数字通信原理XXXX-第4章时分多路复用及PCM30-32路系统.pdf

1/51 课程内容 第第1 1章章 绪论绪论 第第2 2章章 语音信号编码语音信号编码-脉冲编码调制脉冲编码调制PCMPCM 第第3 3章章 语声信号压缩编码语声信号压缩编码 第第4 4章章 时分多路复用及时分多路复用及PCM30/32PCM30/32路系统路系统 第第5 5章章 数字信号复接数字信号复接PDHPDH和和SDHSDH 第第6 6章章 数字信号传输数字信号传输 第第7 7章章 差错控制理论差错控制理论 2/51 3.1 3.1 时分多路复用通信概念时分多路复用通信概念 3.2 3.2 PCM30/32PCM30/32路系统帧结构路系统帧结构 3.3 3.3 PCM30/32PCM30/32路系统的构成路系统的构成 3.4 3.4 PCM30/32PCM30/32路系统接口标准路系统接口标准 第第3 3章章 时分多路复用及时分多路复用及PCM30/32PCM30/32路系统路系统 3/51 3.1 3.1 时分多路复用通信概念时分多路复用通信概念 3.1.13.1.1时分多路复用概念时分多路复用概念 概念概念：利用多路信号在：利用多路信号在信道上占用信道上占用不同时间间不同时间间隔隔的特征来分开各路信的特征来分开各路信号，每路占用的时间间号，每路占用的时间间隔称为隔称为路时隙路时隙，简称，简称时时隙隙。时分复用示意图时分复用示意图 4/51 时分复用系统示意图时分复用系统示意图 正常工作条件：正常工作条件：两开关必须两开关必须同频同相同频同相（转速、起始位置（转速、起始位置相同）。相同）。术语术语：收、发端保持：收、发端保持同步同步。5/51 3 3路路PCMPCM时分复用系统组成时分复用系统组成 LP1LP2LP2123m1(t)m2(t)m3(t)保持量化编码信道抽样合路低通滤波m1s(t)m2s(t)m3s(t)sT1(t)sT2(t)sT3(t)LP1LP2LP2m1(t)m2(t)m3(t)解码分路低通滤波m1s(t)m2s(t)m3s(t)sT1(t)sT2(t)sT3(t)3.1.2 PCM时分多路通信系统的组成 以以3 3路复用为例路复用为例，说明说明PCMPCM时分多路通信系统的组成时分多路通信系统的组成。6/51 7/51 工作原理：1 1抗干扰抗干扰，低通滤波低通滤波，截止截止3 3.4 4kHzkHz。2 2采样周期采样周期T=T=125125s,s,fs s=80008000Hz,SHz,ST T为抽样脉冲为抽样脉冲，各路各路依次错开依次错开，各路抽样信号在时间上分开各路抽样信号在时间上分开，实现多路实现多路复用复用。3 3编码需要时间编码需要时间，为了保证编码精度为了保证编码精度，展宽多路抽展宽多路抽样值到整个时隙样值到整个时隙，将和路信号将和路信号PAMPAM送保持单元送保持单元。4 4经过量化成为经过量化成为PCMPCM信号信号，一路一路PCMPCM信号信号（码字码字）占占用一个路时隙用一个路时隙。5 5解码还原和路解码还原和路PAMPAM信号信号，有量化误差有量化误差，一路码字到一路码字到齐后开始解码齐后开始解码，有延迟有延迟。6.6.分路、低通滤波重新恢复各路原始话音信号。分路、低通滤波重新恢复各路原始话音信号。8/51 推广推广N N路路：PCMPCM3030/3232路系统路系统、PCMPCM2424路系统路系统。几个基本概念：几个基本概念：帧帧：重复出现的数字图案；帧周期就是各路信号的重复出现的数字图案；帧周期就是各路信号的抽样周期抽样周期，t tF F=T=T重复出现的数字图样重复出现的数字图样 路时隙路时隙：合路合路PAMPAM信号每个样值所允许的时间信号每个样值所允许的时间，t tC C=T/N=T/N 位时隙位时隙：一个码元占用的时间，一个码元占用的时间，t tB B=t=tC C/l 123同同步步码码123同同步步码码ts(t)帧路路路路位帧9/51 3.1.3时分多路复用系统中的位同步与帧同步 1.帧同步的帧同步的概念概念 数字通信的同步：数字通信的同步：也称为定时，包括也称为定时，包括位位同步和同步和帧帧同步。同步。位同步位同步（码元同步、时钟同步）：是指收发两（码元同步、时钟同步）：是指收发两端时钟频率相等，相位一致。端时钟频率相等，相位一致。说明：位同步相当于开关旋转速度相同保证收说明：位同步相当于开关旋转速度相同保证收发两端设在指定时间协调一致地工作，能正确发两端设在指定时间协调一致地工作，能正确区分，接收每一路信号。区分，接收每一路信号。10/51 帧同步：帧同步：是指收发两端相应的话路在时间上对准，以是指收发两端相应的话路在时间上对准，以便接收端能够正确分路。便接收端能够正确分路。说明：说明：复用时多路信号构成一帧，并且附加帧起始复用时多路信号构成一帧，并且附加帧起始标志（帧同步码），以便接收端识别。每一帧内信标志（帧同步码），以便接收端识别。每一帧内信号位固定，若能识别出首尾，就可以正确区分每一号位固定，若能识别出首尾，就可以正确区分每一路信号，实现帧同步，相当于开关起始位置相同。路信号，实现帧同步，相当于开关起始位置相同。123同同步步码码123同同步步码码ts(t)帧路路路路位帧11/51 2.2.帧同步系统的工作原理帧同步系统的工作原理 作用：作用：同步码识别、同步调整同步码识别、同步调整 逐步移位法帧同步系统框图逐步移位法帧同步系统框图 PCM 入 T1CH CH1 T2 CH2 cp cp0 Tn CHn 时钟提取时钟提取 脉冲形成脉冲形成 同步识别同步识别 时隙时钟产生器 本地帧码产生器 分分 路路 解 码码 T01 2 3 4 5 6 7 8 9 10 PCM 入 T1CH CH1 T2 CH2 cp cp0 Tn CHn 时钟提取时钟提取 脉冲形成脉冲形成 同步识别同步识别 时隙时钟产生器 本地帧码产生器 分分 路路 解 码码 T013/51 设本地帧码比设本地帧码比PCM码流中的帧码提前码流中的帧码提前2bit出现，调整过程如下：出现，调整过程如下：第一次比较：收的第一次比较：收的 PCM码：码：1 0 0 1 1 0 本地帧码：本地帧码：1 0 0 1 1 0 1 1 经同步识别，发现码型不相同，本地帧码扣除经同步识别，发现码型不相同，本地帧码扣除8位，重发位，重发8位；位；第二次比较：收的第二次比较：收的 PCM码：码：1 0 0 1 1 0 1 本地帧码：本地帧码：1 0 0 1 1 0 1 1 经同步识别，发现码型不相同，本地帧码再扣除经同步识别，发现码型不相同，本地帧码再扣除8位，重发位，重发8位。位。调整两次，即可同步。调整两次，即可同步。14/51 3 3.帧同步系统的保护措施帧同步系统的保护措施 保护过程示意图保护过程示意图 1 1）帧同步系统的相关概念）帧同步系统的相关概念 假失步假失步：由于误码引起的失步；：由于误码引起的失步；假同步假同步：因信息码可能出现的与帧同步码型相同：因信息码可能出现的与帧同步码型相同的码组而误判的同步。的码组而误判的同步。15/51 前方保护的目的前方保护的目的：避免出现假失步。：避免出现假失步。后方保护目的后方保护目的：避免出现假同步。：避免出现假同步。保护过程示意图保护过程示意图 失步状态失步状态 同步状态同步状态 同步状态同步状态 前方保护时间前方保护时间 后方保护时间后方保护时间 同步捕捉时间同步捕捉时间 16/51 帧同步系统的要求：帧同步系统的要求：同步性能稳定，具有一定的抗干扰能力；同步性能稳定，具有一定的抗干扰能力；同步识别效果好；（同步识别效果好；（同步码组的长度要短同步码组的长度要短,效果好效果好)同步引入时间要短；同步引入时间要短；构成系统的电路简单构成系统的电路简单。4.帧同步系统的要求及有关问题的讨论帧同步系统的要求及有关问题的讨论 17/51 1）帧同步码的插入方式）帧同步码的插入方式 集中插入集中插入：如：如PCM30/32路系统路系统 分散插入分散插入：如：如PCM24路系统路系统 帧码帧码 帧码帧码 18/51 19/51 1.544Mb/ss/8000/bit)1824b帧帧（fPCM24路系统总的的数码率：路系统总的的数码率：20/51 2）帧码码型的选择）帧码码型的选择 帧码长度r的选择，需考虑以下几个因素。检定概率检定概率P P1 1：发帧码，正确收的概率，大好 漏检概率漏检概率P P2 2：发帧码，未检出的概率,小好,P1+P2=1 假同步概率假同步概率P P3 3：未发帧码,识别为帧码的概率，小好 非假同步概率非假同步概率P P4 4：未发帧码，收未识别为帧码概率,大好 P3+P4=1 出现的矛盾出现的矛盾：r r小，小，P P2 2小小，P P3 3大大 r r大，大，P2P2大，大，P3P3小小，同步码组太长，资源浪费，同步码组太长，资源浪费 解决此矛盾的方法：解决此矛盾的方法：（1）提供后方保护，提高帧同步系统的稳定性；（2）选取最佳同步码码型，如临界点为的码组。21/51 概念：概念：同步码邻接区同步码邻接区：长度为：长度为r r的帧码（同步码）码组，其的帧码（同步码）码组，其前后各长为前后各长为r r-1 1位码的区域称为位码的区域称为同步码邻接区同步码邻接区。临界点为的码组临界点为的码组：在帧同步码邻接区内无假帧码的：在帧同步码邻接区内无假帧码的码组。码组。同步码邻接区，同步码邻接区，r=7 22/51 3 3）帧同步码检出方式）帧同步码检出方式 逐位比较方式逐位比较方式 码型检出方式码型检出方式 ）同步引入方式）同步引入方式 逐步引入方式逐步引入方式 复位同步方式复位同步方式 23/51 3.2 3.2 PCM30/32PCM30/32路系统路系统 说明说明：PCM30/32PCM30/32路系统，复用路数路系统，复用路数n=32n=32，通常通常话音路数为话音路数为3030，另外两个时隙用于传送帧同步，另外两个时隙用于传送帧同步码和信令码。码和信令码。信令概念信令概念：信令是连接建立、拆除、控制及网信令是连接建立、拆除、控制及网管信息，分为时隙内管信息，分为时隙内/外信令，共路信令与随外信令，共路信令与随路信令。路信令。信令分类：信令分类：共路信令共路信令(CCS:Common Channel Signaling)是是多路信号共用一个信令信道，多路信号共用一个信令信道，随路信令随路信令(CAS:Channel Associated Signaling )是每是每路信号一个信令信道。路信号一个信令信道。24/51 信令的具体含义：信令的具体含义：25/51 话音信号话音信号8 8kHzkHz采样采样，PCMPCM帧周期帧周期125125ss。合理利用帧结构合理利用帧结构，将若干帧组成一个复帧将若干帧组成一个复帧。3.2.1 PCM30/32路系统帧结构路系统帧结构 16 1252mss s125s9.332125.基本帧结构基本帧结构 一个子帧含一个子帧含3232个时隙，个时隙，一个时隙宽度为一个时隙宽度为 一个时隙含一个时隙含8 8比特，比特间隔比特，比特间隔 s488.089.31 1复帧含复帧含1616个子帧，复帧周期个子帧，复帧周期 子帧周期为子帧周期为 26/51 F0F1F2F15TS0TS1TS2TS31TS151*0 0 1 1 0 1 11*1A11*1*1*1*1*偶帧奇帧信令留国际通信用或用于CRC校验 帧失步对告码 =1时告警 =0时正常 1路信令 16路信令帧同步码信息时隙帧码信息时隙0 0 0 0 1*A2 1*1*复帧码复 帧失步对告 a1b1c1d1 a16b16c16d1615路信令 30路信令a15b15c15d15 a30b30c30d30F0F1F15a1a2a3a4 a5a6a7a8PCM30/32路系统帧结构路系统帧结构 27/51 帧结构说明：帧结构说明：1.1.3030个话路时隙个话路时隙，TSTS1 1TSTS1515,TS,TS1717TSTS3232 2.2.帧同步时隙帧同步时隙TSTS0 0，分为偶帧分为偶帧、奇帧情况奇帧情况。奇帧时奇帧时第二位为第二位为“1 1”，此位用以区别奇此位用以区别奇/偶帧偶帧，A A1 1为为失步对告失步对告，A A1 1=0 0为同步为同步，A A1 1=1 1为失步为失步，其它位其它位传送其它信息传送其它信息。3.3.信令与复帧同步时隙信令与复帧同步时隙TSTS1616。信令信号抽样频率信令信号抽样频率500500HzHz，抽样周期抽样周期2 2msms，每隔每隔1616帧传一次帧传一次。4.4.1616帧为一复帧帧为一复帧，为使信令码对准为使信令码对准，需复帧同步需复帧同步，信令码不能出现信令码不能出现00000000，以免与复帧同步混淆以免与复帧同步混淆。28/51 例例1 根据根据PCM30/32路系统，填空路系统，填空 复帧周期=（）帧周期=（）路时隙周期=（）码元周期=（）1/8000=125us 125us16=2ms 125us/323.9us 3.9us/8488ns 29/51 例例2 根据根据PCM30/32路系统，求其数码率？路系统，求其数码率？PCM30/32路系统的数码率 fb=8000帧/s32时隙/帧8bit/时隙 =2.048106bit/s 例例3 根据根据PCM30/32路系统，求帧同步码数码率？路系统，求帧同步码数码率？PCM30/32路系统的路系统的帧同步码帧同步码数码率数码率 fb=500复帧复帧/s8时隙时隙/复帧复帧7bit/时隙时隙 =28kbit/s 30/51 练习：请计算练习：请计算PCM30/32系统的几个标准数据系统的几个标准数据:复帧周期复帧周期（ms）帧周期帧周期（s）帧长度（帧长度（bit）路时隙（路时隙（s）位时隙（位时隙（s）传码率传码率Rb 31/51 3.2.2 PCM30/323.2.2 PCM30/32路定时系统路定时系统 1.时钟系统时钟系统：用于产生帧、路、位等时钟信号的系统：用于产生帧、路、位等时钟信号的系统.2.2.时钟的作用时钟的作用 主时钟主时钟CPCP：用于产生各类定时脉冲的时钟源。：用于产生各类定时脉冲的时钟源。时隙脉冲时隙脉冲：TS0TS0、TS16TS16帧时隙脉冲用于帧码及信令码的帧时隙脉冲用于帧码及信令码的插入和分离。插入和分离。路脉冲路脉冲：CH1CH1 CH30CH30路脉冲用于抽样、合路和分路；路脉冲用于抽样、合路和分路；位脉冲位脉冲：D1D1 D8D8用于编码、译码。用于编码、译码。复帧脉冲复帧脉冲：复帧码、线路信令码的插入和分离。：复帧码、线路信令码的插入和分离。32/51 3.发端时钟系统发端时钟系统 PCM30/32路系统发端定时系统方框图：33/51 各种定时信号的作用及参数：各种定时信号的作用及参数：（1 1）时钟脉冲时钟脉冲 频率：频率：20482048kHzkHz 频率稳定度：频率稳定度：50501010-6 6，误差：误差：10102 2HzHz 占空比：占空比：50%50%，脉冲宽度：脉冲宽度：0.488/2=0.2440.488/2=0.244ss （2 2）位脉冲）位脉冲 用于编码、解码、产生路脉冲、帧同步码和标志信号用于编码、解码、产生路脉冲、帧同步码和标志信号码等码等;频率：频率：256256kHzkHz，8 8相，脉冲宽度：相，脉冲宽度：0.244 0.244 ss 34/51 时钟脉冲、位脉冲示意图 D1D2D3D4D5D6D7D8CP35/51(3)(3)路脉冲路脉冲 作用作用：（1 1）用于各话路信号抽样和分路用于各话路信号抽样和分路;（2 2）TSTS0 0、TSTS1616路时隙脉冲形成路时隙脉冲形成。频率：频率：8 8kHzkHz（抽样）宽度：抽样）宽度：0.488 0.488 ss4=1.95 s 4=1.95 s 4比特D1CPCHCPCHTS0CH1CH2CH304比特坐标缩小8倍4比特8比特36/51（4 4）路时隙与复帧脉冲）路时隙与复帧脉冲 时隙脉冲：时隙脉冲：TSTS0 0路时隙脉冲：路时隙脉冲：传送帧同步码传送帧同步码 TSTS1616路时隙脉冲：传送信令码路时隙脉冲：传送信令码 频率均为：频率均为：8 8kHzkHz，宽度均为：宽度均为：0 0.488488ss8 8=3 3.9191ss 8比特CH8TS04比特TS16CH308比特脉宽256比特F0周期2 ms复帧脉冲：传送复帧同步码复帧脉冲：传送复帧同步码，频率：频率：0 0.5 5kHz,kHz,1616相相，宽度：宽度：125125 ss 37/51 4.4.收端定时钟提取收端定时钟提取 说明：收端定时系统说明：收端定时系统没有没有主时钟源主时钟源(晶体振荡器晶体振荡器)，由时钟提取电路代替，由时钟提取电路代替，2.048MHz时钟产生位脉时钟产生位脉冲、路脉冲等方法同发端一样。冲、路脉冲等方法同发端一样。谐振槽提取定时钟的方框图谐振槽提取定时钟的方框图 问题：接收端如何获得同步时钟（问题：接收端如何获得同步时钟（2.048MHz)?2.048MHz)?38/51 3.2.3 PCM30/323.2.3 PCM30/32路帧同步系统路帧同步系统 位同步无法判别收到的信码是第几路信号的第几位同步无法判别收到的信码是第几路信号的第几 位码位码，须采用帧同步方法解决以下问题：须采用帧同步方法解决以下问题：分辨出哪分辨出哪8 8位是一个码字位是一个码字 码字属于哪一路码字属于哪一路 注意：注意：PCM30/32PCM30/32系统的帧同步是指子帧同步、复系统的帧同步是指子帧同步、复帧同步、帧同步、CRCCRC复帧同步。复帧同步。39/51 1 1)N N帧帧(偶偶)有同步码有同步码(1001101110011011),),第一位固定为第一位固定为1 1；2 2)N+N+1 1帧帧（奇奇）无同步码无同步码，第第2 2比特固定为；比特固定为；3 3)N+)N+2 2帧帧（偶偶）有同步码有同步码（1001101110011011）；则判断进入同步；则判断进入同步。如果以上如果以上3 3个条件均满足个条件均满足，则判帧同步系统进入同步状态则判帧同步系统进入同步状态。若条件不满足，则表示前一帧是伪同步，需重新捕捉。若条件不满足，则表示前一帧是伪同步，需重新捕捉。1.无无CRC校验时帧同步系统工作流程校验时帧同步系统工作流程 失步到同步的判别：失步到同步的判别：40/51 保护过程示意图保护过程示意图 失步状态失步状态 同步状态同步状态 同步状态同步状态 前方保护时间前方保护时间 后方保护时间后方保护时间 同步捕捉时间同步捕捉时间 复习：复习：前方保护的目的：避免出现假失步。前方保护的目的：避免出现假失步。后方保护的目的：避免出现假同步。后方保护的目的：避免出现假同步。41/51 A：同步态，：同步态，B：前方保护状态：前方保护状态 C：捕捉态：捕捉态 D：后方保护状态：后方保护状态 Ps：帧同步码，：帧同步码，Pc：收端本地帧同步：收端本地帧同步码码 帧同步系统工作流程图帧同步系统工作流程图 说明说明 42/51 无无CRC校验时校验时帧同步系统工帧同步系统工作流程。作流程。子帧前方保护时间：子帧前方保护时间：T T前前=（m m-1 1）TsTs Ts=250 sTs=250 s，G.732G.732规定：规定：m=3m=3 4 4 子帧后方保护时间：子帧后方保护时间：T T后后=（n n-1 1）T Ts s G G.732732规定：规定：n=n=2 2 A：同步态，：同步态，C：捕捉态：捕捉态 43/51 1.群路编译码系统群路编译码系统 2.2.单路编译码系统单路编译码系统 音频接口：话路接口和数据接口音频接口：话路接口和数据接口 组成组成 复接、分接单元复接、分接单元 信道接口单元（信道接口单元（2M接口盘）接口盘）3.3 3.3 PCM30/32PCM30/32路系统的构成路系统的构成 群路编译码系统群路编译码系统 45/51 单路编译码系统单路编译码系统 46/51 PCM30/32基群系统框图（附加基群系统框图（附加CRC校验）校验）47/51 20482048kbit/skbit/s电接口标准如下：电接口标准如下：1 1一般特性一般特性 比特率比特率20482048kbit/skbit/s，容差：容差：5050ppmppm（50501010-6 6）码型码型HDBHDB3 3码码 2 2输出口规范输出口规范 参见下页参见下页20482048kbit/skbit/s输出口规范表输出口规范表 3 3输入口规范输入口规范 包括允许衰减包括允许衰减、反射损耗反射损耗、抖动和漂移容限及抗抖动和漂移容限及抗扰能力扰能力。4 4外导体或屏蔽接地外导体或屏蔽接地 3.4 3.4 PCM30/32PCM30/32路系统接口标准路系统接口标准 48/51 49/51 2048kbit/s接口脉冲样板图接口脉冲样板图 50/51 第四章 结 束