2.3 多路復用技術及30/32路PCM通信系統

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

2.3.1 頻分多路復用

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

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

頻分多路復用被廣泛地應用于長途載波電話、立體聲廣播、電視廣播、空間遙測、衛星通信等方面。

2.3.2 時分多路復用

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

它是一個三路時分多路通信示意圖。通話雙方共有三對用戶進行通話，而線路卻只有一對，因此在收、發雙方各加了一對快速旋轉的電子開關SA和SA′，兩個開關頻率相同，初始位置相互對應。開始，SA和SA′停留在用戶1和1′上，然后依次旋轉到2和2′、3和3′，最后又回到用戶1和1′上，如此反復。需要特別指出的是：雙方多路復用能正常進行的關鍵是收、發雙方同步動作，否則通信將無法正常進行。

2.3.3 30/32路PCM通信系統

1.幀結構的概念

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

2.30/32路PCM基群幀結構

圖2.28是CCITT建議G.732規定的30/32路PCM基群幀和復幀結構。

① 在30/32路PCM通信系統中，幀長Ts=125μs，即fs=8000Hz，每幀分為32個時隙，用TS0～TS31表示。其中，TS1～TS15傳送前15個話路的語音信號數字碼，TS17～TS31傳送后15個話路的語音信號數字碼；TS0用于傳送同步、監視、對端告警碼組（簡稱為對告碼）；TS16用于傳送信令碼。因為在32個TS中，只有30個TS用于傳送語音信號，所以稱為30話路32時隙，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，不用時暫定為1。

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

F0幀TS16時隙前4位碼為復幀同步碼，其碼型為0000，作用為保證信令正確傳送；F1～F15幀的TS16時隙用來傳送30個話路的信令碼。F1幀TS16時隙前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，這樣一個復幀中各個話路分別輪流傳送信令碼一次。

② 數碼率的計算。對數字電話，若fs=8000Hz，每個樣值編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路端機方框圖如圖2.29所示。

在發送端，經放大（調節語音電平）、低通濾波、抽樣、合路和編碼，編碼后的PCM碼、幀同步碼、信令碼、數據信號碼在匯總電路里按PCM 30/32路系統幀結構排列，最后經碼型變換成適宜于信道傳輸的碼型送往信道。接收端首先將接收到的信號進行整形、再生，然后經碼型反變換，恢復成原來的碼型，再由分離電路將PCM碼、信令碼、幀同步碼數據信號碼分離，分離出的話路信碼經解碼、分路門恢復出每一路的PAM信號，然后經低通平滑，恢復成每一路的語音模擬信號，最后經放大、差動變量器4～1端送至用戶。

2.3.4 30/32路PCM基群端機的定時與同步系統

數字時分復用系統要有一套嚴格的定時系統。在發送端，定時系統控制話路按照一定時間順序抽樣，每一個樣值又按一定的時間順序編n位碼，最后將不同話路的編碼同步、監視對告碼組，話路信令碼按一定的時間順序結合成綜合性數字碼流進行發送。在接收端，也要靠定時系統來實現完全相反的變換，同時為保證收、發端協調一致的工作，還需要同步系統。因此，可以說定時與同步系統是30/32路PCM基群端機的控制和指揮系統，是通信機的“心臟”，它控制整個通信系統有條不紊地工作。

1.定時系統

定時系統包括發定時系統和收定時系統，它產生數字通信系統中所需的各種定時時鐘。定時系統包括系統的主時鐘、供抽樣和分路用的路時鐘、供編碼和解碼用的位脈沖、供信令用的復幀脈沖等。

發端定時系統如圖2.30所示。

主時鐘脈沖發生器采用晶體振蕩電路用于提供穩定的時鐘信號。30/32路PCM系統主時鐘fcp=8000×8×32=2048kHz。位脈沖經主時鐘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。復幀脈沖是用來傳遞復幀同步碼和30個話路的信令碼，其頻率為8kHz/16=0.5kHz，經路脈沖16分頻得到。

收端定時系統的構成和發端定時系統構成基本相同。不同的是在PCM通信系統中，要求收端主時鐘頻率與發端主時鐘頻率完全一致，即時鐘同步，因此收端主時鐘是從對端信碼流中提取出來的。

2.同步系統

同步包括位同步、幀同步和復幀同步。

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

幀同步是為了保證收、發各對應的話路在時間上保持一致。

復幀同步保證各路信令的正確傳送。幀同步和復幀同步的實現方法很相似，都是在發送端固定的時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。