数字通信原理(6).ppt

第八章第八章 时分复用时分复用 2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1 1SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.1 8.1 时分复用基本概念时分复用基本概念 1.1.时分复用时分复用 （TDM,Time-Division MultiplexingTDM,Time-Division Multiplexing）a.a.为每一路信号（连接）分配一个周期性重复的时隙为每一路信号（连接）分配一个周期性重复的时隙 (TS:Time Slot)TSTime Slot)，不同的时隙传输不同连接的信号。不同的时隙传输不同连接的信号。b.TDMb.TDM是一种电路交换的传输方式。是一种电路交换的传输方式。2.TDM 2.TDM，FDM FDM 与与 CDMACDMA TDMTDM：各路的信号在时域上分离，在频域上重叠；各路的信号在时域上分离，在频域上重叠；FDMFDM：各路的信号在频域上分离，在时域上重叠；各路的信号在频域上分离，在时域上重叠；CDMACDMA:各路的信号在频域上、时域上均重叠；各路的信号在频域上、时域上均重叠；3.3.TDM TDM 的特点：电路形式单一，易于集成。系统对信号同步的的特点：电路形式单一，易于集成。系统对信号同步的 要求较高。要求较高。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 2 2SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.1 8.1 8.1 8.1 时分复用基本概念时分复用基本概念时分复用基本概念时分复用基本概念 4.4.数字复接与分接数字复接与分接 数字复接：把若干个低速的数字流复合成高速的数字流；数字复接：把若干个低速的数字流复合成高速的数字流；数字分接：把高速的数字流分接成若干低速的数字流。数字分接：把高速的数字流分接成若干低速的数字流。TDMTDM速率等级：速率等级：标准数字话路：标准数字话路：6464Kb/sKb/s；基群基群(一次群一次群)信号：信号：32326464Kb/s=2.048Mb/s(E1 Kb/s=2.048Mb/s(E1 32/30);32/30);二次群信号：二次群信号：8.4488.448Mbps(4Mbps(42.048Mb/s);2.048Mb/s);三次群信号：三次群信号：34.36834.368Mbps;(4Mbps;(434.368Mb/s)34.368Mb/s)四次群信号：四次群信号：139.264139.264Mbps;(4Mbps;(4139.264Mb/s)139.264Mb/s)STM-1 155.520M;STM-4 622.080M;STM-16 2,488M b/sSTM-1 155.520M;STM-4 622.080M;STM-16 2,488M b/s2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 3 3SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.2 PCM8.2 PCM基群帧结构基群帧结构 1.A1.A律律E1 32/30 PCME1 32/30 PCM基群信号帧结构基群信号帧结构2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 4 4SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.2 PCM8.2 PCM8.2 PCM8.2 PCM基群帧结构基群帧结构基群帧结构基群帧结构 A A律律E1 32/30 PCME1 32/30 PCM基群信号帧结构（续前）基群信号帧结构（续前）（1 1）时隙）时隙TSTS：8bits8bits，f fS S=8KHz=8KHz，T TS S=125=125 s;s;（2 2）3232个个TSTS构成一个帧构成一个帧F F（FrameFrame）TS0 TS0用于帧同步（对偶数帧）或保留作特殊用途（对奇数帧）；用于帧同步（对偶数帧）或保留作特殊用途（对奇数帧）；TS16TS16用于复帧同步（对用于复帧同步（对F0F0），），或话路的线路信令（或话路的线路信令（F1F1F15F15）；）；（3 3）1616帧信号帧信号F0F0F15F15构成一复帧构成一复帧 在一个复帧内，各话路的线路信令（在一个复帧内，各话路的线路信令（abcdabcd）出现一次；出现一次；（4 4）随路信令与共路信令（）随路信令与共路信令（7 7 SignalingSignaling）的概念的概念.2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 5 5SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.2 PCM8.2 PCM8.2 PCM8.2 PCM基群帧结构基群帧结构基群帧结构基群帧结构 2.2.律律PCMPCM基群信号帧结构简介基群信号帧结构简介2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 6 6SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.3 8.3 增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构 1.1.增量调制帧结构：尚无国际标准，流行两种系列：增量调制帧结构：尚无国际标准，流行两种系列：6 6，1212，24/824/8，1616，3232，6464 2.32 2.32路路 M M终端帧结构终端帧结构 (1)(1)时隙时隙(TSTSi i)宽度：宽度：1 1bitbit，每路信号比特速率每路信号比特速率3232KbpsKbps；(2)(2)帧帧(Frame)Frame)长：长：3232TS,TS,32 32路信号总的比特率：路信号总的比特率：32323232KbpsKbps1024Kbps1024Kbps；(3)(3)帧内帧内TSTS的分配的分配 TSTS0 0：帧同步及告警时隙，共帧同步及告警时隙，共3232KbpsKbps，其中其中 (a)16Kbpsa)16Kbps用于帧定位，每隔一帧发送用于帧定位，每隔一帧发送1 1bitbit特定状态信号，其组特定状态信号，其组 合为：合为：1010 1010，或：，或：11101110，或，或 ,0000,1110,0110,0101,0000,1110,0110,0101,2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 7 7SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.3 8.3 8.3 8.3 增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构 (b)4Kbps b)4Kbps 用作局间告警信号用作局间告警信号 0 0 正常；正常；1 1告警。告警。(b)b)其余其余1212KbpsKbps保留备用。保留备用。例：帧定位码组图样为例：帧定位码组图样为“11101110”时的时的TSTS0 0时隙分配时隙分配F F序号：序号：F F7 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 7 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F F0 0TSTS0 0状态：状态：备用备用 1 1 告警告警 1 1 备用备用 1 1 备用备用 0 0 备用备用 1 1 2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 8 8SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.3 8.3 8.3 8.3 增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构 TSTS1 1：线路信令时隙线路信令时隙 以连续出现的以连续出现的4 4个个TS1TS1为一组，组成一个话路的为一组，组成一个话路的“abcd abcd”线路信线路信令；令；构造构造3030组线路信令共需：组线路信令共需：30304 4120120帧，由帧，由128128帧构成一复帧；帧构成一复帧；复帧帧结构（复帧帧结构（TSTS1 1）组组0 0 组组1 1 组组2 2 组组3 3 组组3131 0000 1 0000 1YZ1 abcd abcd YZ1 abcd abcd abcd abcd 复帧定位复帧定位 监控码组监控码组 线路信令线路信令 线路信令线路信令 线路信令线路信令 Y Y对局告警对局告警 Z Z传输线路告警传输线路告警2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 9 9SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.3 8.3 8.3 8.3 增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构增量调制复用终端的帧结构 其它时隙（其它时隙（TsTsi i，i i2 2，3 3，31 31）功能）功能 TSTS2 2：值机人员勤务电话话路；值机人员勤务电话话路；TSTS3 3，TSTS4 4，TSTS5 5 数据通道时隙；数据通道时隙；TSTS6 6 TS TS3131 用户话路时隙。用户话路时隙。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1010SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 数字复接终端数字复接终端 1.1.数字复接的基本原理数字复接的基本原理 复接（复接（MultiplexerMultiplexer）：）：将低速率的信号合路成高速率的信号；将低速率的信号合路成高速率的信号；分接（分接（DemultiplexerDemultiplexer）：）：将高速率的信号分路成低速率的信号。将高速率的信号分路成低速率的信号。定时定时合路合路码速码速调整调整分路分路码速码速调整调整定时定时同步同步合路合路信号信号1 12 23 34 41 12 23 34 4f fL Lf fM M复接器复接器分接器分接器f fM Mf fL L2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 11 11SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 数字复接终端数字复接终端数字复接终端数字复接终端 2.2.数字复接的类别数字复接的类别 a.a.同步复接同步复接：各支路信号时钟与合路信号时钟是同步的；各支路信号时钟与合路信号时钟是同步的；b.b.异步复接异步复接：各支路时钟不同步，一般需要在复接器中加较大的缓：各支路时钟不同步，一般需要在复接器中加较大的缓 冲器作码速调整，常用于信道统计复用的场合；冲器作码速调整，常用于信道统计复用的场合；c.c.准同步复接准同步复接：各支路时钟与复接器内部支路时钟标称值相同，允：各支路时钟与复接器内部支路时钟标称值相同，允 许有一定容差。许有一定容差。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1212SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 数字复接终端数字复接终端数字复接终端数字复接终端 3.3.正码速调整复接器正码速调整复接器 定义：定义：f fL L：支路时钟；支路时钟；f fL0L0：支路时钟标称值；支路时钟标称值；f fM M：复接器支路时钟。复接器支路时钟。f fh h：合路信号时钟合路信号时钟 正码速调整复接器要求：正码速调整复接器要求：f fM M f fL.L.同步同步复接复接码速调整码速调整合路合路信号信号1 12 23 34 41 12 23 34 4f fL Lf fM M复接器复接器分接器分接器f fM Mf fL L同步同步分接分接码速调整码速调整f fh h控制信号控制信号控制信号控制信号2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1313SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 数字复接终端数字复接终端数字复接终端数字复接终端 3.3.正码速调整复接器（续前）正码速调整复接器（续前）正码速调整（支路）帧结构正码速调整（支路）帧结构图中：图中：F11 F12 F13 F11 F12 F13 帧定位标识；帧定位标识；SVSV塞入位置；塞入位置；SZSZ塞入指示，有塞入调整时，三位塞入指示为塞入指示，有塞入调整时，三位塞入指示为“111111”无塞入调整时，三位塞入指示为无塞入调整时，三位塞入指示为“000000”在接收端恢复时采用择多逻辑判决方法。在接收端恢复时采用择多逻辑判决方法。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1414SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 数字复接终端数字复接终端数字复接终端数字复接终端 3.3.正码速调整复接器（续前）正码速调整复接器（续前）合路信号帧长合路信号帧长：其中：其中：m m支路数；支路数；Q Q帧内每个支路的信码数（随帧内每个支路的信码数（随SVSV是否包含息码是否包含息码 而变化）；而变化）；K K控制比特位数。记控制比特位数。记f fh0h0为合路信号速率的标称值，则为合路信号速率的标称值，则 帧频帧频：标称码调整速率标称码调整速率 （对某一支路）：（对某一支路）：最大码调整速率最大码调整速率：（每帧每个支路只能作（每帧每个支路只能作1 1bitbit的调整）的调整）2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1515SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 数字复接终端数字复接终端数字复接终端数字复接终端 3.3.正码速调整复接器（续前）正码速调整复接器（续前）标称码速调整比：标称码速调整比：相应地，实际码速调整比：相应地，实际码速调整比：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1616SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 数字复接终端数字复接终端数字复接终端数字复接终端 3.3.正码速调整复接器（续前）正码速调整复接器（续前）例，按例，按CCITTCCITT有关正码率调整的建议（参见表有关正码率调整的建议（参见表8 87 7）4 4路路E1E1基群信号复接成一路二次群信号时基群信号复接成一路二次群信号时 m m4 4，f fL0L02.048Mbps2.048Mbps，f fh0h08.448Mbps8.448Mbps，L LF F4 4212212848848 K K6 6（F11F11，F12F12，F13F13，3 3SZSZ）标称码速调整比：标称码速调整比：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1717SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 帧同步帧同步 1.1.帧同步的基本概念帧同步的基本概念帧同步的基本概念帧同步的基本概念 帧同步：正确识别每帧信号的起始位置，从而确定各路信号或信令帧同步：正确识别每帧信号的起始位置，从而确定各路信号或信令 的相对位置。的相对位置。帧同步实现的前提是比特（位）同步。帧同步实现的前提是比特（位）同步。帧同步是信道复用，实现多路信号复接与分接的基础。帧同步是信道复用，实现多路信号复接与分接的基础。2 2。帧同步的实现帧同步的实现帧同步的实现帧同步的实现 (1)(1)在每帧信号的头部加入帧同步码组：在每帧信号的头部加入帧同步码组：如如 E132/30 E132/30 基群信号系统：在每个偶数帧加入同步码组基群信号系统：在每个偶数帧加入同步码组00110110011011 (2)(2)在每帧的头或尾加入按特定规律变化的比特序列在每帧的头或尾加入按特定规律变化的比特序列 如：如：T1 24T1 24路基群信号每帧的最后路基群信号每帧的最后1 1比特按规律：比特按规律：010101010101 变化。变化。如：如：3232路路 M M调制信号，在每帧调制信号，在每帧TSTS0 01 1比特时隙，按重复比特时隙，按重复11101110变化。变化。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1818SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 帧同步帧同步帧同步帧同步 3.3.E1 E1 E1 E1 基群信号帧同步原理基群信号帧同步原理基群信号帧同步原理基群信号帧同步原理(1)(1)逐比特移位寻找帧同步码组逐比特移位寻找帧同步码组00110110011011，直至搜索到该码组；，直至搜索到该码组；(2)(2)获得第一个同步码字后，在随后的若干（规定的）获得第一个同步码字后，在随后的若干（规定的）偶数帧偶数帧周期内周期内 检测帧同步字的真伪；检测帧同步字的真伪；(3)(3)若在规定的连续若干个偶帧周期内同步字均无误，则进入同步状若在规定的连续若干个偶帧周期内同步字均无误，则进入同步状 态，否则返回步骤态，否则返回步骤(1);(1);(4)(4)若遇干扰失步（在偶帧特定时隙内找不到同步字），继续观测随若遇干扰失步（在偶帧特定时隙内找不到同步字），继续观测随 后（规定）的若干偶数帧周期，如继续失步则返回步骤后（规定）的若干偶数帧周期，如继续失步则返回步骤(1),(1),否则否则 同步状态不变。同步状态不变。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 1919SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 帧同步帧同步帧同步帧同步 4.4.E1 E1 E1 E1 基群信号帧同步状态转换图基群信号帧同步状态转换图基群信号帧同步状态转换图基群信号帧同步状态转换图 图中：图中：A A同步态；同步态；B B、C C同步保护态；同步保护态；D D失步态；失步态；E E、F F搜索校核态。搜索校核态。规定：在失步状态下若连续找到规定：在失步状态下若连续找到3 3个同步字，则进入同步态；个同步字，则进入同步态；在同步状态下若连续在同步状态下若连续3 3次找不到同步字，则进入失步态。次找不到同步字，则进入失步态。了解，状态转换了解，状态转换了解，状态转换了解，状态转换的条件的条件的条件的条件。2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 2020SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 帧同步帧同步帧同步帧同步 5 5.E1 E1 E1 E1 基群信号帧同步系统电路实现基群信号帧同步系统电路实现基群信号帧同步系统电路实现基群信号帧同步系统电路实现 2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 2121SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 同步系统分析同步系统分析 1.1.帧同步系统的性能分析帧同步系统的性能分析帧同步系统的性能分析帧同步系统的性能分析 研究帧同步算法的性能实现帧同步所需的统计平均时间。研究帧同步算法的性能实现帧同步所需的统计平均时间。2 2。TDMTDMTDMTDM M32M32M32M32路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算 已知已知TDMTDM M32M32路系统帧同步比特位位于偶数帧时隙第路系统帧同步比特位位于偶数帧时隙第0 0时隙时隙(TSTS0 0););帧同步序列的图样为：帧同步序列的图样为：0101010101010101;帧同步间隔时隙位帧同步间隔时隙位N N64bit64bit。假定搜索时从任意的第假定搜索时从任意的第i i个时隙开始个时隙开始 记记 该位与帧同步位不相同的概率为该位与帧同步位不相同的概率为1 1P P，称为事件称为事件X X；该位与帧同步位相同的概率为该位与帧同步位相同的概率为P P，称为事件称为事件Y Y；2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 2222SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 同步系统分析同步系统分析同步系统分析同步系统分析 2 2。TDMTDMTDMTDM M32M32M32M32路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算（续前）（续前）（续前）（续前）令令T T1/f1/fS S，同步搜索过程中的可能事件：同步搜索过程中的可能事件：事件事件 概率概率 移动移动1 1位所需时间（从一帧的位所需时间（从一帧的i i位移动到位移动到i i1 1位）位）X 1X 1P TP T XY P(1-P)NT+T XY P(1-P)NT+T YYX P YYX P2 2(1-P)2NT+T(1-P)2NT+T YY YYYX PYX PK K(1-P)KNT+T(1-P)KNT+T 所以，移动所以，移动1 1位（位（i-i+1i-i+1）所需统计平均时间为：所需统计平均时间为：2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 2323SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs8.5 8.5 8.5 8.5 同步系统分析同步系统分析同步系统分析同步系统分析 2 2。TDMTDMTDMTDM M32M32M32M32路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算路系统帧同步时间的计算（续前）（续前）（续前）（续前）最大同步捕获时间：最不利的情况发生在从同步后的第一位开始搜最大同步捕获时间：最不利的情况发生在从同步后的第一位开始搜 索起，从统计意义上统计所需最大同步捕获时间为：索起，从统计意义上统计所需最大同步捕获时间为：统计平均的搜索时间为：统计平均的搜索时间为：假定确定从假定确定从“0 0”开始搜索，考虑到帧同步位开始搜索，考虑到帧同步位“01010101”，0101交替出交替出现现 捕捉的统计平均时间修改为捕捉的统计平均时间修改为 2001 2001 2001 2001 Copyright Copyright Copyright Copyright 2424SCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P LabsSCUT DT&P Labs