第3章 时分多路复用及PCM30/32路系统 时分多路复用通信 3.1 PCM30/32路系统 3.2

本章对时分多路复用的基本概念、PCM30/32路系统的帧结构、定时系统、帧同步系统的工作原理及PCM30/32路的系统构成进行了详细介绍。

3.1 时分多路复用通信 3.1.1 时分多路复用的概念 1．多路复用的概念 3.1 时分多路复用通信 3.1.1 时分多路复用的概念 1．多路复用的概念 为了提高通信信道的利用率，使信号沿同一信道传输而不互相干扰，这种通信方式称为多路复用。

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）。 频分多路复用方式用于模拟通信；时分多路通信方式用于数字通信，例如PCM通信。

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。

3.1.2 PCM时分多路通信系统的构成 PCM时分多路复用通信系统的构成如图3-2所示。 为简化起见只绘出3路信号复用情况。

图3-2 PCM时分多路复用系统的构成

为了避免抽样后的PAM信号产生折叠噪声，各路话音信号需首先经过一个低通滤波器（LP），此低通滤波器的截止频率为3 为了避免抽样后的PAM信号产生折叠噪声，各路话音信号需首先经过一个低通滤波器（LP），此低通滤波器的截止频率为3.4kHz，这样各路话音信号的频率就被限制在 ∽ 之内，高于 的信号频率不会通过。

抽样时，各路抽样脉冲出现的时刻依次错后，抽样后各路话音信号的抽样值在时间上是分开的，从而达到了多个话路和路的目的。

抽样之后要进行编码，由于编码需要一定的时间，为了保证编码的精度，要求将各路抽样值进行展宽并占满整个时隙。

为此要将和路后的PAM信号送到保持电路，该保持电路将每一个样值记忆一个路时隙的时间，进行展宽，然后经过量化编码变成PCM信码，每一路的码字依次占用一个路时隙。

在接收端，经过解码将多路信号还原成和路的PAM信号（假设忽略量化误差）。

最后通过分路门电路将和路的PAM信号分开，并分配至相应的各路中去，即分成各路的PAM信号。 各路信号再经过低通重建，最终近似的恢复为原始话音信号。

在实际应用中，复用路数是 路，道理是一样的。 另外发端的 个抽样门通常用一个旋转开关 来实现；收端的 个分路门用旋转开关 来实现。如图3-4所示。

图3-4 路时分复用示意图

几个基本概念： 1帧——抽样时各路信号每轮一次的总时间（即开关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期（ ）。 路时隙——是和路的PAM信号每个样值所允许的时间间隔（ ）。 位时隙——1位码占用的时间（ ）。

3.1.3 时分多路复用系统中的位同步 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。 时钟同步可保证收端正确识别每一位码元（所以时钟同步也叫位同步）。 这相当于图3-4中收、发两端的高速旋转开关 和 速度相同。

3.1.4 时分多路复用系统中的帧同步 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，以便正确的解码；还要能分辨出这8位码是哪一个话路以便正确分路，即在接收端正确接收每一路信号。

这相当于收、发两端的高速电子开关 ， 的旋转起始位置相同。

3.2 PCM30/32路系统 3.2.1 PCM30/32路系统帧结构 PCM30/32系统的帧周期是125 s，每一帧由32个时隙组成，每个时隙对应1个样值，1个样值编8位码。

图3-10 PCM30/32路系统帧结构

1．30个话路时隙： ∽ ， ∽ ∽ 分别传送第1∽15路（ ∽ ）话音信号， ∽ 分别传送第16∽30路（ ∽ ）话音信号。

2．帧同步时隙： 偶帧 ：发送帧同步码0011011（用于实现帧同步）。偶帧 中的8位码中第一位码保留给国际用，暂定为1，后7位为帧同步码。 奇帧 ：发送帧失步告警码（配合帧同步码实现帧同步）。

3．信令与复帧同步时隙： 信令信号的抽样频率取为 ，即其抽样周期为 ，而且信令信号抽样后只编4位码。

16个帧合起来称为一个复帧（ ∽ ）。 为了保证收端、发端各路信令码在时间上对准，每个复帧需要送出一个复帧同步码，以保证复帧得到同步。复帧同步码安排在 帧的 时隙中的前4位，码型为{0000}。

信令码{a，b，c，d}不能同时编为0000码，否则就与复帧同步码相同，而无法与复帧同步码区别开，影响复帧同步。

PCM30/32路系统几个标准数据： 帧周期 ，帧长度 比特。 路时隙 位时隙 数码率

3.2.2 PCM30/32路定时系统 定时系统产生的脉冲主要有： 供抽样与分路用的抽样脉冲（也称为路脉冲）； 供编码与解码用的位脉冲； 供标志信号用的复帧脉冲等。

定时系统包括发端定时和收端定时两种，前者为主动式，后者为从属式。

1．发端定时系统 图3-11 发端定时系统方框图

2．收端定时系统 接收端为正确判决或识别每一个码元，要求抽样判决脉冲与接收信码频率相同、相位对准，而抽样判决脉冲是由时钟微分得到的，所以要求收端时钟与接收信码同频、同相。

为了满足对收端时钟的要求，也就是为了实现位同步，在PCM通信系统中，收端时钟的获得采用了定时钟提取的方式，即从接收到的信息码流中提取时钟成份。

收端采用定时钟提取的方式获得时钟，即可作到收端时钟与发端时钟频率完全相同，且与接收信码同频、同相，也就相当于已经实现了位同步。

3.2.3 PCM30/32路帧同步系统 1．PCM30/32路系统帧同步的实现方法

2．前、后方保护 （1）前方保护 由于信道误码使同步码误成非同步码称为假失步。

前方保护是为了防止假失步的不利影响。 具体为：当连续 次（ 称为前方保护计数）检测不出同步码后，才判为系统真正失步，而立即进入捕捉状态，开始捕捉同步码。

从第一个帧同步码丢失起到帧同步系统进入捕捉状态为止的这段时间称为前方保护时间，可表示为： （3-1）

其中 ，为一个同步帧（同步帧等于两个帧）时间。CCITT的G.732建议规定 =3∽4。

（2）后方保护 由于信道误码使信息码误成同步码称为伪同步。 后方保护是为了防止伪同步的不利影响。

具体为：即在捕捉帧同步码的过程中，只要在连续捕捉到 （ 为后方保护计数）次帧同步码后，才能认为系统已真正恢复到了同步状态。

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： （3-2）

CCITT的G.732建议规定 =2。即帧同步系统进入捕捉状态后在捕捉过程中，如果捕捉到的帧同步码组具有以下规律：

① 第N帧（偶帧）有帧同步码； ② 第N+1帧（奇帧）无帧同步码，而有对端告警码； ③ 第N+2帧（偶帧）有帧同步码。 则判为帧同步系统进入帧同步状态，这时帧同步系统已完成同步恢复。

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CCITT的G.732建议画出如图3-16所示的帧同步系统工作流程图。

图3-16 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。 图中 为帧同步码标志； 为收端产生的比较标志。

4．帧同步码型与长度 在选择帧同步码组结构时，要考虑由于信息码而产生伪同步码的概率越小越好。

如果增加帧同步码组的码位数，可使伪同步码组出现的机会减少；但是码位数过多，将减少有效通信容量，而使信道利用率下降。

综合考虑后，CCITT规定PCM30/32系统帧同步码位为7位，码型采用{0011011}。

3.2.4 PCM30/32路系统的构成 图3-21 集中编码方式PCM30/32路系统方框图

PCM30/32路系统工作过程简述如下：用户话音信号的发与收是采用二线制传输，但端机的发送支路与接收支路是分开的，即发与收是采用四线制传输的。

因此用户的话音信号需要经过2/4线变换的差动变量器，经1 2端送入PCM系统的发送端。

差动变量器1 2端与4 1端的传输衰减要求越小越好，但4 2端的衰减要求越大越好，以防止通路振鸣。

话音信号再经过放大（调节话音电平）、低通滤波（限制话音频带，防止折叠噪声的产生）、抽样和路及编码。

编码后的信息码与帧同步码、信令码（包括复帧同步码）在汇总电路中按各自规定的时隙进行汇总，最后经码型变换电路变换成适合于信道传输的码型送往信道。

在接收端首先将接收到的信号进行整形再生，然后经过码型反变换电路恢复成原始的编码码型，由分离电路将话音信息码、信令码等进行分路。

分离出的话音信码经解码，分路门恢复出每一路的PAM信号，然后经低通滤波器重建恢复出每一路的模拟话音信号。最后经过放大，差动变量器4 1端送到用户。

图3-22 单片集成编码器构成的PCM30/32路系统方框图