第7章 数字复用与复接 7.1 复用技术 7.2 PCM时分多路复用 7.3 数字复接技术 7.4 PCM的高次复接 7.1 复用技术 7.2 PCM时分多路复用 7.3 数字复接技术 7.4 PCM的高次复接 7.5 同步数字体系(SDH) 7.6 数字交叉连接DXC

7.1 复用技术 一．复用和频分复用 复用指将若干个彼此独立的信号合并起来，在同一信道上进行传输的技术。 7.1 复用技术 一．复用和频分复用 复用指将若干个彼此独立的信号合并起来，在同一信道上进行传输的技术。 常见的信道复用有频分复用FDM和时分复用TDM两种。 为了充分利用信道带宽，解决频率紧缺的问题，人们提出了频分复用FDM技术。

频分复用技术复用率高，容许复用的路数多，分路在技术上实现也很方便；但容易因滤波器特性不够理想和信道的非线性而产生邻路干扰，主要用在有线通信和微波通信系统中。

二．时分复用技术 实际中，随着数字通信技术的发展，人们更多的采用时分复用技术——按时间区分信号的技术，简记为TDM。 时分复用技术TDM以抽样定理为基础，通过抽样使取值连续的模拟信号成为一系列离散的样值脉冲。这使同一路信号的各抽样脉冲之间产生了时间空隙，从而使其它路信号的抽值脉冲可以利用这个空隙进行传输，这样就在同一个信道中同时传送了若干路信号。 同一路信号两个样值脉冲之间的间隔越大，每个样值持续的时间越短，则信道可以共用的信号路数就越多。 同一话路的相邻两个码元的时间间隔有一定的限制，以避免信号相互干扰。

在时分多路复用的过程中，如果各路信号在每一帧中所占时隙的位置是预先指定且固定不变的，则称之为同步时分多路复用，简称STDM。由于各路信号可能数据量多少不一，且它们在各个取样时刻的情况也各不相同，这种STDM方式将产生资源浪费。 统计时分多路复用，简称ATDM，也叫异步时分多路复用。ATDM通过动态地分配时隙来进行数据传输，根据各路信号的传送信息量大小来分配时隙多少，提高了频带利用率。 目前数字语音通信一般都采用时分多路复用方式进行远距离传输，执行标准是CCITT推荐的两种系列：一是欧洲和我国使用的PCM30／32路系列；另一个是北美和日本使用的PCM24路序列。

7.2 PCM时分多路复用 7.2.1 PCM时分多路复用信号的帧结构 7.2.2 30／32路PCM基群终端机

7.2.1 PCM时分多路复用信号的帧结构 把多路数字信码以及插入的各种PN码，按照一定的时间顺序进行排列的数字码流组合就是帧结构 将反映帧长、时隙、码位的位置关系的时间图叫做帧结构图。 在PCM通信中，信号是一帧一帧传送的，每帧(Frame)中包括了多路语音数字码以及各种插入的PN码。

PCM通信中，信令信息借助于数字通道来传送，它既可和语音信息一样占用相同的时隙进行传送，也可和语音信息分开来传送。前者如24路PCM通信的第1路就可传语音信息和信令信息；而在30／32路PCM基群中，30路信号的信令都用TS16来传送。 在30／32路PCM系统中，将16帧按一定时间顺序组合起来，构成一个复帧，称为信令复帧，它所含的16帧称为子帧，分别用F0～F15表示。 按照语音通道和信令通道的相对位置关系，可把信令传输方式分为随路信令方式CAS(Signalling Associated Channel)和共路信令方式CCS(Common Channel Signalling)两种。 CAS中，语音信道和信令信道的位置关系是固定的，因此信令信道和信令设备利用率不高。 在CCS中，语音信道和信令信道无明确的位置对应关系，通常多路信令共用一个专门的信令信道，根据谁需要给谁用的原则来分配使用，大大提高了信令信道和信令设备的利用率。 在30/32路PCM基群中，其数码率为32×8000×8＝2.048Mb/s

7.2.2 30／32路PCM基群终端机 PCM基群终端机用于机电模拟交换的市一市或长一市的局间中继，也可将30路电话直接接到PCM基群终端机中，实现乡镇和城市之间的多路通信，还可以作为模拟移动电话进入数字通信网的一个接口。 30／32路PCM基群端机的发端把30路语音信号和信令信号A/D变换后，把他们和同步、监视、对告码组等汇总，变为符合30／32路基群帧结构要求的数字码流，经码型变换后送到电缆线路进行传输或送到高次群设备进行复接，从而实现更大容量的时分多路复用；收端则完成相反的变换。 30／32路PCM基群端机方案已由群路编译码方式转为单路编译码方案。

群路编译码方案中，30路模拟语音信号在各自的抽样门中分别抽样后，30路样值PAM信号合路，统一进行量化编码；每个样值都编为8位二进制码，安排在TS1～TS15以及TS17～TS31时隙内。通过汇总电路，将帧同步码和帧监视、对告码安排在TS0时隙内，各路信令码安排在TS16时隙内，从汇总电路输出数码率为2.048Mb／s的综合性数字码流，再经过码型变换后送至外线。 收信支路将收到的数字码流经局内再生、码型反变换后变为单极性数字码流，在同步的前提下经分离电路分离后，通过解码得到重建的群路PAM，再经分路门分路——将30路PAM信号分开送到各自对应的低通滤波器上，最后还原为模拟信号。其中，TS0时隙的同步、监视、对告码送至同步系统，TS16的信令信息码送至信令系统。

单路编译码方案和群路方案有许多相似，主要的不同之处在于：发端前者是先将各路信号单独抽样/量化编码后再合路，然后和同步、监视、对告、信令码等汇总；后者则是每路各自抽样后就将样值信号合并，直接统—进行量化编码，接着再和同步、监视、对告、信令码等汇总。 与此对应的，收端前者是将综合性数字码流先分路再每路单独解码滤波；后者则是将综合性数字码流先分离出群路PCM后，统一解码成PAM，然后再分路进行滤波。 目前PCM基群设备中，普遍采用了大规模集成电路单片单路编译码器，使PCM终端设备的各方面性能指标有了很大的提高与稳定。

7.2.3 30／32路PCM基群端机中的定时与同步系统 定时系统是数字时分多路复用系统必不可少的。发定时系统控制各话路按照一定的时间顺序抽样，每一样值又按照一定的时间顺序编为n位码，不同话路的语音数字码、同步监视对告码以及话路信令码也必须按照一定的时间顺序组合起来，构成综合数码流。接收端则只有靠收定时系统控制才能完成上述相反的变换过程。 同步系统保证收、发定时系统的同频同相，以及区分综合性数字码流每帧的首尾，使接收端能区分发送端送来的每一个码元，实现正确通信。 可以说，定时和同步系统是PCM通信机中的“心脏”。

定时系统包括发定时系统和收定时系统。它产生数字通信系统中所需的各种定时脉冲：供抽样和分路用的路脉冲、供编码和解码用的位脉冲以及供信令信号用的复帧脉冲等。 PCM基群终端机的同步包括位同步、帧同步以及复帧同步三个部分。位同步使收/发时钟频率完全相同，收定时系统的主时钟脉冲要与接收信码流主时钟脉冲同频同相。帧同步保证接收端正确区分数码流的首尾，使发端第n路抽样量化编码的信号一定要在收端第n路被解码、滤波和恢复，保证语音的正确传送。复帧同步则确保信令的正确传送，即使发端第n路的信令一定要送到收端第n路。

7.3 数字复接技术 7.3.1 PCM复接系列 7.3.2 复接原理 7.3.3 复接方式 7.3.4 码速调整方式

7.3 数字复接技术 随着半导体工艺技术的飞速发展以及光缆等新型传输媒介得大量普及使用，数据信息的传输向高速和大容量方向发展。 7.3 数字复接技术 随着半导体工艺技术的飞速发展以及光缆等新型传输媒介得大量普及使用，数据信息的传输向高速和大容量方向发展。 目前，PCM通信的传输容量已由2.048Mbit/s的30/32路基群系统向二次群（120路）、三次群（480路）、四次群（1920路）以及更高次群发展，开通了电话、电报、数据、传真、彩色电视、卫星电视等更多更新的业务种类。 在PCM通信中，高次群是由若干个低速低次群通过数字多路复接方式构成的。

7.3.1 PCM复接系列 CCITT推荐了两类数字速率系列和数字复接等级：一是以北美和日本采用的1.544Mbit/s作基群的数字速率系列；二是以欧洲和我国采用的2.048Mbit/s作基群的数字速率系列。

7.3.2 复接原理 数字复接包括发送数字复接器和接收数字分接器两大部分。 7.3.2 复接原理 数字复接包括发送数字复接器和接收数字分接器两大部分。 复接器在发送端把两个以上的支路信号按时分复用方式合并为单一的合路数字信号 分接器则在接收端把一个合路信号分解为原来各支路数字信号。

1 复接器包括发定时、码速调整和复接等三部分。 定时单元给复接器提供一个统一的基准时钟 码速调整单元把速率不同的各支路信号进行调整，使各支路信号的速率完全一致 复接单元则完成将速率一致的各支路数字信号按规定顺序复接为高次群的任务。 2 分接器由同步、定时、分接和恢复四部分组成。 定时单元由接收信号序列中提取的时钟来推动 同步单元控制分接器的基准时钟与复接器的基准时钟保持正确的相位关系，使收、发保持同步 分接单元将合路信号实施时间分离，形成同步支路数字信号，然后由恢复单元把它们恢复成原来的支路数字信号。

7.3.3 复接方式 数字复接过程中，根据各支路数码在高次群中的排列方式可把复接分为按位复接、按路复接和按帧复接三种。 一．按位/路/帧复接 7.3.3 复接方式 数字复接过程中，根据各支路数码在高次群中的排列方式可把复接分为按位复接、按路复接和按帧复接三种。 一．按位/路/帧复接 按位复接又叫比特复接，每次只依次复接每个支路的一位码元。复接后的码序列中第一位表示第一支路的第一位码，第二位表示第二支路的第一位码，以后各支路依次类推。各个支路第一位码都取过之后，再循环取以后的第2位、第3位等。按位复接设备简单，要求存储容量小，但不利于信号的交换处理，且要求各支路的码速和相位必须相同。 对PCM基群而言，一路信号在一帧中的一个时隙里有8位码，复接时先将这8位码寄存起来，再在规定时隙内将8位码一次复接完，即各个支路轮流按顺序一次复接8位码。这种方式就是按路复接，它有利于多路合成处理和交换，但要求存储容量较大，电路相对复杂。 按帧复接每次复接一个支路的—帧数码（如PCM30／32路基群，一帧含有256bit)。这种复接不破坏原来各支路的帧结构，有利于交换，但要求存储容量在3种方式中最大。

二．同步/异步/准同步复接 依照复接时各低次群的时钟情况，可把复接方式分为同步复接、异步复接与准同步复接三种。 同步复接指被复接各支路的时钟都是由同一个总时钟供给，各支路的时钟频率完全相等。 将时钟不是同出一源、且又没有统一的标称频率或相应的数量关系的各输入支路信号进行复接的复接方式就是异步复接。 准同步复接指参与复接的各低次群使用各自的时钟，但各时钟频率相差在一定的容差范围内。这种方式在复接前必须将各支路的码速都调整到统一的规定值后才能进行复接。是目前应用最广泛的复接方式。

7.3.4 码速调整方式 码速调整有正码速调整、正／负码速调整和正／零／负码速调整三种。 7.3.4 码速调整方式 码速调整有正码速调整、正／负码速调整和正／零／负码速调整三种。 正码速调整指当复接设备分配给各支路的同步时钟频率fm高于各支路时钟频率f1时，将被复接的支路码速率都调高，使其同步到某一规定码速上的过程，是目前应用最为广泛的码速调整方式。 正／负码速调整方式以同步复接时钟的标称频率fm为基准，对低于该频率的支路信码插入适当数量的脉冲；而对高于该数码率的支路信码则抽出一定数量的信码从额外通道传送，在接收端再将这些抽出的信码补上；对于数码率恰好等于标称值fm的支路信码，则不经过调整就可保持正常的同步复接。 正／零／负码速调整是真正的三种调整情况，即正调整、负调整和不调整，其中不调整是按标称值正常传输。

7.4 PCM的高次复接 7.4.1 二次群同步复接 7.4.2 二次群准同步复接 7.4.3 高次群的帧结构

7.4.1 二次群同步复接 二次群由四个基群复接而成，复接后的码速率是8.448Mb／s。 7.4.1 二次群同步复接 二次群由四个基群复接而成，复接后的码速率是8.448Mb／s。 由于每个基群的标称码速率是2.048Mb／s，四个基群相加的速率为4×2.048＝8.192Mb/s，故在复接前应将各支码速提高到2.112Mb／s。 也就是说，每个支路平均每秒钟插入64Kb／s的码元，即每帧平均插入8bit码元。 经过这样的码速调整，使各个支路码速完全一致后，再复接成二次群的数码流。

二次群同步复接帧结构 同步复接中，被复接各支路使用同一个时钟源，时钟频率相等。但因各支路信号来自不同地方，到达复接设备时的相位不一致，故复接前还要先对各支路信号进行相位调整。此外，复接时还应插入复接帧同步码以利于接收端分接，以及一些告警、勤务联系等业务码。 采用按位复接的二次群同步复接帧由四个支路将码速调整到2.112Mbit/s后再按位复接而成的。每帧分八段，每段各132位码，其中前四位为插入码，其余的128位码为四个基群的信码。同步复接方式所需缓冲存储容量小，同步建立时间短，且每帧插入的32位码都可以充分利用。

CCITT（G.744和G.746）提出了按路复接的PCM二次群同步复接帧结构。它的帧周期也为125μs，含132个时隙，每个时隙传8位码。

二次群同步复接器主要包括定时时钟、码速调整、帧同步和勤务码产生、插入和检出共四部分组成。 复接部分的定时时钟利用总时钟产生的8.448Mb/s的主时钟，产生复接所需的四个基群用时钟、缓存器的写入/读出时钟、复接脉冲和插入码用的段脉冲和位脉冲等。分接器的主时钟由信号码流中提取，再由分接定时时钟电路产生分接所需的各种定时时钟。 码速调整部分由收、发两端各四个缓存器组成。在发端，缓存用2.048Mb／s写脉冲输入基群信码，再由2.112Mb／s的读脉冲将它输出，实现码速变换目的。收端则用2.112Mb／s的写脉冲将巳分接的信号输入缓存，再以2.048Mb／s的读脉冲输出，去掉了全部插入信码，恢复各基群信号。 帧同步部分用于保证收、发两端按帧同步，使分接端能正确实现分接。勤务数字码的产生、插入和检出部分用于业务联系、监测和告警等。

7.4.2 二次群准同步复接 四个PCM基群进行数字复接时，虽然标称数码率相同，但其瞬时码率允许存在l00bit/s误差，再加之四个支路时钟各自独立，一般都对其进行准同步复接。 准同步复接在复接前也要先进行码速调整，使各支路码率完全一致。但准同步复接的码速调整除了加入帧同步、监测、告警与业务码外，还插入了一些不带任何信息的码以及插入标志码，用来使各基群的码速完全相等。

一．准同步复接二次群帧结构 准同步复接二次群的数码率是8.448Mb／s。因此，准同步复接也要在复接前将每个支路的码速调整到2.112Mb／s，然后再进行复接。 按CCITT G.742建议，PCM二次群准同步复接的帧结构由四个基群数码按位复接而成，帧周期100.38μs，帧长为848bit，每个复接支路为212bit。这212bit安排如图7－4－3所示。除信息码外，还插入了复接帧同步、监测、告警等业务码及用于调整各支路码速率的无息脉冲和插入标志码。

二．准同步二次群的复接与分接

7.4.3 高次群的帧结构 根据CCITT G.751建议，PCM三次群复接速率为34.368Mb／s，每个复接支路速率为8.448Mb／s土30×10－6；复接帧同步码为“1111010000”；帧长为848bit，共分四组，每组384bit；帧周期为44.69μs。

CCITT的G. 751还建议，PCM四次群的复接速率为139. 264Mbit/s，由四个支路复接而成，每个复接支路速率为34 CCITT的G.751还建议，PCM四次群的复接速率为139.264Mbit/s，由四个支路复接而成，每个复接支路速率为34.368Mbit/s20×10-6；四次群复接帧同步码为“111110100000”，共12bit；帧长2928bit，共分成六组，每组488bit，帧周期为21.02μs；四次群每个复接支路的插入标志码为5bit。

7.5 同步数字体系(SDH) 7.5.1 PDH和SDH概述 7.5.2 SDH帧结构 7.5.3 SDH的同步复接原理

7.5.1 PDH和SDH概述 由于历史发展的原因，全世界的数字通信形成了分别以1.544Mb／s和2.048Mb／s为基础的两套准同步数字系列，其一到五次群的接口速率都已标准化。 同步数字体系（SDH）是一种光纤通信系统中的数字通信体系，它是一套新的国际标准。 SDH既是一个组网原则，又是一套复用的方法。 在SDH基础上，可以建成一个灵活、可靠、能进行遥控管理的电信传输网，可以很方便地扩展新业务，还可以使不同厂家生产的设备进行互通使用。

一．PDH的不足 1.544和2.048Mb／s两套复接系列帧结构不同，难以兼容，国际互通难； 没有全球性的标准光接口规范，不同厂家的设备须通过光／电转换借助电接口才能互通，造成许多技术困难和费用增加； PDH复用大多采用异源复接，利用正码速调整复用成高速信号，从高速信号中识别和提取支路信号难，系统结构复杂，费用高； PDH采用按比特复接方式节约缓存容量，电路简单但不利交换； 网络运行、管理和维护靠人工数字信号配线和停业务测试，复用信号帧结构中管理维护比特很少，难于满足目前通信网在网络管理、业务通信、监控等方面的需要，不利于通信网智能化； PDH向更高次群的发展易受高速器件限制，实现困难； 点到点的传输方式使网络结构缺乏灵活性，设备利用率低，非最短的通道路由占据了大部分业务量，无法提供最佳的路由选择。

二．SDH的特点 在全世界范围统一了体系中各级信号的传输速率，第一次实现了数字传输体制的世界标准。SDH定义的速率为N*155.520Mb/s（N=1，2，3，......）； 确定了全球通用的光接口标准。使不同厂家设备按统一接口互通，节省网络成本； 采用模块化结构，便于组建网络； 采用字节复用，适应交换技术的发展； 帧结构中供网路管理控制用比特较多，使故障检测等能力大大加强； 采用指针调整技术，解决了节点之间由时钟差异带来的问题； 简化了复接和分接技术，上下电路方便，提高了通信网的灵活性和可靠性； 完全兼容PDH，还能容纳各种新业务信号； 信号结构设计考虑了网络传输和交换应用，在整个电信网中都能提供简单、经济而灵活的信号互连和管理； 与交叉连接(cross connection)技术结合，提高了通信网的适应性； SDH不仅适用于光纤通信，原则上也适用于微波和卫星通信。

7.5.2 SDH帧结构 与PDH不同，SDH的帧结构是页面式帧结构。 1帧的长度仍为125μs，由横向270×N列以及纵向的9行字节组成，其中N代表SDH中STM—1、STM—4、STM—16中的1、4、16。 字节的传输从左上角第一字节开始，从左向右、由上而下按顺序传送，直至整个9×270个字节都传送完毕后再转入下一帧。 每秒传8000帧。因此对STM—l而言，每秒传送速率为155.52Mbit/s。

整个SDH的帧结构可以分为SOH、管理单元指针和信息净负荷3个主要区域。

段开销SOH(Section Overhead)指STM帧结构中为了保证信息正常灵活传送所必须的附加字节，主要是一些维护管理比特。对STM—1而言，用于SOH的容量为9×8×8×8000＝4.608Mb／s。可见SDH的段开销很丰富，主要用于帧定位、数据通信链路、标志信号、电话专线链路、用户链路、误码监视链路、自动保护切换链路以及备用字节。 管理单元指针用来指示信息负载的第一个字节在STM—N帧内的准确位置，以便接收端正确分接。 信息净负荷((Payload)是网络节点接口码中可用于电信业务的部分，即存放各种信息业务容量的地方。

7.5.3 SDH的同步复接原理 无论采用哪种复用途径，最多只须进行两次指针调整(相当于PDH的码速调整)。

同步数字体系大大提高了通信网利用率，但系统容量比准同步系统略有减少。 如PDH的140Mb／s可容纳64个2Mb／s，而SDH的155Mb／s只能容纳63个2Mb／s；PDH的140Mb／s可以容纳4个34Mb／s，而SDH的155Mb／s只能容纳3个34Mb／s等等。 SDH提高了整个通信网的可靠性、灵活性以及对各种业务的适应性，这在现代化的通信网中是非常必要而且越来越重要的。

7.6 数字交叉连接DXC 7.6.1 DXC基本原理 7.6.2 DXC的应用配置

随着电信网的发展，传输系统的种类越来越多、容量越来越大、网络越来越复杂 传统的将不同种类和容量的传输系统在人工数字配线架上进行互连的方式不仅效率低，可靠性差，而且根本无法适变化日益加快的传输网络的配置和管理要求。 DXC相当于自动数字配线架的数字交叉连接设备，可以对STM—N中的不同虚容器VC和不同的通道开销PDH支路信号提供可控的连接和再连接。

7.6.1 DXC基本原理 传统DXC的输入/输出端口与系统相连，每个输入信号被解复用为m个并行的交叉连接信号速率，即解复用为低速支路速率，再通过DXC内部的交叉连接网，采用时隙交换技术，按照预先存放的交叉连接图或动态计算的交叉连接图将这些交叉连接信号重新安排，再将这些重新安排的信号复用成高速信号输出。 这一DXC需要全套的背靠背复用设备，且只能处理有限的几个PDH等级信号。

新的DXC设备（SDXC）可工作在PDH和SDH环境中 由于STM—N帧结构中特定的VC总是处于净负荷帧中的固定列位置上，SDXC只须对特定的列进行交换就可实现对VC的交叉连接，即在接口的端口间提供可控的VC透明连接和再连接。 DXC在传输网中的基本用途是自动化管理，具体而言，其主要功能有： · 分离本地交换业务和非本地交换业务，为非本地交换业务迅速 提供可用路由； · 为临时性重要事件迅速提供电路； · 当网络故障后，可迅速发现替代路由，提供网络的重新配置； · 按业务流量的季节性变化优化网络； · 使网络运营者可在网中自由混合使用不同数字体系。

7.6.2 DXC的应用配置 DXC的配置类型一般用DXCm／n表示。其中，“m”表示接入端口数据流的最高等级，“n“表示参与交叉连接的最低级别。 m为0表示速率为64Kb／s，而m为1、2、3、4则分别表示PDH的1至4次群速率；m为4也代表SDH的STM—1等级，m为5和6则分别代表STM－4和STM－16等级。 目前应用最广的是DXC1／0、DXC4／1和DXC4／4三种。 DXC1／0主要对基群信号进行重新安排和业务疏导，包含基群复用设备。适用于电路数量大、业务种类多的场合。 DXC4／1内部通常采用T-S-T的三级交换网络，适用于二级干线传输网、本地网的通道动态调度、局间中继网，也可作为长途网、局间中继网和本地网的网关和SDH与PDH的网关，是功能最齐全的系统。 DXC4／4是宽带数字交叉连接设备，内部采用空分交换方式，交叉连接速度很快。常用于长途一、二级干线传输网的保护恢复和自动监控，适于在PDH和SDH两种传输系统进出的传输枢纽局或站。