現(xiàn)代通信原理(08)

1、1 現(xiàn)代通信原理 第八章 時分復用 2 單元概述單元概述 多路復用的目的是在一條信道上傳 輸多路信號，根據(jù)多路復用的方式不同， 可以分為頻分復用、時分復用、碼分復 用等。隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時分復用 得到最為廣泛的應用。 3 單元學習提綱單元學習提綱 （1）時分復用及系統(tǒng)構(gòu)成； （2）以PCM一次群為例，理解時分復用的 原理； （3）記住我國常用的時分復用數(shù)字速率系 列； （4）準同步時分復用與同步時分復用的區(qū) 別； （5）正碼速調(diào)整數(shù)字復接原理。 （6）置位同步法原理。 （7）捕捉時間的計算方法。 4 第八章 時分復用 經(jīng)過采樣、量化、編碼的信號，包括 PCM、ADPCM、M等，采用時分復用

2、的方式 進行傳輸。 5 第八章 時分復用 8.1時分復用TDM原理 頻分復用FDM是利用同一物理連接的不同 頻道來傳輸不同的信號，達到多路傳輸?shù)哪康摹?時分復用TDM是采用同一物理連接的不同 時段來傳輸不同的信號，也能達到多路傳輸?shù)?目的。 目前通信中常用的多路復用方式主要有以 下四種。 6 頻分復用方式（FDM，frequency division multiplex），包括光纖通信的波分復用(WDM)。 時分復用方式（TDM，time division multiplex ）， （1）同步時分復用如PDH，SDH等 （2）統(tǒng)計時分多路如IP、ATM等。 空分復用方式（SDM，space d

3、ivision multiplex ）。 如無線通信中(包括衛(wèi)星通信)的位置復用和有線通 信中的同纜多芯復用。 碼分復用方式（CDM，code division multiplex ）。 編碼發(fā)射相關(guān)接收技術(shù)。 7 多路復用示意圖 TDMA/FDD DS-CDMA FH-CDMA/TDMA FDMA Frequency Time Frequency Time Frequency Time Frequency Time Spread Spectrum Spread Spectrum 8 時分多路復用以時間作為信號分割的參量，故 必須使各路信號在時間軸上互不重疊。n路時分復用 系統(tǒng)的示意圖： 低

4、通 濾 波 器 1 低 通 濾 波 器 2 低 通 濾 波 器 n 1 低 通 濾 波 器 n 基 帶 信 號 m 1(t) m 2(t) m n -1(t) m n(t) 信 道 m 1 m m n -1 m n 發(fā) 送 端 接 收 端 圖 6-4 時 分 復 用 系 統(tǒng) 示 意 圖 (t) (t) (t) (t) 9 TDM方式的優(yōu)點（相對與FDM） 1、多路信號的匯合和分路都是數(shù)字電路， 比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠。 2、信道的非線性在FDM中產(chǎn)生交調(diào)和高次 諧波，嚴重干擾信號的傳輸。 10 TDM方式目前又分為以下兩種 同步時分復用系統(tǒng)（分兩類）： 1、準同步系列PDH(用于公

5、共電話網(wǎng)PSTN）。 2、同步系列SDH（用于光纖通信等骨干網(wǎng)絡(luò)） 統(tǒng)計時分復用系統(tǒng)（分兩類）： 1、虛電路方式（如，X.25、幀中繼、ATM）。 2、數(shù)據(jù)報方式（如TCP/IP） 11 PSTN系統(tǒng)目前采用PDH和SDH結(jié)合的方式，在 小用戶接入及交換采用PCM/PDH，核心骨干網(wǎng)絡(luò)采 用SDH。 1、基于A律壓縮的30/32路PCM系統(tǒng)（歐洲標準， 用于歐洲、中國、俄羅斯等）。 2、基于u律壓縮的24路PCM系統(tǒng)（美洲標準， 用于北美、日本、臺灣等） 12 準同步數(shù)字復接系列準同步數(shù)字復接系列PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy) DS/CEPT 級級

6、別別北北美美(T-載載波波)日日本本(J-載載波波)歐歐洲洲(E-載載波波)中中國國(E-載載波波) DS-0 / CEPT-064Kbps64Kbps64Kbps64Kbps DS-1 / CEPT-1 一次群(基群) 24 路 T1 1.544Mbps 24 路 J1 1.544Mbps 30 路 E1 2.048Mbps 30 路 E1 2.048Mbps DS-1C 48 路 3.152Mbps DS-2 / CEPT-2 二次群 96 路 T2 6.312Mbps 96 路 J2 6.312Mbps 120 路 E2 8.448Mbps 120 路 E2 8.448Mbps DS-3

7、 / CEPT-3 三次群 672 路 T3 44.736Mbps 480 路 J3 32.064Mbps 480 路 E3 34.368Mbps 480 路 E3 34.368Mbps DS-3C 1344 路 91.053Mbps 1440 路 97.728Mbps DS-4 / CEPT-4 四次群 4032 路 T4 274.176Mbps 5760 路 J4 32.064Mbps 1920 路 E4 139.264Mbps 1920 路 E4 139.264Mbps CEPT-5 五次群 7680 路 E5 565.148Mbps 7680 路 E5 565.148Mbps DS -

8、 Digital Signal 數(shù)字信號業(yè)務 CEPT-Committee of European Post and Telecommunication 歐洲郵電委員會 (速率等級) 13 在某些新型的三層結(jié)構(gòu)寬帶傳輸網(wǎng)絡(luò)方案中， STM-1/STM-4 (155Mbps/622Mbps) 用于接入層 STM-16 (2.5Gbps) 用于匯接層 STM-64 (10Gbps) 用于核心層 14 SDHSDH一般復用結(jié)構(gòu)一般復用結(jié)構(gòu)( (協(xié)議協(xié)議) ) STM-N AUG AU-4 VC-4 VC-3 AU-3 TUG-3 TUG-2 TU-3 TU-2 TU-12 TU-11 VC-11 V

9、C-12 VC-2 VC-3 C-4 C-3 C-2 C-12 C-11 139264Kbps 44736Kbps 34368Kbps 6312Kbps 2048Kbps 1544Kbps 圖 6-24 SDH 的一般復用結(jié)構(gòu) 復用 定位校準 映射 指針處理 15 8.2 PCM基群幀結(jié)構(gòu) 采用TDM的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國際上已建 立起標準.原則上是先把一定路數(shù)的電話復合成 一個標準數(shù)據(jù)流(稱為基群)，基群數(shù)據(jù)流的構(gòu) 造結(jié)構(gòu)稱為基群幀。 把基群數(shù)據(jù)流采用同步(SDH)或準同步數(shù) 字復接技術(shù)匯合成更高速的數(shù)據(jù)(稱為高次群)， 高次群的復接結(jié)構(gòu)稱為高次群的復接幀。 對幀的研究是時分復用系統(tǒng)研究的重點

10、， 相當于對頻分復用系統(tǒng)中頻道的研究。 16 E1幀結(jié)構(gòu) 17 q幀結(jié)構(gòu) w 幀長：125s（256bits）1個抽樣周期 w 32個時隙 w 每時隙8bit（3.9s12532） w 每比特時長0.488s125256 w TS0：幀同步、告警， 幀同步序列為0011011，在偶數(shù)幀傳送。 奇數(shù)幀的第2比特固定為1。 w TS16：控制信令（在復幀結(jié)構(gòu)下分配使用） w TS1TS15和TS17TS31共30個時隙傳送30路話 音或數(shù)據(jù)。 18 q復幀結(jié)構(gòu) 由16個幀組成，幀長2ms。 采用共路信令方式，將16個幀的TS16集中起來 使用，傳送信令，本路信令與本路話不在一個 時隙里傳送。 若復

11、幀中包含F(xiàn)0、F1F15共16個幀， F0的TS16傳送復幀同步和備用比特。 F1的TS16傳送CH1和CH16的信令。 F2的TS16傳送CH2和CH17的信令。 F3的TS16傳送CH3和CH18的信令。 F15的TS16傳送CH15和CH30的信令。 19 基群幀與時隙（話路）關(guān)系圖 125 s 時隙和幀的關(guān)系 1時隙傳送 第1路話 2時隙傳送 第2路話 3時隙傳送 第3路話 16時隙 傳送信令 0時隙傳 送同步信號 20 E1基群幀的幀長和速率 1、共32個時隙（TS0用于傳同步字節(jié)，TS16用于 傳線路信令，其它30個時隙用于傳30路話）。 2、每時隙8比特（傳語音信號的一個采樣值）

12、， 每幀有32*8=256比特，即為幀長。 3、采樣頻率為8K，采樣周期為125us,即每幀必須 在125us之內(nèi)傳完，傳輸率為 256/125(bit/us)=2.048Mb/s 21 T1幀結(jié)構(gòu) q建議 G.733 q幀結(jié)構(gòu) w 幀長：125s（193bits）1個抽樣周期 w 24個時隙 w 每時隙8bit（5.18s（1258）193） w 每比特時長0.6477s（125193） w TS0TS23傳話音或數(shù)據(jù) w 最后1比特：幀同步（幀定位比特） w 1比特控制信令：從每個時隙周期性地借用 w 隨路信令方式，信令與話路在一個時隙里傳送。 22 TI幀結(jié)構(gòu) 數(shù)字復用系列 一次群（T1

13、）1.544Mb/s 24路 二次群（T24T1） 6.312Mb/s 96路 三次群（T37T2） 44.736Mb/s（美）672路 （T35T2） 32.064Mb/s（日） 480路 四次群（T46T3） 274.176Mb/s（美）4032路 （T43T3）97.728Mb/s（日） 1440路 23 每幀包含：每幀包含：2481(附加位附加位)193比特比特 其中第其中第193位用于幀同步位用于幀同步(01010101) 24 每條信道獲得 78000 56000bps 數(shù)據(jù)位 18000 8000bps 控制位 每次抽樣還有一附加位(用于幀同 步)。 每秒8000次對24路話音通

14、道依次采樣，產(chǎn)生7 個數(shù)據(jù)位和1個控制位。 T1載波的總數(shù)據(jù)率 24560002480008000 = 1.544Mbps 25 8.3 增量調(diào)制復用終端的幀結(jié)構(gòu) 這里介紹32路M終端的幀結(jié)構(gòu). 一、基幀 1、每路時隙的比特率為32kb/s。 2、每幀分32個時隙，每個時隙只有一個比特。 幀速率為32*32=1024kb/s。 3、每個時隙時寬為1/1024kb/s=0.976uS. 每幀時寬為0.976uS*32=31.232uS. 4、TS0為幀定位。 TS1為信令時隙。 TS2TS31為話路時隙。 26 27 0幀1幀2幀3幀4幀5幀6幀7幀 1*1備用1備用0備用 TSO時隙比特分配

15、28 0 0 0 0 1 Y Z 1 a b c da b c d 組2組31 復幀結(jié)構(gòu)TS1時隙的分配 組0組1 29 30 8.4 60路PCM-ADPCM變換編碼終端的幀結(jié)構(gòu) 對于PCM，A律30/32系統(tǒng)基群共傳送30路 話音，話音的每一個樣值用8位表示，比特率 為2048KB/S。 對于ADPCM，話音的每一個樣值用4位表 示，話路容量可以增加一倍。即在2048KB/S的 資源情況下，可以傳送60路話音，降低了每路 話的費用。 兩個30路話PCM碼流匯接成一個60路 ADPCM碼流的轉(zhuǎn)換器如下圖。 31 32 33 34 8比特時隙編號0123456789101112131415 時

16、隙的比特1-4 1A 1B 3A 3B 5A 5B 7A 7B 9A 9B11A 11B 13A 13B 15A 時隙的比特5-8 2A 2B 4A 4B 6A 6B 8A 8B 10A 10B 12A 12B 14A 14B 16A 8比特時隙編號 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25262728293031 時隙的比特1-4* 15B17A17B19A19B 21A21B 23A23B 25A 25B 27A 27B 29A 29B 時隙的比特5-8* 16B18A18B20A20B 22A22B 24A24B 26A 26B 28A 28B 30A 30B 用于60

17、個32kb/s信道的2048kb/s幀結(jié)構(gòu)的編排 35 36 12345678 0000X5X6X7X8 復幀中幀0的TS16的內(nèi)容 比特號 37 時隙16比特 編號12345678 時隙16比特 編號12345678 信令信道ab 信道ab 信道ab 信道ab信令信道ab 信道ab 信道ab 信道ab 幀11A2A15B16B幀99A10A23B24B 幀21B2B17A18A幀109B10B25A26A 幀33A4A17B18B幀1111A12A25B26B 幀43B4B19A20A幀1211B12B27A28A 幀55A6A19B20B幀1313A14A27B28B 幀65B6B21A2

18、2A幀1413B14B29A30A 幀77A8A21B22B幀1515A16A29B30B 幀87B8B23A24A 復幀中幀1到幀15的TS16內(nèi)容 38 8.5數(shù)字復接終端 在時分制的PCM通信系統(tǒng)中，為了擴大傳輸容 量，必須將基群信號復接成高次群信號。 目前SDH 五次群的比特率已經(jīng)達到565.148Mbps，可以容納 7680路話；SDH中STM-64已經(jīng)達到10Gbps，可以 容納12萬條話路。 抽樣定理確定了每幀長度不能長于125us。 傳輸路數(shù)越多，每路樣值8比特碼占用的時間 就越小，每個比特的時寬就越小，對應的頻寬（傳 輸速率）就越大。 39 一個樣值（8比特）占用的時寬 基群

19、：3.9us 二次群：0.997us 三次群： 0.023us 四次群： 0.0057us 40 8.5.1 數(shù)字復接原理 數(shù)字復接的基本概念： 把這種兩路或兩路以上的低速數(shù)字信號合 并成一路高速數(shù)字信號的過程稱為數(shù)字復接 數(shù)字復接原理： 將各支路數(shù)字脈沖變窄，將相位調(diào)整到合 適位置，并按一定的幀結(jié)構(gòu)間插排列起來。 41 數(shù)字復接系統(tǒng)包括數(shù)字復接器和數(shù)字分接 器兩大部分。 把兩路或兩路以上的支路數(shù)字信號按時分 復用方式合并成為一路數(shù)字信號的過程稱作數(shù) 字復接。 在傳輸線路的接收端把一個復合數(shù)字信號 分離成各分支信號的過程，稱為數(shù)字分接。 將數(shù)字復接器和數(shù)字分接器用于信道傳輸， 就構(gòu)成了數(shù)字復接

20、系統(tǒng) 42 數(shù)字復接系統(tǒng)包括三個主要部分：定時、碼速調(diào) 整、復接。 數(shù)字分接系統(tǒng)包括：同步分離、產(chǎn)生定時、分接、 支路碼速恢復。 定時 調(diào) 整 復 接 定時 分 接 恢 復 同 步 信道 支 路 圖6-16 數(shù)字復接系統(tǒng) 43 數(shù)字復接的分類 按復接中各支路信號的交織長度劃分 按位復接。按位復接每次只依次復接一 位碼。 按路復接。對PCM基群來說，一個路時隙 有8位碼。按路復接就是指每次按順序復 接8位碼。 按幀復接。按幀復接是指每次復接一個 支路的一幀數(shù)碼(一幀含有256個碼)。 44 數(shù)字復接的分類 從復接中各支路信號時鐘間的關(guān)系角度分 同步復接。如果被復接的各支路信號使用的 時鐘都是由一

21、個總時鐘提供的，為同步復接。 異步復接。如果各支路信號的時鐘并非來自 同一時鐘源，各信號之間不存在同步關(guān)系，稱 為異步復接。 準同步復接。如果各支路信號的時鐘由不同 的時鐘源提供，而這些時鐘源在一定的容差范 圍內(nèi)為標稱相等情況，對應的復接稱為準同步 復接。 45 下圖分別表示了4路PCM 30/32基群按位復接和 按字復接成PCM二次群的情形。 C H 1( 第 1 路 ) 11111000 P C M 3 0 / 3 2 基 群 ( 1 ) P C M 3 0 / 3 2 基 群 ( 2 ) P C M 3 0 / 3 2 基 群 ( 3 ) P C M 3 0 / 3 2 基 群 ( 4

22、) P C M 3 0 / 3 2 基 群 ( 1 ) ( a ) 一 次 群 ( 基 群 ) ( b ) 二 次 群 ( 按 位 數(shù) 字 復 接 ) ( c ) 二 次 群 ( 按 字 數(shù) 字 復 接 ) 圖6 - 1 7 按 位 復 接 、 按 字 復 接 示 意 圖 P C M3 0 /3 2 ( 1 ) C H 1 1 1 1 1 0 1 0 1 1 0 0 1 1 1 1 0 0 1 1 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 0 1 1 1 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 1 1 1 0 1 0 1 1 46 直接復接不同

23、步的低次群會產(chǎn)生重復和錯位， 如圖所示 低次群(1) 低次群(2)時延 合 成 AfL1慢 B B C fL2快 A B C 重疊 錯位 圖 6-18 數(shù)碼率不同的低次群復接示意圖 47 準同步數(shù)字復用系列PDH (Plesiochronous Digital Hierarchg) 二次群 復用設(shè)備 1 2 3 4 一次群 30信道 2.048Mbit/s 三次群 復用設(shè)備 1 2 3 4 二次群 120信道 8.448Mbit/s 四次群 復用設(shè)備 1 2 3 4 四次群 1920信道 139.264Mbit/s 30/32路PCM數(shù)字復用系列 二次群 復用設(shè)備 1 2 3 4 一次群 24

24、信道 1.544Mbit/s 三次群 復用設(shè)備 1 7 3 二次群 96信道 6.312Mbit/s 三次群 672信道 44.736Mbit/s 三次群 480信道 34.368Mbit/s 24路PCM數(shù)字復用系列（美國） 四次群 復用設(shè)備 1 6 四次群 4032信道 274.176 Mbit/s 48 PDH的復接業(yè)務 49 8.5.2 正碼速調(diào)整復接器 準同步復接的碼速調(diào)整方式可分為： 正碼速調(diào)整 正/負碼速調(diào)整 正/零/負碼速調(diào)整 其中正碼速調(diào)整的應用最為普遍。 50 51 52 53 每個被復接的基群支路的復接幀同步碼、業(yè) 務碼、插入碼(作調(diào)整碼速用)、插入標志碼以及 信息碼的安

25、排如圖所示 54 55 56 四個基群調(diào)速幀212比特，按位復接成二次 群復接幀848比特的幀結(jié)構(gòu)如圖所示 57 58 表6-3給出了三次群和三次群的幀結(jié)構(gòu)。 表 6-3 PCM 三、四次群幀結(jié)構(gòu) 三 次 群四 次 群 復接數(shù)碼率(Kbps) 支路數(shù)碼率(Kbps) 支路數(shù) 34368 8448 4 139264 34368 4 幀同步碼組 告警指示 國內(nèi)備用 信息碼 組 1111010000 11 12 13384 組 1111010000 13 1416 17488 塞入標志碼 信息碼 組 14 5384 組 14 5488 塞入標志碼 塞入脈沖碼 信息碼 組 14 58 9384 組 14 58 9488 幀長(bit) 幀周期(s) 1536 44.69 2928 21.01 59 同步數(shù)字復用系列SDH (Synchronous Digital Hierarchg) SDH的缺點 （1）國際標準不統(tǒng)一，不利于網(wǎng)絡(luò)互通。 （2）數(shù)字復接分接復雜。由于采用正碼速調(diào)整的異 步復用方式，很難從高次群中提取低次群信號。 （3）沒有世界性的標準光接口，已經(jīng)不能滿足光纖 通信高速、大容量的要求。 （4）供網(wǎng)絡(luò)