4.1時(shí)分多路復(fù)用（TimeDitisionMultiple，TDM）1基本概念：對(duì)數(shù)字信號(hào)而言，首先要清楚數(shù)字信號(hào)是從模擬信號(hào)抽樣而來(lái)的。2具體做法是：把通信過(guò)程劃分為基本的時(shí)間間隔，叫做“幀”（也叫傳輸間期），每一幀時(shí)間根據(jù)通信路數(shù)劃分為相應(yīng)的小間隔，叫做“時(shí)隙”。每一個(gè)“時(shí)隙”依次傳輸?shù)囊粋€(gè)信息單元如下圖4.6示：圖4.6時(shí)間間隔安排例如一個(gè)3路電話信號(hào)的時(shí)分復(fù)用過(guò)程，其框圖如下圖4.7：圖4.7時(shí)分復(fù)用過(guò)程圖4.8工作過(guò)程波形3時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)中的位同步所謂時(shí)鐘同步是使收端的時(shí)鐘頻率與發(fā)端的時(shí)鐘頻率相同（時(shí)鐘頻率與二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)的數(shù)碼率數(shù)值一樣）。時(shí)鐘同步保證收端正確識(shí)別每一位碼元（所以時(shí)鐘同步也叫位同步），這相當(dāng)于圖5-2中兩端旋轉(zhuǎn)開關(guān)的旋轉(zhuǎn)速度相同。4時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步幀同步是保證收發(fā)兩端相應(yīng)各話路要對(duì)準(zhǔn)，即在接收端正確接收（區(qū)分）每一路信號(hào)。把每幀的首尾辨別出來(lái)，就可正確區(qū)分每一路信號(hào)，即實(shí)現(xiàn)幀同步。4PCM30／32路系統(tǒng)的構(gòu)成框圖在前面討論的抽樣、量化、編解碼及時(shí)分多路復(fù)用等基本原理的基礎(chǔ)上，下面介紹PCM30／32路系統(tǒng)基本構(gòu)成，如圖4.11所示。5PCM30／32路系統(tǒng)1PCM30／32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖4.9是PCM30／32路系統(tǒng)（稱為基群，也叫一次群）的幀結(jié)構(gòu)圖。圖4.9PCM30／32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖圖4.10PCM30／32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖圖4.11PCM30／32路系統(tǒng)圖話音信號(hào)根據(jù)原CCITT建議采用8kHz抽樣，抽樣周期為125μs，所以一幀的時(shí)間（即幀周期）T＝125μs。每一幀由32個(gè)路時(shí)隙組成（每個(gè)時(shí)隙對(duì)應(yīng)一個(gè)樣值，一個(gè)樣值編8位碼），其中：①30個(gè)話路時(shí)隙(TS1～TS15，TS17～TS31)②幀同步時(shí)隙(TS0)③信令與復(fù)幀同步時(shí)隙(TS16)4.2數(shù)字復(fù)接的概念和方法4.2.1數(shù)字復(fù)接1.數(shù)字復(fù)接的基本概念PCM復(fù)用和同步數(shù)字復(fù)接擴(kuò)大數(shù)字通信容量方法通常有兩種：PCM復(fù)用和數(shù)字復(fù)接。①PCM復(fù)用所謂PCM復(fù)用就是直接將多路信號(hào)編碼復(fù)用。即將多路模擬話音信號(hào)按125μs的周期分別進(jìn)行抽樣，然后合在一起統(tǒng)一編碼形成一個(gè)多路數(shù)字信號(hào)（低次群信號(hào)）。②數(shù)字復(fù)接數(shù)字復(fù)接是將幾個(gè)低次群在時(shí)間的空隙上迭加合成高次群。例如將四個(gè)一次群合成二次群，四個(gè)二次群合成三次群等。圖4.12是同步數(shù)字復(fù)接的原理示意圖。圖4.12同步數(shù)字復(fù)接的原理示意圖。4.2.2同步數(shù)字復(fù)接的實(shí)現(xiàn)同步是指幾個(gè)支路速率一樣，同步數(shù)字復(fù)接的實(shí)現(xiàn)主要有三種方法：按位復(fù)接、按字復(fù)接和按幀復(fù)接。1按位復(fù)接這是目前最常用的一種方式，這種方式依次復(fù)接每一支路的一位碼，即在發(fā)送端將四個(gè)支路的數(shù)字信號(hào)以比特為單位，依次輪流發(fā)往信道；在接收端按發(fā)送端的發(fā)送結(jié)構(gòu)依次從碼流中檢出各支路的碼元，并分送到相應(yīng)的支路，使各支路恢復(fù)相應(yīng)的幀結(jié)構(gòu)。如下圖4.13所示。按位復(fù)接是每次復(fù)接各低次群（也稱為支路）的一位碼形成高次群。圖4.13按位復(fù)接圖4.14按位復(fù)接2按字復(fù)接在PCM基群幀結(jié)構(gòu)中，一個(gè)路時(shí)隙有8位碼元。按碼字復(fù)接就是指每次按順序復(fù)接每一支路的一個(gè)路時(shí)隙，即8位碼。這種方式有利于多路合成的處理與交換，但循環(huán)周期長(zhǎng)，要求有較大的存儲(chǔ)容量，電路也比較復(fù)雜。3按幀復(fù)接按幀復(fù)接就是指每次復(fù)接一個(gè)支路的一幀碼元（每一幀含有256個(gè)碼元）。這種方法不破壞原來(lái)各個(gè)支路的幀結(jié)構(gòu)，有利于信息的交換處理，但與按字復(fù)接相比其循環(huán)周期更長(zhǎng)，要求更大的存儲(chǔ)容量和更復(fù)雜的設(shè)備，目前也很少應(yīng)用。4數(shù)字復(fù)接的同步數(shù)字復(fù)接要解決兩個(gè)問(wèn)題，即同步和復(fù)接。數(shù)字復(fù)接的同步指的是被復(fù)接的幾個(gè)低次群的數(shù)碼率相同。如圖4.15所示如果低次群的數(shù)碼率不同，復(fù)接時(shí)會(huì)產(chǎn)生重疊和錯(cuò)位。（讀者可對(duì)比一下圖4.12中當(dāng)?shù)痛稳旱臄?shù)碼率相同時(shí)復(fù)接的情況）圖4.15低次群的數(shù)碼率不相同情況復(fù)接5數(shù)字復(fù)接的方法及系統(tǒng)構(gòu)成（1）數(shù)字復(fù)接的方法如果復(fù)接器輸入端的各支路信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)是同步的，稱為同步復(fù)接器。如果不是同步的，則稱為異步復(fù)接器。如果輸入支路數(shù)字信號(hào)與本機(jī)定時(shí)信號(hào)標(biāo)稱速率相同，但實(shí)際上有一個(gè)很小的容差，這種復(fù)接器稱為準(zhǔn)同步復(fù)接器。同步復(fù)接是用一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘來(lái)控制被復(fù)接的幾個(gè)低次群，使這幾個(gè)低次群的數(shù)碼率（簡(jiǎn)稱碼速）統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上（這樣就使幾個(gè)低次群系統(tǒng)達(dá)到同步的目的），可直接復(fù)接（復(fù)接前不必進(jìn)行碼速調(diào)整，但要進(jìn)行碼速變換）。同步復(fù)接方法的缺點(diǎn)是一旦主時(shí)鐘發(fā)生故障時(shí)，相關(guān)的通信系統(tǒng)將全部中斷，所以它只限于局部地區(qū)使用。

異步復(fù)接是各低次群各自使用自己的時(shí)鐘，由于各低次群的時(shí)鐘頻率不一定相等，使得各低次群的數(shù)碼率不完全相同（這是不同步的），因而先要進(jìn)行碼速調(diào)整，使各低次群獲得同步，再?gòu)?fù)接。PDH大多采用異步復(fù)接。（2）異步數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成異步數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)主要由數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器兩部分組成，如例圖4.16所示。圖4.16異步數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)數(shù)字復(fù)接器的功能是把四個(gè)支路（低次群）合成一個(gè)高次群。它是由定時(shí)、碼速調(diào)整（或變換）和復(fù)接等單元組成的。定時(shí)單元給設(shè)備提供統(tǒng)一的基準(zhǔn)時(shí)鐘（它備有內(nèi)部時(shí)鐘，也可以由外部時(shí)鐘推動(dòng)）。碼速調(diào)整（若是同步復(fù)接時(shí)是碼速變換）單元的作用是把各輸入支路的數(shù)字信號(hào)的速率進(jìn)行必要的調(diào)整（或變換），使它們獲得同步。這里需要指出的是四個(gè)支路分別有各自的碼速調(diào)整（或變換）單元，即四個(gè)支路分別進(jìn)行碼速調(diào)整（或變換）。復(fù)接單元將幾個(gè)低次群合成高次群。數(shù)字分接器的功能是把高次群分解成原來(lái)的低次群，它是由定時(shí)、同步、分接和恢復(fù)等單元組成。分接器的定時(shí)單元是由接收信號(hào)序列中提取的時(shí)鐘來(lái)推動(dòng)的。借助于同步單元的控制使得分接器的基準(zhǔn)時(shí)鐘與復(fù)接器的基準(zhǔn)時(shí)鐘保持正確的相位關(guān)系，即保持同步。分接單元的作用是把合路的高次群分離成同步支路信號(hào)，然后通過(guò)恢復(fù)單元把它們恢復(fù)成原來(lái)的低次群信號(hào)。圖4.17是PCM二次群同步復(fù)接/分接方式的例子。圖4.17PCM二次群同步復(fù)接方式例子（2）異步復(fù)接(也即準(zhǔn)同步復(fù)接)碼速調(diào)整技術(shù)的分類碼速調(diào)整技術(shù)可分為正碼速調(diào)整、正／負(fù)碼速調(diào)整和正/零/負(fù)碼速調(diào)整三種。其中正碼速調(diào)整應(yīng)用最普遍。碼速調(diào)整與恢復(fù)的方法例如二次群碼速調(diào)整是利用插入一些碼元將各一次群的速率由2048kbit／s左右統(tǒng)一調(diào)整成2112kbit／s。接收端進(jìn)行碼速恢復(fù)，通過(guò)去掉插入的碼元，將各一次群的速率由2112kbit／s還原成2048kbit／s左右。正碼速調(diào)整的含義是使調(diào)整以后的速率比任一支路可能出現(xiàn)的最高速率還要高。例如二次群碼速調(diào)整后每一支路速率均為2112kb/s，而一次群調(diào)整前的速率在2048kb/s上下波動(dòng)，但總不會(huì)超過(guò)2112kb/s。根據(jù)支路碼速的具體變化情況，適當(dāng)?shù)卦诟髦凡迦胍恍┱{(diào)整碼元，使其瞬時(shí)碼速都達(dá)到2112kb/s(這個(gè)速率還包括幀同步、業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)、控制等碼元)，這是正碼速調(diào)整的任務(wù)。碼速恢復(fù)過(guò)程則把因調(diào)整速率而插入的調(diào)整碼元及幀同步碼元等去掉，恢復(fù)出原來(lái)的支路碼流。圖4.18正碼速調(diào)整原理

這個(gè)正碼速調(diào)整原理可用圖4.18來(lái)說(shuō)明。具體工作過(guò)程，輸入緩存器的支路信碼是由時(shí)鐘頻率2048kHz寫入的，而從緩存器讀出信碼的時(shí)鐘是由復(fù)接設(shè)備提供的，其值為2112kHz，由于寫入慢、讀出快，在某個(gè)時(shí)刻就會(huì)把緩存器讀空。正碼速調(diào)整的具體實(shí)施:例如基群復(fù)接為二次群的異步復(fù)接系統(tǒng)時(shí)中，是以每212bit為一個(gè)碼速調(diào)整段。其碼速調(diào)整幀結(jié)構(gòu)圖4-.19所示。共分成4組，每組都是53個(gè)比特，第1組的前3個(gè)比特F11、F12、F13用于幀同步和管理控制，后3組的第一個(gè)比特C11、C12、C13作為塞入比特（碼速調(diào)整控制比特），第4組第2比特V1作為碼速調(diào)整比特。具體做的時(shí)候，在第1組的末了進(jìn)行是否需要調(diào)整的判決(即比相)，若需要調(diào)整，則在C11、C12、C13位置上插入3個(gè)“1”碼，V1僅僅作為速率調(diào)整比特，不帶任何信息，故其值可為“1”，也可為“0”；若不需調(diào)整，則在C11、C12、C13位置上插入3個(gè)“0”碼，V1位置仍傳送信碼。那么，是根據(jù)什么來(lái)判斷需要調(diào)整或不需要調(diào)整。圖

4.19異步復(fù)接二次群幀結(jié)構(gòu)

圖

4.20異步復(fù)接二次群幀結(jié)構(gòu)

在復(fù)接端，寫脈沖和讀脈沖存在一個(gè)細(xì)微的相位差，且這個(gè)相位差是逐位積累的。相位比較器隨時(shí)監(jiān)測(cè)這個(gè)相位差，當(dāng)積累到一個(gè)比特時(shí)，比較器控制插入請(qǐng)求器發(fā)出請(qǐng)求，標(biāo)志信號(hào)發(fā)生器收到請(qǐng)求后發(fā)出111送給接收端。插入請(qǐng)求發(fā)出一個(gè)指令，在V1位加入塞入脈沖，通過(guò)圖4.18中的比較器可以做到緩存器快要讀空時(shí)發(fā)出一指令，命令2112kHz時(shí)鐘停讀一次，使緩存器中的存儲(chǔ)量增加，而這一次停讀就相當(dāng)于使圖4.19(a)的V1比特位置沒(méi)有置入信碼而只是一位作為碼速調(diào)整的比特碼（即塞入脈沖）。圖4.19(a)調(diào)整段（幀結(jié)構(gòu)）的意義就是每212比特比相一次，即作一次是否需要調(diào)整的判決。判決結(jié)果需要停讀，V1就是調(diào)整比特；不需要停讀，V1就仍然是信碼。這樣一來(lái)就把在2048kbit/s上上下波動(dòng)的支路碼流都變成同步的2112kbit/s碼流。在復(fù)接器中，每個(gè)支路都要經(jīng)過(guò)正碼速的調(diào)整。由于各支路的讀出時(shí)鐘都是由復(fù)接器提供的同一時(shí)鐘2112kHz所以經(jīng)過(guò)這樣調(diào)整，就使4個(gè)支路的瞬時(shí)數(shù)碼率都相同，即均為2112kb/s，故一個(gè)復(fù)接幀長(zhǎng)為8448bit(二次群），其幀結(jié)構(gòu)如圖4.19(b)所示。圖4.19(b)是由圖4.19(a)所示的4個(gè)支路比特流按比特復(fù)接的方法復(fù)接起來(lái)而得到的。所謂按比特復(fù)接，就是將復(fù)接開關(guān)每旋轉(zhuǎn)一周，在各個(gè)支路取出一個(gè)比特。也有按字復(fù)接的，即開關(guān)旋轉(zhuǎn)一周，在各支路上取出一字節(jié)。在數(shù)字復(fù)接器中，復(fù)接單元輸入端上各支路信號(hào)必須是同步的，即數(shù)字信號(hào)的頻率與相位完全是確定的關(guān)系。只要使各支路數(shù)字脈沖變窄，將相位調(diào)整到合適位置，并按照一定的幀結(jié)構(gòu)排列起來(lái)，即可實(shí)現(xiàn)數(shù)字合路復(fù)接功能。在分接側(cè)碼速恢復(fù)時(shí)，就要識(shí)別V1到底是信碼還是調(diào)整比特；如果是信碼，將其保留；如果是調(diào)整比特，就將其舍棄。這可通過(guò)C11、C12、C13來(lái)決定。因?yàn)閺?fù)接時(shí)已約定，若比相結(jié)果無(wú)需調(diào)整，C11、C12、C13為000；若比相結(jié)果要調(diào)整，C11、C12、C13為111，所以碼速恢復(fù)時(shí)，根據(jù)C11、C12、C13是111還是000就可以決定V1應(yīng)舍去還是應(yīng)保留。從原理上講，要識(shí)別V1是信碼還是調(diào)整比特，只要1位碼就夠了。這里用3位碼主要是為了提高可靠性。如果用1位碼，這位碼傳錯(cuò)了，就會(huì)導(dǎo)致對(duì)V1的錯(cuò)誤處置。例如用“1”表示有調(diào)整，“0”表示無(wú)調(diào)整，經(jīng)過(guò)傳輸若“1”錯(cuò)成“0”，就會(huì)把調(diào)整比特錯(cuò)當(dāng)成信碼；反之，若“0”錯(cuò)成“１”，就會(huì)把信碼錯(cuò)當(dāng)成調(diào)整比特而舍棄。現(xiàn)在用3位碼，采用大數(shù)判決，即“1”的個(gè)數(shù)比“0”多認(rèn)定是3個(gè)“１”碼；反之，則認(rèn)定3個(gè)“0”碼。這樣，即使傳輸中錯(cuò)一位碼，也仍然能正確判別V1的性質(zhì)。(3)復(fù)接等級(jí)和速率系列準(zhǔn)同步數(shù)字體系(PlesiochronousDigitalHierarchy,PDH)）國(guó)際上主要有兩大系列的準(zhǔn)同步數(shù)字體系，都經(jīng)原CCITT推薦，即PCM24路系列和PCM30／32路系列。北美和日本采用1.544Mbit／s作為第一級(jí)速率（即一次群）的PCM24路數(shù)字系列，但兩家又略有不同；歐洲和中國(guó)則采用2.048Mbit／s作為第一級(jí)速率（即一次群）的PCM30／32路數(shù)字系列。在表4.1中，二次群(以30/32路作為一次群為例)的標(biāo)準(zhǔn)速率8448kb/s＞2048×4=8192kb/s。其他高次群復(fù)接速率也存在類似問(wèn)題。這些多出來(lái)的碼元是用來(lái)解決幀同步、業(yè)務(wù)聯(lián)絡(luò)以及控制等問(wèn)題的。

圖4.21數(shù)字復(fù)接示意圖表