数字微波通信系统的PCM／TDM复用方式

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数字微波通信系统的PCM／TDM复用方式

    普通的单路电话线只能传输一路话音信号，所谓复用就是将多路信号组合成群信号，同时在一条线路上传输，以达到提高通信容量的目的。模拟通信和数字通信根据各自不同的特点，采用不同的多路复用方式。模拟通信系统一般采用频分复用(FDM)方式，将多路话音信号调制在不同频率的载波上传送，多路信号复用设备是载波机。而数字通信系统则往往采用时分复用(TDM)方式，将不同的话路信号放置在不同的时隙中进行传送，多路信号复用设备是复接／分接设备。数字复接是实现数字信号合并的专门技术，数字通信网中的数字复用设备相当于模拟通信网中的载波机。

    1．PCM

    我们以话音信号为例来说明数字通信的基本原理。人类的语音信号的频率范围在300—3 400 Hz之间，留有一定余地，设话音信号最高频率为4 kHz，则根据奈奎斯特采样定理，将话音信号数字化所需要的采样频率为8 kHz，即采样周期为l25 US 0再把每个采样值用8位二进制数字编码，就把模拟话音信号转换成了数字信号。因此，一路话音信号转换成数字信号以后，比特率为8 x8 000 b／s：64 kb／s。将模拟信号用脉冲信号进行采样使其离散化并进行数字编码的过程称为脉冲编码调制，简称PCM，这是将模拟话音信号转换成数字信号的基本方法。

    2．TDM

    由于采样脉冲相对采样时间是持续时间很短的窄脉冲，如每隔125 txs采样一次，每个采样脉冲的持续时间只占125 lis的几十分之一甚至几百分之一，因此得到的PCM信号在时间轴上的大部分时间是空闲的。为了提高信道利用率，可以利用这些空闲时间来传输其他话音信号的PCM脉冲，从而实现多路话音信号的分时传送，这就是TDM的基本思想(见图3—5—1)。在数字通信中，把整个通信过程划分成一个一个基本的时间间隔，按照通信中的术语，称这个基本时间间隔为“帧”，对于8 kHz采样频率，其基本时间间隔是125／is，即帧长是125“s。每一帧的时间再根据复用的路数划分为许多不相重叠的小时间间隔，称做“时隙”，每个时隙依次传输各路信号的一个信息单元。如果信息单元是位(bit)，称为逐位复用；如果信息单元是字节(byte)，称为逐字复用。复用的各路信号的信码在帧中的排列结构称为帧结构。

    例如，把l25 tzs分成32个时隙，每个时隙为3．9us，把代表话音信号的每个样值的8比特二进制数码安排在一个时隙之内传送，则每比特占时488。。．坟样，就可以复接30个话路(共32路，另外两路的时隙留作他用)。因为每个话路的速率为64 kb／s，复接32个话路的总码率将达到32×64：2 048 kb／ss2 Mb／s，这就是我们通常所说的PCM基群的码率。

    按照前面的思路，如果把每一时隙的时间分得更小，那么复接的路数就能更多。在PDH中，基群的容量为30／32路，二次群的容量为120路，三次群的容量为480路，四次群的容量为1 920路，五次群的容量为7 680路。相应地，基群、二次群、三次群、四次群、五次群的比特传输速率依次为2 048 kb／s、8 448 kb／。、34 358 kb／s、139 264 kb／s、564 992 kb／s。

    3．实现TDM的关键问题

    让我们用图3—5—2的旋转开关说明TDM的实现过程。图中，发信端有一旋转开关S·，收信端也有一个对应的旋转开关S：，要求收发两端的旋转开关以相同的速度旋转。S，在起始接点时S。也必在起始点位置。当S，旋转到接点1，sz也旋至接点1，使甲地l号用户和乙地l号用户的话音沟通，经过一个时隙的时间125 ws／N(N为复用的话路数)，S．和S：开关分别旋转至2号接点，使甲乙两地的2号用户接通。如此循环往复，使与接点相连接的用户每隔125“。接通一次，每次持续时间为一个时隙的时间。复用用户在每帧中都是依次接通的，互不重叠。因此，只要两个旋转开关旋转的速度相同并且同步，各对应的用户间的通话就不会错位。

    旋转开关S．相当于一个采样器，S：相当于一个分路器。采样后的话音脉冲经编码转换成数字信号，到达接收端再解码，通过S：分送给各用户，经滤波后还原成模拟的话音信号。由于每个话路的采样时间相互错开，所以各通话用户间的话音信息不会互相干扰，实现了TDM通信。这里要解决的关键问题有两个。

    (1)帧同步

    收发端旋转开关在每一周的旋转中对应的起始时间和顺序必须一致，这样才能保证每一帧中的各路数码被正确地分送到每一路中去。帧同步使接收端能够准确地知道每帧的起始时刻，保证正确识别路序，实现正确分路。

    (2)位同步

    收发端开关的旋转速度必须相同，保证每位数码的选通时间保持一致，即保证收发端信息速率一致，避免分路错位。

    复用后的数字基带信号的位速率比复用前大大提高了，如果复用前的数据位速率是R。，则复用后的数据位速率R。>NR。。由于复用时还要增加帧同步码和信令码，因此数据位速率要大于Ⅳ倍的R。。

  4．PCM／TDM组群标准及帧结构

  国际电信联盟(ITU)对PCM／TDM数字电话推荐了两个组群标准(每路数字话路8位编码，位速率=64 kb／s)。欧洲和中国采用30／32路标准，基群数码率为2 048 kb／s，美国和日本采用24路标准，基群数码率为l 544 kb／s(见表3—5—1)。

    对非话路信号数字化后利用数字通信系统进行传输时，编码后的位速率也应遵循ITU的推荐标准。比如，6MHz带宽的彩色电视信号，若采用8位编码，可采用30／32路的四次群传输；对低速率的数据，如：4 800 b／s、9 600 b／s，可以使用TDM合成64 kb／s的速率，从而利用一路PCM话路信道进行传输。

    图3—5—3为30／32路PCM／TDM的基群帧结构。在125¨s时间里，复用的路数N=32，即一帧中安排32个时隙：TS0，TSl，TS2，…，TS31。每个时隙占时间3．9ps，称为路时隙。其中，TSl，TS2，．．，TSl5和TSl7，TSl8，…，TS31用来传送30路话路码组。TS0传输帧同步码组(帧同步信号或帧失步告警信号)，TSl6传输信令码以及复帧同步码组(信令码用来表示某一路的摘机、挂机、正常、故障以及话务员的再振铃或强拆等信息)。

    TS0的8位码每隔l帧传送1次，规定偶数帧的TS0传送帧同步码，奇数帧的TS0传送帧失步对告，帧失步对告安排在第3位，当本局接收端同步时，向对方局发0，否则发l。其余各位均为1，保留给国内使用。

    TSl6也由8位码组成。通常用4位码传送每路话路的信令即可，所以TSl6分为两部分，前4位和后4位分别传送2路信令信号。30路话路需要15个 TSl6传送信令信号，所以将l6帧组成一复帧(复帧长125斗。×16：2。s)，编号为F0，Fl，…，Fl5，在F0帧中的TSl6的前4位传0000，作为复帧同步码，第6位作为复帧失步对告码，0表示同步，1表示失步，余下的码保留，不用时固定为l。 F1～Fl5中TSl6的前4位传送的是前l5路话路的信令码，后4位传送的是后15路话路的信令码。

 

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