2.3 多路復(fù)用技術(shù)及30/32路PCM通信系統(tǒng)

為了提高通道的利用率，將多路信號沿同一信道進(jìn)行互不干擾的傳輸，稱為多路復(fù)用。多路復(fù)用有兩種基本方式：頻分多路復(fù)用和時(shí)分多路復(fù)用。按頻率分割信號的方法稱為頻分復(fù)用（FDM），而按時(shí)間分割信號的方法稱為時(shí)分復(fù)用（TDM）。FDM用于模擬通信，TDM用于數(shù)字通信，如PCM通信。

2.3.1 頻分多路復(fù)用

在頻分多路復(fù)用中，多路信號在頻率位置上分開，同時(shí)在一個(gè)信道內(nèi)互不干擾地傳輸，因此頻分多路復(fù)用信號在頻譜上不會重疊，而在時(shí)間上是重疊的。頻分多路復(fù)用原理方框圖如圖2.26所示。

由于消息信號往往不是嚴(yán)格的帶限信號，因此在發(fā)送端首先將消息信號經(jīng)過低通濾波器形成帶限信號，再進(jìn)行線性調(diào)制。為了避免它們的頻譜互相交疊，再通過帶通濾波器經(jīng)疊加后送入信道。接收端首先用帶通濾波器將各路信號分別取出，然后解調(diào)，經(jīng)低通濾波器后輸出。

頻分多路復(fù)用被廣泛地應(yīng)用于長途載波電話、立體聲廣播、電視廣播、空間遙測、衛(wèi)星通信等方面。

2.3.2 時(shí)分多路復(fù)用

時(shí)分多路通信，是各路信號在同頻信道上占用不同時(shí)間間隙進(jìn)行通信，其頻譜是重疊的，而時(shí)間是不重疊的。由前述的抽樣定理可知，抽樣的一個(gè)重要作用是，將時(shí)間上連續(xù)的信號變成時(shí)間上離散的信號。它在信道占用的時(shí)間是有限的，為多路信號沿同一信道傳輸提供了條件，即把時(shí)間分成一些均勻的時(shí)間間隙，將各路信號的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間間隙，以達(dá)到互相分開、互不干擾的目的。圖2.27為時(shí)分多路復(fù)用示意圖。

它是一個(gè)三路時(shí)分多路通信示意圖。通話雙方共有三對用戶進(jìn)行通話，而線路卻只有一對，因此在收、發(fā)雙方各加了一對快速旋轉(zhuǎn)的電子開關(guān)SA和SA′，兩個(gè)開關(guān)頻率相同，初始位置相互對應(yīng)。開始，SA和SA′停留在用戶1和1′上，然后依次旋轉(zhuǎn)到2和2′、3和3′，最后又回到用戶1和1′上，如此反復(fù)。需要特別指出的是：雙方多路復(fù)用能正常進(jìn)行的關(guān)鍵是收、發(fā)雙方同步動作，否則通信將無法正常進(jìn)行。

2.3.3 30/32路PCM通信系統(tǒng)

1.幀結(jié)構(gòu)的概念

同一話路抽樣兩次的時(shí)間間隔或所有話路都抽樣一次的時(shí)間稱為幀長，用Ts表示。每個(gè)話路在一幀中所占的時(shí)間稱為時(shí)隙，用TS（TimeSlot）表示。通常一個(gè)樣值編為n位碼，反映幀長、時(shí)隙、碼位的位置關(guān)系時(shí)間圖就是幀結(jié)構(gòu)。下面介紹我國采用的30/32路PCM基群幀結(jié)構(gòu)。

2.30/32路PCM基群幀結(jié)構(gòu)

圖2.28是CCITT建議G.732規(guī)定的30/32路PCM基群幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)。

① 在30/32路PCM通信系統(tǒng)中，幀長Ts=125μs，即fs=8000Hz，每幀分為32個(gè)時(shí)隙，用TS0～TS31表示。其中，TS1～TS15傳送前15個(gè)話路的語音信號數(shù)字碼，TS17～TS31傳送后15個(gè)話路的語音信號數(shù)字碼；TS0用于傳送同步、監(jiān)視、對端告警碼組（簡稱為對告碼）；TS16用于傳送信令碼。因?yàn)樵?2個(gè)TS中，只有30個(gè)TS用于傳送語音信號，所以稱為30話路32時(shí)隙，記為PCM30/32。

偶幀的TS0用于傳送幀同步碼。其碼型為×0011011，其中×留做國際通信用，不用時(shí)暫定為1。

奇幀TS0用于傳送監(jiān)視碼、對告碼等。碼型為×1A1SSSSS，其中A1是對告端告警碼。A1為0時(shí)，表示幀同步；A1為1時(shí)，表示幀失步。S為備用比特，可用來傳送業(yè)務(wù)碼。不用時(shí)暫定為1?！翞閲H備用碼，不用時(shí)暫定為1。

F0幀TS16時(shí)隙前4位碼為復(fù)幀同步碼，其碼型為0000，作用為保證信令正確傳送；F1～F15幀的TS16時(shí)隙用來傳送30個(gè)話路的信令碼。F1幀TS16時(shí)隙前4位碼用來傳送第1路信號的信令碼，后4位碼用來傳送第16路信號的信令碼……直到F15幀TS16時(shí)隙前后各4位碼分別傳送第15路、第30路信號的信令碼，這樣一個(gè)復(fù)幀中各個(gè)話路分別輪流傳送信令碼一次。

② 數(shù)碼率的計(jì)算。對數(shù)字電話，若fs=8000Hz，每個(gè)樣值編8位碼，則 fb=8000×8=64kbps。

在30/32路PCM基群中，fb=32×8000×8=2048kps=2.048Mps。

PCM30/32路端機(jī)方框圖如圖2.29所示。

在發(fā)送端，經(jīng)放大（調(diào)節(jié)語音電平）、低通濾波、抽樣、合路和編碼，編碼后的PCM碼、幀同步碼、信令碼、數(shù)據(jù)信號碼在匯總電路里按PCM 30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)排列，最后經(jīng)碼型變換成適宜于信道傳輸?shù)拇a型送往信道。接收端首先將接收到的信號進(jìn)行整形、再生，然后經(jīng)碼型反變換，恢復(fù)成原來的碼型，再由分離電路將PCM碼、信令碼、幀同步碼數(shù)據(jù)信號碼分離，分離出的話路信碼經(jīng)解碼、分路門恢復(fù)出每一路的PAM信號，然后經(jīng)低通平滑，恢復(fù)成每一路的語音模擬信號，最后經(jīng)放大、差動變量器4～1端送至用戶。

2.3.4 30/32路PCM基群端機(jī)的定時(shí)與同步系統(tǒng)

數(shù)字時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)要有一套嚴(yán)格的定時(shí)系統(tǒng)。在發(fā)送端，定時(shí)系統(tǒng)控制話路按照一定時(shí)間順序抽樣，每一個(gè)樣值又按一定的時(shí)間順序編n位碼，最后將不同話路的編碼同步、監(jiān)視對告碼組，話路信令碼按一定的時(shí)間順序結(jié)合成綜合性數(shù)字碼流進(jìn)行發(fā)送。在接收端，也要靠定時(shí)系統(tǒng)來實(shí)現(xiàn)完全相反的變換，同時(shí)為保證收、發(fā)端協(xié)調(diào)一致的工作，還需要同步系統(tǒng)。因此，可以說定時(shí)與同步系統(tǒng)是30/32路PCM基群端機(jī)的控制和指揮系統(tǒng)，是通信機(jī)的“心臟”，它控制整個(gè)通信系統(tǒng)有條不紊地工作。

1.定時(shí)系統(tǒng)

定時(shí)系統(tǒng)包括發(fā)定時(shí)系統(tǒng)和收定時(shí)系統(tǒng)，它產(chǎn)生數(shù)字通信系統(tǒng)中所需的各種定時(shí)時(shí)鐘。定時(shí)系統(tǒng)包括系統(tǒng)的主時(shí)鐘、供抽樣和分路用的路時(shí)鐘、供編碼和解碼用的位脈沖、供信令用的復(fù)幀脈沖等。

發(fā)端定時(shí)系統(tǒng)如圖2.30所示。

主時(shí)鐘脈沖發(fā)生器采用晶體振蕩電路用于提供穩(wěn)定的時(shí)鐘信號。30/32路PCM系統(tǒng)主時(shí)鐘fcp=8000×8×32=2048kHz。位脈沖經(jīng)主時(shí)鐘8分頻得到，其頻率為2048kHz/8=256kHz。路脈沖由位脈沖32分頻得到。頻率為256kHz/32=8000Hz。復(fù)幀脈沖是用來傳遞復(fù)幀同步碼和30個(gè)話路的信令碼，其頻率為8kHz/16=0.5kHz，經(jīng)路脈沖16分頻得到。

收端定時(shí)系統(tǒng)的構(gòu)成和發(fā)端定時(shí)系統(tǒng)構(gòu)成基本相同。不同的是在PCM通信系統(tǒng)中，要求收端主時(shí)鐘頻率與發(fā)端主時(shí)鐘頻率完全一致，即時(shí)鐘同步，因此收端主時(shí)鐘是從對端信碼流中提取出來的。

2.同步系統(tǒng)

同步包括位同步、幀同步和復(fù)幀同步。

位同步也稱為時(shí)鐘同步，其含義是收、發(fā)雙方時(shí)鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決。為了實(shí)現(xiàn)時(shí)鐘同步，收信端的主時(shí)鐘是從發(fā)端送來的信碼流中提取出來的，因此要求傳輸碼型中應(yīng)含有發(fā)送端的時(shí)鐘頻率成分。

幀同步是為了保證收、發(fā)各對應(yīng)的話路在時(shí)間上保持一致。

復(fù)幀同步保證各路信令的正確傳送。幀同步和復(fù)幀同步的實(shí)現(xiàn)方法很相似，都是在發(fā)送端固定的時(shí)間位置上插入特定的碼組，即同步碼組，在接收端加以正確識別。