集中插入：r位同步码组以集中的形式插•这两种插入方式的示意图如图4-7所示。图4-7同步码插入的两种方式»(3)帧同步码的识别检出方式•a.逐位比较方式：接收端产生一组与发送端插入的帧同步码组相同的本地帧码，在识别电路中使本地帧码与接收的PCM序列码逐位进行比较。•b.码型检出方式：接收端设置一个移位寄存器，该寄存器的每级输出端的组合是按发送的帧同步码型设计的，当接收的PCM序列中帧同步码全部进入移存器时才能有识别检出脉冲。»(4)•同步捕捉方式是指系统失步时由失步指令控制调整的方式，比较常用的»a.逐步移位捕捉方式»b.复位式同步方式图3-8复位式同步方式原理图第二节PCM30/32路系统»4.2.1PCM30/32路系统帧结构•把与许多路有关的信令信息，以及诸如网路管理所需的其它信息，借助于地址码在单一信令信道上传输的方式称为共路信令。在话路内或在固定附属于该话路的信令信道内，传输该路所需的各种信令的方式称为随路信令。图4.9PCM30/32路系统帧结构•(1)30个话路时隙：TS1～TS15，TS17～TS31•(2)帧同步时隙：TS0,分奇偶帧偶帧：发送同步码奇帧：发送帧失步告警码•(3)信令与复帧同步时隙：TS16抽样频率500Hz，周期2ms，一路码长4bit；15帧传送30路的信令码+1帧传送复帧同步码和复帧对告码几个标准数据帧周期125us，帧长：32*8=256bit路时隙：tc=T/n=125/32=3.91us位时隙：tB=Tc/l=3.91/8=0.448us数据率：fB=1/tB=1/0.448us=2.048Mbps»4.2.2PCM30/32路定时系统•定时系统产生数字通信系统中所需要的各种•a.供抽样与分路用的抽样脉冲（也称为路脉•b.•c.»1.发端定时系统•此方框图主要由时钟脉冲发生器、位脉冲发生器、路脉冲发生器、TS0和TS16路时隙脉冲发生器以及复帧脉冲发生器等部分组成。图4.10发端定时系统方框图2048kHz8分频32分频16分频图3.11发端定时脉冲时间波形图»(1)时钟脉冲•时钟频率的频率稳定度一般要求小于50×10-6，即允许2048kHz的误差应在±100kHz以内，其占空比为50％，即脉冲宽度占重复周期的一半。图4.12由晶体震荡器组成的时钟脉冲发生器»（2）•位脉冲用于编码、解码以及产生路脉冲、帧同步码和标志信号码等。»（3）•路脉冲是用于各话路信号的抽样和分路以及TS0、TS16路时隙脉冲的形成等。»（４）•TS0路时隙脉冲用来传送帧同步码；TS16路时隙脉冲用来传送标志信号码。TS0、TS16路时隙脉冲的重复频率为８kHz，脉宽为８比特，0.488μs×8=3.91μs。图4.13由环行移位寄存器组成的位脉冲发生器极其输出波形»2.收端定时钟提取•接收端定时系统与发送端定时系统基本相同，不同之处是它没有主时钟源（晶体震荡器），而是由时钟提取电路代之。时分多路复用系统的一个重要问题是同步问题（即位同步、帧同步和复帧同步）。图4.14谐振槽提取定时钟的方框图»4.2.3PCM30/32路帧同步系统••a.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；•b.还要能分辨出每一个码字（8位码）是属•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•PCM30/32路系统的帧同步码是采用集中插入方式的。»2.前、后方保护»(1)•前方保护是为了防止假失步。•T前＝(m-1)Ts»(2)••PCM30/32路系统的同步捕捉方式是采用逐步移位捕捉方式。•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：•T后＝(n-1)Ts»3.»(1)帧同步系统的工作流程图•根据ITU-T的G.732建议画出如图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4.15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»①•本方案的帧同步系统共有三种时标脉冲，即读出时标脉冲Pr，比较时标脉冲Pc以及监视码时标脉冲Pm。•a.读出脉冲Pr•在同步系统中，首先要解决帧同步码的检出，而帧同步码检出应在规定时间完成。•b.比较时标Pc•在帧同步时，Pc＝偶帧·TS0·D8·CP，即在偶帧TS0D8时间产生Pc。•c.监视码时标Pm图4.16一种帧同步系统方框图»②帧同步码的检出•检出电路由８级移位寄存器与检出门组成。»③前、后方保护与捕捉•系统是否同步，采用比较时标Pc与帧同步时标Ps在时间上进行比较的方法。图4.17帧同步码组检出图4.18帧同步系统的时间图»4.•在PCM信码流中，不可避免地随机地形成与帧同步码相同的码组，即伪同步码组。•要求：伪同步概率小，码位数适当•7位，码型为0011011，集中插入方式图4.19PCM综合码流分区图»5.帧同步系统性能的近似分析•衡量帧同步系统性能的主要因素有：•平均失步时间•误失步的平均时间间隔。»(1)•平均失步时间是指帧同步系统真正失步开始到确认帧同步业已建立所需要的时间。它包括失步检出、捕捉、校核三段时间。其中捕捉和失步检出时间是主要的。为帧同步码位数前方保护计数lTsmpmml,)21(p:m1»(2)误失步平均时间间隔•误失步平均时间间隔是帧同步系统可靠性的指标，希望误失步平均时间间隔越长越好。帧同步码位数误码率前方保护方保)(::：误失步,lPemlPTTmes年例：误失步2300010250,7,10,3113.7)710(10250)(6366slPTTusTslPemmes»四、PCM30/32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路系统方框图图4.21单片集成编解码器构成的PCM30/32路系统方框图