数字电子电路第五章幻灯片.ppt

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1、数字电子电路第五章第1页，共90页，编辑于2022年，星期六第五章第五章 准同步数字体系（准同步数字体系（PDHPDH）第一节 时分多路复用通信第二节 PCM30/32路系统第三节 数字复接的基本概念 第四节 同步复接与异步复接 第五节 PCM零次群和PCM高次群第2页，共90页，编辑于2022年，星期六第一节第一节 时分多路复用通信时分多路复用通信一、时分多路复用的概念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.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。第3页，共90页，编辑于2

2、022年，星期六图3.1时分制示意图第4页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.2 时时分多路复用示意分多路复用示意图图第5页，共90页，编辑于2022年，星期六二、PCM时分多路通信系统的构成图图3.3 PCM时时分多路复用通信系分多路复用通信系统统的构成的构成第6页，共90页，编辑于2022年，星期六下面介绍几个基本概念：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）。第7页，共90页，编辑于2022年，星期六三、时分多路复用系

3、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。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。第8页，共90页，编辑于2022年，星期六四、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，以便正确分路。第9页，共90页，编辑于2022年，星期六2.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

4、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。第10页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.4逐步移位法同步逐步移位法同步电电路原理路原理图图第11页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.5逐步比逐步比较较移位移位过过程程说说明明第12页，共90页，编辑于2022年，星期六3.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3.6所示。第13页，共90页，编辑于20

5、22年，星期六图3.6 带有保护电路的同步系统框图第14页，共90页，编辑于2022年，星期六4.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。第15页，共90页，编辑于2022年，星期六(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：a.分散插入：r位同步码组分散地插入到信息码流中。b.集中插入：r位同步码组以集中的形式插入到信息码流中。这两种插入方式的示意图如图3.7所示。第16页，共90页，编辑

6、于2022年，星期六图3.7 同步码插入的两种方式第17页，共90页，编辑于2022年，星期六(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。第18页，共90页，编辑于2022年，星期六(4)同步捕捉方式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，比较常用的有两种方式：a.逐步移位捕捉方式b.复位式同步方式第19页，共9

7、0页，编辑于2022年，星期六图图3.8 复位式同步方式原理复位式同步方式原理图图第20页，共90页，编辑于2022年，星期六第二节第二节 PCM30/32 PCM30/32路系统路系统一、PCM30/32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。第21页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.9 PCM30/32路系路系统帧结统帧结构构第22页，共90页，编辑于2022年，星期六(1)30个话路时隙：TS1TS15，TS17T

8、S31(2)帧同步时隙：TS0(3)信令与复帧同步时隙：TS16第23页，共90页，编辑于2022年，星期六二、PCM30/32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。第24页，共90页，编辑于2022年，星期六1.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。第25页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.10 发发端端定定时时系系统统方方框框图图第26页，共90页，

9、编辑于2022年，星期六图图3.11 发发端端定定时时脉脉冲冲时时间间波波形形图图第27页，共90页，编辑于2022年，星期六(1)时钟脉冲时钟频率的频率稳定度一般要求小于5010-6，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。第28页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.12 由晶体震由晶体震荡荡器器组组成的成的时钟时钟脉冲脉冲发发生器生器第29页，共90页，编辑于2022年，星期六（2）位脉冲位脉冲用于编码、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

10、。（）路时隙与复帧脉冲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kHz，脉宽为比特，0.488s8=3.91s。第30页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.13 由由环环行行移移位位寄寄存存器器组组成成的的位位脉脉冲冲发发生生器器极极其其输输出出波波形形第31页，共90页，编辑于2022年，星期六2.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）。第32页，共90页，编辑于202

11、2年，星期六图图3.14 谐谐振槽提取定振槽提取定时钟时钟的方框的方框图图第33页，共90页，编辑于2022年，星期六三、PCM30/32路帧同步系统为此接收端要能完成以下功能：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。第34页，共90页，编辑于2022年，星期六1.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)前方保护前方保护是为了防止假失步。第35页，共90页，编辑于2022年，星期六(2

12、)后方保护后方保护是为防止伪同步。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第36页，共90页，编辑于2022年，星期六3.帧同步系统的工作原理(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3.15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。第37页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.15 帧帧同同步步系系统统工工作作流流程程图图第38页，共90页，编辑于2022年，星期六(2)帧同步系统方

13、框图及其工作原理 时标脉冲的产生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。第39页，共90页，编辑于2022年，星期六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TS0D8CP，即在偶帧TS0D8时间产生Pc。c.监视码时标Pm第40页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.16 一种一种帧帧同步系同步系统统方框方框图图第41页，共90页，编辑于2022年，星期六 帧同步码的检出检出电路由级移位寄存器与检出门组成。前、后方保护与捕捉系统是否同步，采用比较时标

14、Pc与帧同步时标Ps在时间上进行比较的方法。第42页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.17 帧帧同步同步码组检码组检出出第43页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.18帧帧同同步步系系统统的的时时间间图图第44页，共90页，编辑于2022年，星期六4.帧同步码型与长度在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。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：平均失步时间和误失步的平均时间间隔。第45页，共90页，编辑于2022年，星期六(1)平均失步时间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

15、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。(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。第46页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.19PCM 综综合合码码流流分分区区图图第47页，共90页，编辑于2022年，星期六四、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3.20为集中编码方式PCM30/32路系统方框图，图3.21为单片集成编解码器构成的PCM30/32路系统方框图。第48页，共90页，编辑于2022年，星期六图3.20

16、集中编码方式PCM30/32路系统方框图第49页，共90页，编辑于2022年，星期六图图3.21单单片集成片集成编编解解码码器构成的器构成的PCM30/32路系路系统统方框方框图图第50页，共90页，编辑于2022年，星期六第三节第三节 数字复接的基本概念数字复接的基本概念一、准同步数字体系（PDH）经ITU-T推荐,国际上主要有两大系列的准同步数字体系:PCM24路系列PCM3032路系列。第51页，共90页，编辑于2022年，星期六群号群号一次群一次群 二次群二次群 三次群三次群 四次群四次群码码速速率率(Mbps)1.544 6.312 32.064 97.728 路数路数24 96（4

17、）480（5）1440（5）群号群号一次群一次群 二次群二次群 三次群三次群 四次群四次群 五次群五次群码码速速率率(Mbps)2.048 8.448 34.368 139.264 564.992 路数路数30 120 480 1920 7680第52页，共90页，编辑于2022年，星期六这样的复接系列具有如下优点：（1）易于构成通信网，便于分支与插入，并具有较高的传输效率。复用倍数适中，多在35倍之间。（2）可视电话、电视信号以及频分制群信号能与某个高次群相适应。（3）与传输媒介，如对称电缆、同轴电缆、微波、波导、光纤等传输容量相匹配。第53页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.1

18、PCM复复接接体体制制第54页，共90页，编辑于2022年，星期六二、PCM复用和数字复接 扩大数字通信容量，形成二次群以上的高次群的方法通常有两种：PCM复用和数字复接。1.PCM复用 就是直接宽带模拟多路信号编码复用。2.数字复接 数字复接是将几个低次群在时间的空隙上迭加合成高次群。数字复接实质就是对多路数字信号进行时分复用，让不同的支路信号占用不同的时隙时间，在接收端再根据时间上的不同将信号分开，这一步骤叫分接，分接是复接的逆过程。第55页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.2 数字复接的原理示意数字复接的原理示意图图第56页，共90页，编辑于2022年，星期六三、数字复接的实现

19、数字复接的实现主要有三种方法：按位复接和按字复接、按帧复接。1.按位复接 按位复接是每次复接各低次群（也称为支路）的一位码形成高次群。2.按字复接 按字复接是每次复接各低次群（支路）的一个码字形成高次群。3.按帧复接 每路每次插入1个帧的复接方式，缓存大，极少用第57页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.3 按按位位复复接接与与按按字字复复接接示示意意图图第58页，共90页，编辑于2022年，星期六四、数字复接的同步 数字复接要解决两个问题：同步和复接 数字复接的同步指的是被复接的几个低次群的数码率相同。为此，在各低次群复接之前，必须使各低次群数码率互相同步，同时使其数码率符合高次群帧

20、结构的要求。数字复接的同步是系统与系统间的同步，因而也称之为系统同步。第59页，共90页，编辑于2022年，星期六图5.4数码率不同的低次群复接第60页，共90页，编辑于2022年，星期六五、数字复接的方法及系统构成1.数字复接的方法 数字复接的方法也就是数字复接同步的方法：同步时钟复接是用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（简称码速）统一在主时钟的频率上（使几个低次群系统达到同步的目的），可直接复接（复接前不必进行码速调整，但要码速变换）异步时钟复接是被复接各支路的码流的时钟不是出自同一时钟源。在复接之前必须将各支路码流调整到瞬时完全相等的数码中，这一过程即是

21、异步信号的同步化过程，方法有三种：滑动缓冲存储法；指针处理法；码速调整法。码速调整方法也有三种即正码速调整、正负码速调整、正零负码速调整。第61页，共90页，编辑于2022年，星期六2.数字复接系统的构成数字复接器的功能是把4个支路（低次群）合成一个高次群。数字分接器的功能是把高次群分解成原来的低次群，它是由定时、同步、分接和恢复等单元组成。第62页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.5 数字复接系数字复接系统统方框方框图图第63页，共90页，编辑于2022年，星期六第四节第四节 同步复接与异步复接同步复接与异步复接一、同步复接1.码速变换与恢复码速变换及恢复过程如图5.6所示。第64

22、页，共90页，编辑于2022年，星期六图5.6 码速变换及恢复过程第65页，共90页，编辑于2022年，星期六2.同步复接系统的构成二次群同步复接器和分接器的方框图如图5.7所示。在复接端，支路时钟和复接时钟来自同一个总时钟源，各支路码速率为2048kbits，且是严格相等的，经过缓冲存储器进行码速变换，以便复接时本支路码字与其他支路码字错开以及为插入附加码留下空位，复接合成电路把变换后的各支路码流合并在一起，并在所留空位插入包括帧同步码在内的附加码。第66页，共90页，编辑于2022年，星期六图5.7二次群同步复接、分接方框图第67页，共90页，编辑于2022年，星期六3.同步复接二次群帧结

23、构图图5.8 二次群同步复接的二次群同步复接的帧结帧结构构第68页，共90页，编辑于2022年，星期六二、异步复接1.码速调整与恢复码速调整是利用插入一些码元将各一次群的速率由2048kbits左右统一调整成2112kbits。接收端进行码速恢复，通过去掉插入的码元，将各一次群的速率由2112kbits还原成2048kbits左右。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。第69页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.9 正正码码速速调调整整电电路和路和码码速恢复速恢复电电路路第70页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.10 脉冲插入方式脉冲插入方式码码

24、速速调调整示意整示意图图第71页，共90页，编辑于2022年，星期六2.异步复接二次群帧结构ITU-T G.742推荐的正码速调整异步复接二次群帧结构如图5.11(b)所示。异步复接二次群的帧周期为10038s,帧长为848bit。其中有4205820bit（最少）为信息码（这里的信息码指的是四个一次群码速变换之前的码元，即不包括插入的码元），有28bit的插入码（最多）。第72页，共90页，编辑于2022年，星期六图5.11 异步复接二次群帧结构第73页，共90页，编辑于2022年，星期六3.异步复接系统的构成实现正码速调整异步复接和分接系统的方框图如图5.12所示。第74页，共90页，编辑

25、于2022年，星期六图5.12二次群异步复接和分接系统的方框图第75页，共90页，编辑于2022年，星期六4.复接抖动的产生与抑制在采用正码速调整的异步复接系统中，即使信道的信号没有抖动，复接器本身也产生一种抖动，即“插入抖动”的相位抖动。第76页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.13 扣除插入脉冲后的信号序列扣除插入脉冲后的信号序列图图5.14 锁锁相相环环方框方框图图第77页，共90页，编辑于2022年，星期六（1）由于扣除帧同步码而产生的抖动，有三位码被扣除，每帧抖动一次，由于帧周期约为100s，故其抖动频率为10kHz。（2）由于扣除插入标志码而产生的抖动。每帧有3个插入标志

26、码，再考虑到扣除帧码的影响，相当于每帧有四次扣除抖动，故其抖动频率为40kHz。第78页，共90页，编辑于2022年，星期六（3）扣除码速调整插入脉冲所产生的抖动，即指扣除第161位V脉冲所产生的抖动。由于锁相环具有对相位噪声的低通特性，经过锁相环后的剩余抖动仅为低频抖动成分。第79页，共90页，编辑于2022年，星期六第五节第五节PCMPCM零次群和零次群和PCMPCM高次群高次群一、PCM零次群PCM通信最基本的传送单位是64kbits，即一路话音的编码，因此它是零次的。第80页，共90页，编辑于2022年，星期六二、PCM子群速率介于64kbits和2048kbits之间的信号称为子群。

27、子群速率主要考虑到下列因素。（1）与某些传输介质相匹配。（2）与某些业务种类相匹配。（3）复接速率与其它等级相配合并有一定的规则性。PCM子群还可用于用户环路和小容量的特殊通信需要。第81页，共90页，编辑于2022年，星期六三、PCM高次群比二次群更高的等级有PCM三次群、四次群、五次群等，下面分别加以介绍。1.PCM三次群ITU-T G.751推荐的PCM三次群有480个话路，速率为34368Mbits。三次群的异步复接过程与二次群相似。第82页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.16异异步步复复接接三三次次群群帧帧结结构构第83页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.17P

28、CM三次群异步复接方框三次群异步复接方框图图第84页，共90页，编辑于2022年，星期六2.PCM四次群ITU-T G.751推荐的PCM四次群有1920个话路，速率为139.264Mbit/s。第85页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.18 异异步步复复接接四四次次群群帧帧结结构构第86页，共90页，编辑于2022年，星期六3.PCM五次群ITU-T G.922推荐的PCM五次群有7680个话路，速率为564992Mbits。异步复接五次群帧长度为2688bit，帧周期为2688bit/564.922Mbit/s4.76s，每帧的前12bit传五次群的帧同步码(1111101000

29、00)，第2305bit作为向对端设备发出的告警指示码，第23062308bit作为国内使用备用比特，另外，有4bit码速调整用插入码（V1V4），还有5420bit 插入标志码。第87页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.19 异异步步复复接接五五次次群群帧帧结结构构第88页，共90页，编辑于2022年，星期六4.高次群的接口码型其中一次群、二次群、三次群的接口码型是HDB3码，四次群的接口码型是CMI码。5.PDH的网络结构四次群的传输通常利用光纤、微波等信道进行频带传输，四次群信号需要通过光端机或微波设备（图中未画出）进行处理变换、调制等。第89页，共90页，编辑于2022年，星期六图图5.20 PDH的网的网络结络结构（一种构（一种应应用）用）第90页，共90页，编辑于2022年，星期六