模拟信号的数字传输(下).ppt

9.7 增量调制增量调制（M或或DM）9.7.1 增量调制原理增量调制原理 前面讲述的前面讲述的PCM对模拟信号的抽样值进行量化后编码，对模拟信号的抽样值进行量化后编码，需要需要n位二进制码元，一般位二进制码元，一般n比较大，且需要较复杂的编译比较大，且需要较复杂的编译码设备。码设备。如：如：语音传输：语音传输：n3或或4；电话：电话：n7或或8（非均匀）；（非均匀）；可视电话：可视电话：n3或或4；高保真音乐：高保真音乐：n10；彩电：彩电：n10；2024/5/21 周二1 增量调制（增量调制（M），将模拟信号变换成仅由），将模拟信号变换成仅由一位二进一位二进制码元（制码元（n1）组成的数字序列，该码元组成的数字序列，该码元代表相邻抽样值代表相邻抽样值的相对大小，只对前后量化值之差的符号进行编码的相对大小，只对前后量化值之差的符号进行编码。增量调制（增量调制（M）是继）是继PCM后出现的又一种模拟信号后出现的又一种模拟信号数字化的方法，最早由法国工程师数字化的方法，最早由法国工程师Re.Loraine于于1946年提年提出，其目的在于简化模拟信号数字化的方法，在以后的出，其目的在于简化模拟信号数字化的方法，在以后的30多年间，在军事、工业部门的专门通信网、卫星通信中得多年间，在军事、工业部门的专门通信网、卫星通信中得到广泛的应用，近几年，在高速超大规模集成电路中用作到广泛的应用，近几年，在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。转换器。2024/5/21 周二2一、增量调制的特点一、增量调制的特点1、优点：、优点：（1）数码率）数码率/比特率比特率/传码率下降传码率下降相对于相对于PCM对于对于PCM，如果抽样频率为，如果抽样频率为fs，编成，编成n位位PCM码时，数码码时，数码率为：率为：nfs 对于对于M，如果抽样频率为，如果抽样频率为fs，由于，由于n1，数码率为：，数码率为：fs注意：一般地，注意：一般地，fs比比fs大，至少大，至少2倍以上。倍以上。总之，总之，M的数码率相对于的数码率相对于PCM的数码率，可以相对减小。的数码率，可以相对减小。2024/5/21 周二3（2）在比特率较低时，）在比特率较低时，M的的量化信噪比量化信噪比优于优于PCM；而；而在比特率较高时，在比特率较高时，PCM的的量化信噪比量化信噪比优于优于M。（3）M的抗噪声性能优于的抗噪声性能优于PCM：M能工作在误比特率为能工作在误比特率为10-210-3的信道；的信道；PCM则要求误比特率为则要求误比特率为10-410-6；（4）M的编码器比的编码器比PCM简单。简单。2、缺点：、缺点：M要求信号的波形随时间不能变化太快，即要求信号要求信号的波形随时间不能变化太快，即要求信号频率不能高（很低），如对语音信号，高频部分（频率不能高（很低），如对语音信号，高频部分（4KHz）也偏高，否则将发生严重失真也偏高，否则将发生严重失真过载失真过载失真/斜率失真斜率失真。2024/5/21 周二4二、二、M的原理的原理1、第一种原理框图、第一种原理框图（1）编码器）编码器 mk*延延 迟迟Z-1 抽抽 样样二电平量化器二电平量化器m(t)mkekrkmk 数码形成器数码形成器C(n)mk(n)：第：第n个抽样值；个抽样值；mk(n)：n时刻的时刻的预测值预测值，即，即本地译码信号本地译码信号；本地译码器本地译码器本地译码信号本地译码信号重建样值重建样值差值信号差值信号2024/5/21 周二5mk*(n)：mk(n)在在n时刻的时刻的重建样值重建样值，在没有传输误码的，在没有传输误码的情况下，情况下，mk*(n)就是就是接收端的重建样值接收端的重建样值；Z-1：一阶预测器（延迟）；：一阶预测器（延迟）；ek：差值信号差值信号；mk*延延 迟迟Z-1 抽抽 样样二电平量化器二电平量化器m(t)mkekrkmk 数码形成器数码形成器C(n)本地译码信号本地译码信号重建样值重建样值差值信号差值信号2024/5/21 周二6二电平量化器：二电平量化器：mk*延延 迟迟Z-1 抽抽 样样二电平量化器二电平量化器m(t)mkekrkmk 数码形成器数码形成器C(n)量化特性：量化特性：量化台阶：量化台阶2024/5/21 周二7数码形成器：将量化电平（数码形成器：将量化电平（）按以下规则编成一位）按以下规则编成一位二进制码二进制码 C（n）mk*延延 迟迟Z-1 抽抽 样样二电平量化器二电平量化器m(t)mkekrkmk 数码形成器数码形成器C(n)若若rk=+时，则时，则C(n)1；若若rk=时，则时，则C(n)0；2024/5/21 周二8（2）译码器）译码器延延 迟迟Z-1rkmk*解码解码C(n)译码器由译码器由“延迟相加电路延迟相加电路”组成，它和编码器中的组成，它和编码器中的相同。所以当无传输误码时，相同。所以当无传输误码时，mk*=mk*mk*：接收端重建样值：接收端重建样值:若若C(n)1时，则时，则rk=+；若若C(n)0时，则时，则rk=；解码器规则：解码器规则：从原理上讲，输出的重建样值从原理上讲，输出的重建样值mk*经过抽样保持电路、经过抽样保持电路、LPF和接收均衡器，就可以恢复出原模拟信号和接收均衡器，就可以恢复出原模拟信号m(t)。mk2024/5/21 周二92、第二种、第二种M原理结构图原理结构图实际的实际的M系统系统（1）编码器）编码器m(t)：模拟信号模拟信号；编码器：典型的判决器编码器：典型的判决器D触发器：触发器：抽样、量化、抽样、量化、编码一次完成编码一次完成；脉冲源：产生周期为脉冲源：产生周期为 T抽样脉冲；抽样脉冲；2024/5/21 周二10本地译码器：本地译码器：积分器积分器m(t)：本地译码信号，十分接：本地译码信号，十分接近近前一时刻的抽样值前一时刻的抽样值。图中编码器输入信号为图中编码器输入信号为m(t)，它与预测信号，它与预测信号m (t)值值相减，得到相减，得到预测误差预测误差e(t)。由于。由于 m(t)十分接近前一时刻的十分接近前一时刻的抽样值，所以抽样值，所以e(t)反映了相邻两抽样值的近似差值（增量）反映了相邻两抽样值的近似差值（增量），所以称为，所以称为“增量调制增量调制”。2024/5/21 周二11预测误差预测误差e(t)被周期为被周期为T的抽样冲激序列的抽样冲激序列 T(t)抽样：抽样：若抽样值为正值，则判决输出电压若抽样值为正值，则判决输出电压+（用（用“1”代表）；代表）；若抽样值为负值，则判决输出电压若抽样值为负值，则判决输出电压-（用（用“0”代表）。代表）。二进制码的二进制码的“1”表示表示m(t)的的阶梯逼近波形阶梯逼近波形（预测信号预测信号）m(t)在给定时间内上升一个台阶在给定时间内上升一个台阶 ；二进制码的二进制码的“0”表示表示m(t)的的阶梯逼近波形阶梯逼近波形（预测信预测信号号）m(t)在给定时间内下降一个台阶在给定时间内下降一个台阶。由原理图可知：由原理图可知：+,M：1,02024/5/21 周二12预测信号预测信号模拟信号模拟信号波形图：波形图：只要只要T和和都足够小，则都足够小，则m(t)与与m(t)会相当地接近。会相当地接近。输出二进制波形输出二进制波形Tsd(t)比较对象：比较对象：模拟信号模拟信号预测信号预测信号2024/5/21 周二13（2）译码：在收发用一）译码：在收发用一积分器积分器来实现来实现 积分器每收到一个积分器每收到一个“1”码元就使其输出码元就使其输出mo(t)升高升高，每收到一个，每收到一个“0”码元就使其输出码元就使其输出mo(t)降低降低，这样就，这样就可以恢复出相应的阶梯形电压。可以恢复出相应的阶梯形电压。mo(t)+,d(t):M：1,02024/5/21 周二14M码：码：0 1 0 1 0 1 1 1 1 1 1d(t):-+-+-+mo(t)mo(t)2024/5/21 周二15 克服：这个阶梯电压通过克服：这个阶梯电压通过低通滤波器低通滤波器平滑后，就得平滑后，就得到十分接近编码器原输入的模拟信号。到十分接近编码器原输入的模拟信号。注意：积分器的输出有两种：注意：积分器的输出有两种：阶梯波形斜变波形阶梯波形斜变波形。无论哪种波形，在抽样时刻其波形幅度相同，它们没无论哪种波形，在抽样时刻其波形幅度相同，它们没有本质的区别，只是实现方法不同而已。有本质的区别，只是实现方法不同而已。译码器输出的波形较好地反映了译码器输出的波形较好地反映了m(t)的形状，但其缺的形状，但其缺点是点是波形有棱角（高频部分），引入例如高次谐波，频谱波形有棱角（高频部分），引入例如高次谐波，频谱很宽。很宽。LPF的的截止频率截止频率：原模拟信号：原模拟信号m(t)的带宽的带宽fm。2024/5/21 周二16输出二进制波形输出二进制波形Ts预测信号预测信号模拟信号模拟信号当信号变化较快（即频率较大时）：当信号变化较快（即频率较大时）：d(t)2024/5/21 周二179.7.2 增量调制系统中的量化噪声增量调制系统中的量化噪声一、量化噪声产生的原因一、量化噪声产生的原因一般量化噪声一般量化噪声由于编译码时用由于编译码时用阶梯波形阶梯波形去近似表示模去近似表示模拟信号波形，由阶梯本身的电压突跳产生失真。这是增量拟信号波形，由阶梯本身的电压突跳产生失真。这是增量调制的基本量化噪声，又称调制的基本量化噪声，又称一般量化噪声一般量化噪声。它伴随着信号。它伴随着信号永远存在，即只要有信号，就有这种噪声。永远存在，即只要有信号，就有这种噪声。过载量化噪声过载量化噪声信号变化过快引起失真；这种失真称信号变化过快引起失真；这种失真称为过载量化噪声。它发生在输入信号斜率的绝对值过大为过载量化噪声。它发生在输入信号斜率的绝对值过大时。时。2024/5/21 周二18(a)基本量化噪声e(t)(b)过载量化噪声e(t)（a）基本量化噪声）基本量化噪声（b）过载量化噪声）过载量化噪声e(t)=m(t)-m(t)量化噪声：量化噪声：基本量化误差范围：基本量化误差范围：（-，+）2024/5/21 周二19二、最大跟踪斜率二、最大跟踪斜率 设抽样周期为设抽样周期为T，抽样频率为，抽样频率为fs=1/T，量化台阶为，量化台阶为，则，则一个阶梯台阶的斜率一个阶梯台阶的斜率k 为：为：它是它是译码器的最大跟踪斜率译码器的最大跟踪斜率。当输入信号斜率超过这个当输入信号斜率超过这个最大值时，将发生最大值时，将发生过载量化噪声过载量化噪声。克服方法：克服方法：提高最大跟踪斜率提高最大跟踪斜率k。斜率不失真（无斜率过载）要求：斜率不失真（无斜率过载）要求：2024/5/21 周二201、的处理：应当适当选择。的处理：应当适当选择。2、fs的处理：必须选得足够大的处理：必须选得足够大。过载量化噪声过载量化噪声一般量化噪声一般量化噪声 过载量化噪声过载量化噪声一般量化噪声一般量化噪声fs过载量化噪声过载量化噪声一般量化噪声一般量化噪声 fs不仅要满足抽样定理，还应该不仅要满足抽样定理，还应该远远高于远远高于奈奎斯特抽样奈奎斯特抽样率率2fH，才能实现波形，同时还满足斜率不失真。，才能实现波形，同时还满足斜率不失真。克服方法：克服方法：提高最大跟踪斜率提高最大跟踪斜率k。实际中增量调制采用的抽样频率实际中增量调制采用的抽样频率fs值比值比PCM和和DPCM的抽样频率值都大很多；对于语音信号而言，增量调制采的抽样频率值都大很多；对于语音信号而言，增量调制采用的抽样频率在几十千赫到百余千赫。用的抽样频率在几十千赫到百余千赫。2024/5/21 周二21e(t)三、量化噪声的计算三、量化噪声的计算假定系统不会产生假定系统不会产生过载量化噪声过载量化噪声，只有，只有基本量化噪声基本量化噪声。由图可知，由图可知，e(t)随随时间在区间时间在区间(-,+)内变内变化。化。假设它在此区间内假设它在此区间内均均匀分布匀分布，则，则e(t)的概率的概率分布密度分布密度f(e)可以表示可以表示为：为：2024/5/21 周二22e(t)的平均功率的平均功率可以表示成可以表示成 假设这个功率的频谱假设这个功率的频谱均匀分布均匀分布在从在从0到抽样频率到抽样频率fs之之间，即其间，即其单边功率谱密度单边功率谱密度P(f)可以近似地表示为可以近似地表示为 此量化噪声通过此量化噪声通过截止频率为截止频率为fm的低通滤波器的低通滤波器(LPF)之之后，其功率等于：后，其功率等于：由上式可以看出，由上式可以看出，此基本量化噪声功率只和量化台此基本量化噪声功率只和量化台阶阶 与与(fm/fs)有关，和输入信号大小无关有关，和输入信号大小无关。2024/5/21 周二23【例例】已知：已知：，求：临界条件下的，求：临界条件下的So/Nq。已知输入信号为已知输入信号为其其斜率斜率由下式决定由下式决定此斜率的最大值等于此斜率的最大值等于:为了保证为了保证不发生过载不发生过载，则要求，则要求:则则保证不过载的临界振幅保证不过载的临界振幅Amax应该等于应该等于解：解：2024/5/21 周二24临界振幅临界振幅这个条件限制了这个条件限制了信号的最大功率信号的最大功率。最大信号功率最大信号功率:噪声功率为：噪声功率为：最大信号量噪比最大信号量噪比2024/5/21 周二25由此式可知：由此式可知：fk（信号频率）（信号频率）So/Nqfs（抽样频率）（抽样频率）So/Nq fm（LPF截止频率）截止频率）So/Nq上式可改写成：上式可改写成：最大信号量噪比最大信号量噪比2024/5/21 周二26分析可知：分析可知：1、M的信号量噪比与的信号量噪比与fs3成正比，即抽样频率每提高一倍，成正比，即抽样频率每提高一倍，量化信噪比就提高量化信噪比就提高9dB，通常记为，通常记为9dB/倍频程倍频程；（lg20.3）2、M的信号量噪比与的信号量噪比与fk2成反比，即信号频率每提高一倍，成反比，即信号频率每提高一倍，量化信噪比就下降量化信噪比就下降6dB，通常记为，通常记为6dB/倍频程倍频程；因此，简单因此，简单M时，语音高频段的量化信噪比下降，时，语音高频段的量化信噪比下降，即即M只适应频率很低的信号。只适应频率很低的信号。一般一般M的抽样频率的抽样频率fs至少在至少在16KHz以上，才能使信噪比达到以上，才能使信噪比达到15dB，32KHz时到达时到达24dB，这也只能满足一般通信质量的要求，较，这也只能满足一般通信质量的要求，较好的信噪比要求大于好的信噪比要求大于40dB，则，则fs需要达到需要达到100KHz以上。以上。2024/5/21 周二27五、五、M与与PCM系统的比较系统的比较1、抽样速率、抽样速率 PCM系统中的抽样速率系统中的抽样速率fs是根据抽样定理来确定的。若信是根据抽样定理来确定的。若信号的最高频率为号的最高频率为fm，则，则fs2fm。对语音信号，取。对语音信号，取fs=8kHz。在在M系统的抽样速率系统的抽样速率fs不能根据抽样定理来确定。不能根据抽样定理来确定。M的抽样速率与的抽样速率与最大跟踪斜率和信噪比最大跟踪斜率和信噪比有关。在保证不发生过有关。在保证不发生过载，达到与载，达到与PCM系统系统相同的信噪比相同的信噪比时，时，M的抽样速率的抽样速率远远远远高于高于奈奎斯特速率。采用奈奎斯特速率。采用M系统时，抽样速率至少为系统时，抽样速率至少为100 kHz。通常，通常，M抽样速率采用抽样速率采用32kHz或或16kHz时，语音质量不时，语音质量不如如PCM。2024/5/21 周二282、数码率、数码率PCM系统的数码率为系统的数码率为Rb=Nfs（N较大）。较大）。M系统的数码率为系统的数码率为Rb=fs，处理语音信号，达到与，处理语音信号，达到与PCM系统系统相同的信噪比相同的信噪比时，抽样速率至少为时，抽样速率至少为100 kHz，则数码率也，则数码率也至少为至少为100Kb/s。当当M速率采用速率采用32kHz或或16kHz时，其数码率比时，其数码率比PCM低。低。3、带宽、带宽 M系统的数码率为系统的数码率为Rb=fs，在无，在无ISI和理想低通信道条和理想低通信道条件下，件下，最小带宽最小带宽为为 PCM系统的数码率为系统的数码率为Rb=Nfs64 kHz，因而要求，因而要求最最小信道带宽小信道带宽为为Rb/2=32kHz（实际为（实际为fs）（实际为（实际为64KHz）2024/5/21 周二294、M与与PCM性能的比较性能的比较（1）PCM：性能用下式估计：性能用下式估计：当当M1时，有：时，有：当码组扩展一位，即：当码组扩展一位，即：nn+1，则则PCM性能改善性能改善6dB。（2）M的性能的性能fs：9dB/倍频程倍频程fk：6dB/倍频程倍频程2024/5/21 周二30 当在相同信道中，即当在相同信道中，即信道带宽相等，具有相同的信信道带宽相等，具有相同的信道传输速率道传输速率Rb，两者的性能比较如下图：，两者的性能比较如下图：1 2 3 4 5 6 7PCMM如果如果PCM编码的编码的位数位数n4，则：，则：PCM性能优于性能优于M；且且n越大越好。越大越好。（S0/Nq）dB2024/5/21 周二319.8 时分复用和复接时分复用和复接9.8.1 基本概念基本概念 把多个不同信源所发出的信号（如语音）组合成一个群把多个不同信源所发出的信号（如语音）组合成一个群信号，并经由同一信道进行传输，在接收端再将他们分离并信号，并经由同一信道进行传输，在接收端再将他们分离并相应地接收。相应地接收。1、多路通信：、多路通信：2、复用的种类：、复用的种类：频分复用频分复用 FDM时分复用时分复用 TDM码分复用码分复用 CDM2024/5/21 周二32复用的种类：复用的种类：频分复用频分复用 FDM是模拟通信中广泛使用的传输方式，利是模拟通信中广泛使用的传输方式，利用调制手段和滤波技术使多路信号以用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割频率分割的方式在同一的方式在同一线路上互不干扰地传输；线路上互不干扰地传输；时分复用时分复用 TDM是现代数字通信中主要采用的传输方式是现代数字通信中主要采用的传输方式，在一个信道上多路信号以，在一个信道上多路信号以时间分割时间分割的方式互不干扰地传的方式互不干扰地传输；输；码分复用码分复用 CDM是移动通信中使用的先进方式，在一是移动通信中使用的先进方式，在一个信道上多路信号以个信道上多路信号以不同的编码方式不同的编码方式互不干扰地传输。互不干扰地传输。2024/5/21 周二333、时分复用的概念、时分复用的概念 时分复用建立在时分复用建立在抽样抽样的基础上（抽样定理使连续的基础上（抽样定理使连续/模模拟的基带信号有可能被在拟的基带信号有可能被在时间上离散的时间上离散的抽样脉冲值取代）抽样脉冲值取代），抽样脉冲之间留出的时间间隔可以传输其它信号的抽，抽样脉冲之间留出的时间间隔可以传输其它信号的抽样值，即让一条信道可以传输若干个基带信号，而且接样值，即让一条信道可以传输若干个基带信号，而且接收端只要在时间上恰当地分离，各信号就可以得到分离。收端只要在时间上恰当地分离，各信号就可以得到分离。2024/5/21 周二344、时分复用模型、时分复用模型mi(t)低通低通1低通低通2低通低通N信道信道低通低通1低通低通2低通低通N同步旋转同步旋转开关开关m1(t)m2 (t)m2(t)m1(t)mN (t)mN(t)（1）按路复用，）按路复用，共共N路信号，每路首先必须时间离散；设路信号，每路首先必须时间离散；设每路信号的抽样定理为每路信号的抽样定理为fs。2024/5/21 周二35（3）帧的概念：开关）帧的概念：开关K旋转一圈为一帧。旋转一圈为一帧。一帧时间：一帧时间：K的旋转周期的旋转周期Ts，即对单路信号进行抽样的，即对单路信号进行抽样的 周期；周期；（2）同步旋转开关：）同步旋转开关：如语音：抽样频率为如语音：抽样频率为fs=8000Hz，一帧时间：一帧时间：Ts1/fs=1/8000=125s 每秒旋转每秒旋转fs次，即旋转周期为次，即旋转周期为Ts1/fs，在一周内对，在一周内对各输各输入信号都进行一次抽样；入信号都进行一次抽样；2024/5/21 周二36（4）时隙）时隙：相邻信号的抽样间隔或一路信号占用的时间。相邻信号的抽样间隔或一路信号占用的时间。时隙的分配：时隙的分配：1 2 3 N 1 2 一帧时间一帧时间 由时隙分配图可见：一帧时间就是由时隙分配图可见：一帧时间就是N个时隙的总时间，个时隙的总时间，且有：且有：2024/5/21 周二37（5）开关配合要求）开关配合要求“同步同步”：在接收端，若开关同步地旋在接收端，若开关同步地旋转，则对应各路的低通滤波器输入端能得到相应路的转，则对应各路的低通滤波器输入端能得到相应路的PAM信号；信号；此旋转开关采集到的信号如下图所示。此旋转开关采集到的信号如下图所示。在时分复用基本原理中的在时分复用基本原理中的机械旋转开关机械旋转开关，在实际电路中，在实际电路中是用是用抽样脉冲抽样脉冲取代的。因此，取代的。因此，各路抽样脉冲的频率必须严格各路抽样脉冲的频率必须严格相同，而且相位也需要有确定的关系，使各路抽样脉冲保持相同，而且相位也需要有确定的关系，使各路抽样脉冲保持等间隔等间隔的距离。的距离。在一个多路复用设备中使各路抽样脉冲严格保持这种关在一个多路复用设备中使各路抽样脉冲严格保持这种关系并不难，因为可以由系并不难，因为可以由同一时钟同一时钟提供各路抽样脉冲。提供各路抽样脉冲。2024/5/21 周二38m1(t)m2(t)1帧帧T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N时隙时隙1 旋转开关采集到的信号旋转开关采集到的信号 信号信号m1(t)的采样的采样 信号信号m2(t)的采样的采样旋转开关采集到的信号图形：旋转开关采集到的信号图形：注意：每路信号实际上是注意：每路信号实际上是PAM调制的信号调制的信号。2024/5/21 周二39 抽样信号一般都在量化编码后以数字信号的形式传输，抽样信号一般都在量化编码后以数字信号的形式传输，是已量化和编码的多路是已量化和编码的多路PCM信号或信号或M信号合成的时分复用。信号合成的时分复用。（6）完整的传输系统包括：）完整的传输系统包括：量化、编码、调制解调、传输量化、编码、调制解调、传输媒质、译码等；媒质、译码等；5、时分复用的主要优点：、时分复用的主要优点：便于实现数字通信、易于制造、适于采用集成电路实现、便于实现数字通信、易于制造、适于采用集成电路实现、生产成本较低。生产成本较低。上述模型是对上述模型是对PAM信号的时分复用，模拟脉冲振幅调制信号的时分复用，模拟脉冲振幅调制目前几乎不再用于传输。目前几乎不再用于传输。故上述仅是时分复用的基本原理。故上述仅是时分复用的基本原理。2024/5/21 周二406、PCM的时分复用的时分复用12N12NRbRbRbNRbK1K2按位交织（串按位交织（串/并）并）（1）每路数字信号必须是）每路数字信号必须是同步数字信号同步数字信号。它们的传信率。它们的传信率必须相等（同步的要求），均为必须相等（同步的要求），均为Rb，则信道上的传信率为，则信道上的传信率为NRb；（2）信道不是）信道不是PAM时分复用使的按路复用，对于数字码元，时分复用使的按路复用，对于数字码元，PCM的时分复用采用的时分复用采用按位交织按位交织的形式；的形式；2024/5/21 周二41按位交织：按位交织：如如N=4，4路路PCM信号的信号的TDM：12341234101111000010按位交织按位交织101111000010信道上按位交织：信道上按位交织：1100 0101 11002024/5/21 周二427、复接和分接、复接和分接（1）复接：将低次群合并成高次群的过程。）复接：将低次群合并成高次群的过程。在通信网中往往有多次复用，由若干链路来的多路时分在通信网中往往有多次复用，由若干链路来的多路时分复用信号，再次复用，构成高次群。各链路信号来自不同地复用信号，再次复用，构成高次群。各链路信号来自不同地点，其时钟（频率和相位）之间存在误差。所以在低次群合点，其时钟（频率和相位）之间存在误差。所以在低次群合成高次群时，需要将各路输入信号的时钟调整统一。成高次群时，需要将各路输入信号的时钟调整统一。（2）分接：将高次群分解为低次群的过程称为分接。）分接：将高次群分解为低次群的过程称为分接。目前大容量链路的复接几乎都是目前大容量链路的复接几乎都是TDM信号的复接。信号的复接。标准：关于复用和复接，国际电信联盟标准：关于复用和复接，国际电信联盟 ITU对于对于TDM多路多路电话通信系统，制定了两种电话通信系统，制定了两种准同步数字体系准同步数字体系(PDH)和两种和两种同步数字体系同步数字体系(SDH)标准标准的建议。的建议。2024/5/21 周二439.8.2 准同步数字体系准同步数字体系(PDH)一、一、ITU提出的两个建议：提出的两个建议：（1）E体系体系 我国大陆、欧洲及国际间连接采用；我国大陆、欧洲及国际间连接采用；（2）T体系体系 北美、日本和其他少数国家和地区采用。北美、日本和其他少数国家和地区采用。层层次次比特率（比特率（Mb/s）路数（每路路数（每路64kb/s）E体体系系E-12.04830E-28.448120E-334.368480E-4139.2641920E 5565.148768044442024/5/21 周二44层层次次比特率（比特率（Mb/s）路数（每路路数（每路64kb/s）T体体系系T 11.54424T-26.31296T-332.064（日本）（日本）48044.736（北美）（北美）672T 497.728（日本）（日本）1440274.176（北美）（北美）4032T5397.200（日本）（日本）5760560.160（北美）（北美）80644534762T体系体系 北美、日本和其他少数国家和地区采用。北美、日本和其他少数国家和地区采用。2024/5/21 周二45二、二、E体系的结构图体系的结构图130(32路路 64 kb/s)一次群一次群 2.048 Mb/s复用复用设备设备14路路 2.048 Mb/s二次群二次群 8.448 Mb/s二次复用二次复用4复用复用设备设备三次群三次群 34.368 Mb/s三次复用三次复用复用复用设备设备144路路 8.448 Mb/s五次复用五次复用复用复用设备设备五次群五次群 565.148 Mb/s4路路 139.264 Mb/s 四次群四次群 139.264 Mb/s复用复用设备设备144路路 34.368 Mb/s四次复用四次复用2024/5/21 周二46三、三、E体系的速率：体系的速率：基本层基本层(E-1)：30路路PCM数字电话信号，每路数字电话信号，每路PCM信号的比信号的比特率为特率为64 kb/s。由于需要加入。由于需要加入群同步码元群同步码元和和信令码元信令码元等额外等额外开销开销(overhead)，所以实际占用，所以实际占用32路路PCM信号的比特率。故信号的比特率。故其输出总比特率为其输出总比特率为2.048 Mb/s，此输出称为，此输出称为一次群信号一次群信号。E-2层：层：4个一次群信号进行二次复用，得到个一次群信号进行二次复用，得到二次群信号二次群信号，其比特率为其比特率为8.448 Mb/s。按照同样的方法再次复用，按照同样的方法再次复用，E-3层：层：得到比特率为得到比特率为34.368 Mb/s的三次群信号；的三次群信号；E-4层：层：比特率为比特率为139.264 Mb/s；E-5层：层：比特率为比特率为565.148 Mb/s。由此可见，由此可见，相邻层次群之间路数成相邻层次群之间路数成4倍关系，但是比倍关系，但是比特率之间不是严格的特率之间不是严格的4倍关系（倍关系（准同步准同步）。）。2024/5/21 周二47四、四、E体系的结构体系的结构偶帧偶帧TS0*1A1 1 1 1 1帧同步码奇帧奇帧TS0*0 0 1 1 0 1 1话路话路(CH1 CH15)话话 路路(CH16 CH30)125s16帧帧1复帧复帧16帧帧32个时隙个时隙F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F158 bit CH i(1 bit=488.3ns)8 bit(1 bit=488.3ns)保留TS10TS12TS14TS16TS18TS9TS11TS13TS15TS17TS4TS6TS2TS0TS8TS5TS7TS3TS1TS20TS22TS28TS26TS24TS30TS19TS21TS23TS29TS27TS25TS311、复帧的结构、复帧的结构16个帧构成一个复帧个帧构成一个复帧2024/5/21 周二482、一帧的结构：、一帧的结构：PCM30/32帧结构帧结构PCM30/32时隙分配图（一帧）时隙分配图（一帧）TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS31TS0：传送帧同步码（传送帧同步码（8bit）；TS1 TS15：传送第传送第115路话路的码组（路话路的码组（8bit）；）；第第115路语音信号路语音信号第第1630路语音信号路语音信号TS17 TS31：传送第传送第1630路话路的码组（路话路的码组（8bit）；TS16：传送信令信号（标志信号）码（传送信令信号（标志信号）码（8bit）；一帧分一帧分为为32个个时隙时隙一帧一帧32时隙时隙328bit256bit （A律律13折线：按折线：按8位编码）位编码）2024/5/21 周二49（1）时隙）时隙TS0的功能：的功能：*0011011偶帧中的偶帧中的TS0：（F0,F2,F14，共，共8个偶帧）个偶帧）“*”供国际通信用；若不是国际链供国际通信用；若不是国际链路，则它也可以给国内通信用。路，则它也可以给国内通信用。TS0时隙传送时隙传送帧同步码（帧同步码（*0011011）和和对告码（对告码（A1），），在在TS时隙中同步码和对告码交替传送，规定偶帧传送同步时隙中同步码和对告码交替传送，规定偶帧传送同步码，奇帧传送对告码。码，奇帧传送对告码。帧同步码（帧同步码（7比特）比特）2024/5/21 周二50*1A111111奇帧中的奇帧中的TS0：（F1,F3,F15，共，共8个奇帧）个奇帧）第第1位位“*”：用途和偶数帧的相同；：用途和偶数帧的相同；第第2位的位的“1”为监视码为监视码：用以区别偶数帧的：用以区别偶数帧的“0”，辅助表，辅助表明其后不是帧同步码，辅助同步过程的实现；明其后不是帧同步码，辅助同步过程的实现；第第3位对告码位对告码“A”：用于远端告警，通话要正常，必须保：用于远端告警，通话要正常，必须保证两个方向都畅通，如果一个方向有障碍，则通过对告码证两个方向都畅通，如果一个方向有障碍，则通过对告码通知对方，通知对方，“A”在正常状态时为在正常状态时为“0”，在告警状态时为，在告警状态时为“1”；第第48位位：保留作维护、性能监测等其他用途，在没有其：保留作维护、性能监测等其他用途，在没有其他用途时，在跨国链路上应该全为他用途时，在跨国链路上应该全为“1”。2024/5/21 周二51（2）时隙）时隙TS16的功能的功能 用于传输信令用于传输信令，但是当无需用于传输信令时，它也可，但是当无需用于传输信令时，它也可以像其他以像其他30路一样用于传输语音。路一样用于传输语音。信令是电话网中传输的各种控制和业务信息信令是电话网中传输的各种控制和业务信息，例如电，例如电话机上由键盘发出的电话号码信息（拨号脉冲）、被叫摘话机上由键盘发出的电话号码信息（拨号脉冲）、被叫摘机、主叫挂机等，由机、主叫挂机等，由8位码组成。位码组成。共路信令共路信令(CCS)将各路信令通过一个将各路信令通过一个独立的信令网络独立的信令网络 集中传输；集中传输；随路信令随路信令(CAS)将各路信令放在传输各路信息的信道中将各路信令放在传输各路信息的信道中 和各路信息一起传输。和各路信息一起传输。在电话网中传输信令的方法有两种：在电话网中传输信令的方法有两种：2024/5/21 周二52 采用采用随路信令随路信令时，只用时，只用8位码对位码对30个用户进行信令信号的个用户进行信令信号的传输显然不够，解决方案：传输显然不够，解决方案：采用复帧。采用复帧。一般情况，一路语音的信令信号用一般情况，一路语音的信令信号用4位就足够了，这样，位就足够了，这样，每一帧的每一帧的TS16时隙就可以传送两路话音的信令信号。而时隙就可以传送两路话音的信令信号。而30路路话音的信令信号需要话音的信令信号需要15帧就可以用来传输。帧就可以用来传输。而实际电话通信中，信令信号的频率很低，采样频率若而实际电话通信中，信令信号的频率很低，采样频率若取取500次次/秒（即秒（即T2ms），也就是说每隔），也就是说每隔16帧（一帧时间帧（一帧时间125s）传送一次就够了。）传送一次就够了。所以，所以，将将16个帧组成一个复帧，其中个帧组成一个复帧，其中15个帧的时隙个帧的时隙TS16依次分配给各路使用，而剩余的一帧用于复帧的同步。依次分配给各路使用，而剩余的一帧用于复帧的同步。为了正确分离信令信号，还需要插入为了正确分离信令信号，还需要插入复帧同步码和复复帧同步码和复帧对告码帧对告码，这由另外一帧的，这由另外一帧的TS16时隙来传输。时隙来传输。2024/5/21 周二53帧帧比特比特12345678F00000 xyxXF1CH1CH16F2CH2CH17F3CH3CH18 F15CH15CH30复帧中各个复帧中各个TS16的结构（共的结构（共16个）：个）：复复帧帧同同步步码码备用比特备用比特“x”为备用，无用为备用，无用时它全置为时它全置为“1”；“y”（复帧对告码）（复帧对告码）用于向远端指示告用于向远端指示告警，在正常工作状警，在正常工作状态它为态它为“0”，在告，在告警状态它为警状态它为“1”。2024/5/21 周二543、帧结构的基本参数：、帧结构的基本参数：话路抽样频率：话路抽样频率：fs 8000Hz（帧（帧/s）一帧的周期：一帧的周期：Ts1/fs 1/8000=125s每个时隙的时间：每个时隙的时间：125/32=3.9s每个码元的时间：每个码元的时间：3.9/8=0.488s一帧的比特数：一帧的比特数：328256 bit一帧的总数码率：一帧的总数码率：80003282048 Kbit/s=2.048 Mbit/s或：或：1/0.488106=2.048 Mbit/s（1）帧的基本参数：）帧的基本参数：一路话音信号一路话音信号的数码率的数码率：8000864 Kbit/s2024/5/21 周二55（2）复帧的参数）复帧的参数一个复帧的时间：一个复帧的时间：16Ts161/fs 16/8000=2ms复帧的速率：复帧的速率：8000/16=500 复帧复帧/s或或1/2103500 复帧复帧/s复帧中各路信令信号的传输速率：复帧中各路信令信号的传输速率：（每个信令信号为（每个信令信号为4 bit）45002000 bit/s2024/5/21 周二562024/5/21 周二57【例例1】对对4路独立信源的频带分别为路独立信源的频带分别为W、W、2W、2W，若采用，若采用TDM进行传输，每路信源采用进行传输，每路信源采用13A律律PCM编码。编码。（1）设计该系统的帧结构和总时隙数；）设计该系统的帧结构和总时隙数；（2）求每个时隙的宽度）求每个时隙的宽度及脉冲宽度。及脉冲宽度。解：解：（1）系统的帧结构：）系统的帧结构：1 2 3 4341342134234或或 总时隙数总时隙数=62024/5/21 周二58抽样频率：抽样频率：抽样间隔：抽样间隔：时隙宽度