PCM时分多路复用信号帧结构.
32路PCM帧结构
为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输往往采用多路复用通信的方式。
这里所谓的多路复用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个话音信号的技术，有时也将这种技术简称为复用技术。
复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时分复用以及码分复用等。
频分复用是将所给的信道带宽分割成互不重叠的许多小区间，每个小区间能顺利通过一路信号，在一般情况下可以通过正弦波调制的方法实现频分复用。
频分复用的多路信号在频率上不会重叠，但在时间上是重叠的。
时分复用是建立在抽样定理基础上的。
抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。
这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这种空隙便可以传输其他信号的抽样值。
因此，这就有可能沿一条信道同时传送若干个基带信号。
码分复用是一种以扩频技术为基础的复用技术，在第九章中将详细地进行介绍。
在这部分中，将在分析时分复用(TDM)技术的基础上，研究并说明PCM 时分多路数字电话系统的原理和相关参数。
6.3.1 PAM时分复用原理为了便于分析时分复用(TDM)技术的基本原理，这里假设有3路PAM信号进行时分多路复用，其具体实现方法如图6-27所示：图6-27 3路PAM信号时分复用原理方框图从图6-27可以看到，各路信号首先通过相应的低通滤波器，使输入信号变为带限信号。
然后再送到抽样开关(或转换开关)，转换开关(电子开关)每秒将各路信号依次抽样一次，这样3个抽样值按先后顺序错开纳入抽样间隔之内。
合成的复用信号是3个抽样消息之和，如图6-28所示。
由各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧，一帧中相邻两个抽样脉冲之间的时间间隔叫做时隙，未能被抽样脉冲占用的时隙部分称为防护时间。
图6-28 3路时分复用合成波形多路复用信号可以直接送入信道传输，或者加到调制器上变换成适于信道传输的形式后再送入信道传输。
在接收端，合成的时分复用信号由分路开关依次送入各路相应的重建低通滤波器，恢复出原来的连续信号。
PCM通信设备基本原理
01 均匀量化
0 1Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts
抽样 0.2 0.4 1.8 2.8 3.6 5.1 6.0 5.7 3.9 2.0 1.2
量化 0.0 0.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.0 4.0 2.0 1.0
数码率
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03
PCM设备的组成
Basic Composition
PART THREE
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PCM通信设备原理
电力调度中心 2018年8月
目录
01.PCM基本原理 02.PCM基本帧结构 03.PCM设备的组成 04.PCM指示灯含义及常见故障处理
01
PCM基本原理
Fundamentals
PART ONE
01 PCM的概念
PCM:Pulse Code Modulation
所谓PCM，就是脉冲编码调制的简称，具体是把一个时间连 续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字 信号后在信道中传输。
总之，信令实际上就是一种用于控制的信号。
02 共路信令与随路信令
共路信令：把与许多路有关的信令信息，以及诸如网路管理所需的其 它信息，借助于地址码在单一信令信道上传输的方式称为共路信令。
随路信令：在话路内或在固定附属于该话路的信令信道内，传输该路 所需的各种信令的方式称为随路信令。
PCM通信设备基本原理
抽样 低通抽样定理 抽样频率： fs=8kHz 抽样间隔：Ts=1/fs=125μs
01 什么是量化
量化：把一个连续函数的无限个数值的集合映射为一个离散函数的有限个数值的集合。
量化原则：“四舍五入”
例： 量化前
量化后
0 0 0 0 1 A2 1 1
话路 (C时H1隙6 ~ C H29)
帧同步信号
复帧同
备用
步信号
比特
C H3 0
3 ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ91 s
488 ns
奇帧 T S0 × 1 A1 1 1 1 1 1
保留给 国内通信用
F1 a b c d a b c d
C H1
C H1 6
F2 a b c d a b c d
C H2
01 均匀量化缺点
丢失小信号的丰富信息，小信号的信噪比低。
举例来说：
电量统计（不是电量计量）：
供电分公司2017年供电量 某用电单位2017年用电量 某生产车间2017年用电量 某生产设备2017年用电量 某住户2017年用电量
17.9亿度 5.85亿度 36.2万度 1.25万度 3451度
01 非均匀量化
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PCM通信设备原理
电力调度中心 2018年8月
目录
01.PCM基本原理 02.PCM基本帧结构 03.PCM设备的组成 04.PCM指示灯含义及常见故障处理
PCM系统时分多路复用
电话通信系统
一、语音信号的数字化变换
语音信号经PCM通信系统变成数字信号 1.语音信号的抽样速率为8KHz 2.语音信号的量化采用A率非均匀量化 3.语音信号的编码采用8位折叠二进制编码---在用户电路中实现 4.多路语音信号常用TDM方式进行复用
* 30/32路PCM系统的帧结构
32时隙，256bit，125us
（二）语音信号的数字化
1. 抽样：遵循抽样定理，将时间上的连续变为离散（PAM） * 抽样定理：fs(抽样速率) ≥ 2fm(信号最高频率） 语音信号：300-3400Hz fs ≥ 6800Hz 取 8000Hz 周期T = 1/8000 = 125us
思考：一信号频率范围2Hz –5KHz，若对此信号抽样， 求抽样速率和周期。
三阶高密度双极性码（HDB3）
是AMI码改进型，克服了连“0”码多时丢失定时信息的缺点，是CCITT推 荐使用的码型之一。
编码规则： 1. 先编成AMI码，检查代码连“0” 情况，若连“0”数< 4个，编码完毕 2. 若连“0”数≥ 4个
①代码中的“1”称为信码B，并用B+、B-表示 ②将连“0”按4个分组，将“0000”用“000V”取代，
模 拟 信 号
3.7
2.7
PAM
0.3
-0.3 -1.8
-2.6
2. 量化：用有限个电平来表示抽样信号，变幅度上的连续为离散
3.7 4 2.7 3
0.3 0
-0.3 0
-1.8 -2
-2.6 -3
* 均匀量化：将输入信号的取值按等距离分割，四舍五入法 * 量化误差：由量化引起的误差
* 非均匀量化：根据信号的不同区间来确定量化间隔 * 压缩与扩张技术
4.时分多路复用PCM_标准实验报告
实验十三时分多路复用PCM实验【实验内容】1．脉冲编码调制（PCM）及系统实验2．PCM编码时分多路复用时序分析实验【实验目的】1．加深对PCM编码过程的理解。
2．掌握时分多路复用的工作过程。
3．了解PCM系统的工作过程。
【实验环境】1．分组实验：两人一组或单人2．设备：通信实验箱，数字存储示波器【实验原理】1.PCM基本工作原理脉冲编码调制（PCM）是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉冲编码调制包括三个步骤，对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化、编码的过程。
抽样：要使模拟信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对模拟信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。
所谓抽样就是每隔一定的时间间隔T，抽取话音信号的一个瞬时幅度值(抽样值)，抽样后所得出的一系列在时间上离散的抽样值称为样值序列。
抽样后的样值序列在时间上是离散的，可进行时分多路复用，也可将各个抽样值经过量化、编码变换成二进制数字信号。
量化：抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍然是模拟的，还必须进行离散化处理，才能最终用数码来表示。
这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。
量化有均匀量化和非均匀量化。
采用均匀间隔量化级进行量化的方法称为均匀量化或线性量化，这种量化方式会造成大信号时信噪比有余而小信号时信噪比不足的缺点。
如果使小信号时量化级间宽度小些，而大信号时量化级间宽度大些，就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致。
这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。
目前国际上普遍采用容易实现的A律13折线压扩特性和μ律15折线的压扩特性。
我国规定采用A律13折线压扩特性。
采用13折线压扩特性后小信号时量化信噪比的改善量可达24dB，而这是靠牺牲大信号量化信噪比(亏损12dB)换来的。
A律和μ律的压扩特性如下图所示:编码：抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把它转换成数字编码脉冲，这一过程称为编码。
时分多路复用及PCM3032路系统
30/32路PCM基群帧结构2.1 帧结构帧结构的概念就是把多路话音数字码以及插入的各种标记按照一定的时间顺序排列的数字码流组合。
我国采用的是30/32路PCM基群结构，即在传输数据时先传第1路信号，然后传第2路信号，第3路信号……直到传完第32路，再传第1路，第2路……如此循环下去。
每一路信号占用的不同的时间位置，称为时隙，用TS0、TS1、TS2、……TS31来表示。
其中TS0用于传输同步码、监视码、对端告警码组（简称对告码）；TS16用于传输信令码；TS1—TS15传前15个话路的话音数字码，TS17—TS31传输后15个话路的话音数字码，显然，在32个时隙中只有30个时隙用于传话音数字码，记作PCM30/32。
将所用话路都抽样一次的时间叫帧长，也就是同一个话路抽样两次的时间间隔。
因为每个话路的抽样频率是8000H Z，即每秒抽样8000次，所以两个抽样值之间的时间间隔是1/80 00，等于125µs，这也就决定了帧长是125µs。
由于编码需要时间，所以每个样值应达到一定的宽度，这个时间宽度就是时隙，即每个话路在一帧中所占的时间，等于3.91（125/3 2）µs，每个时隙的样值编8位码，因此，每位码占用的时间是0.448µs（3.91µѕ/8）. PCM 30/32基群帧结构如图：2.2 TS0偶帧TS0用于传帧同步码，其中第2—8位码固定发0011011，这7位码组就是帧同步码。
收端就是通过检测帧同步码组来实现同步的。
第1位码留作国际通用，不用时为1。
奇帧TS0用于传监视码、对告码等。
其中第2位码固定发1，称为监视码，它用于辅助同步过程的实现。
第3位码为A1。
用于传对告码，正常同步时为0，不正常时即失步时发1。
其它几位码、第1位、第4—8位码可用于低速率数据通信，不用时为1。
对告码的作用是：通话正常进行，必须两个方向都通畅，如果一个方向有故障，就必须能通过对告码来告诉对方。
《数字通信》-第4章-时分多路复用及PCM30-32路系统-2
《数字通信》第4章时分多路复用及PCM30/32路系统(2)复习时分多路复用利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路信号 发端和收端的高速开关k1和k2必须严格同频同相位同步位同步就是码元同步，需要做到每位码对齐相当于k1,k2同频帧同步帧同步就是为了保证收端与发端相应的话路在时间上对准相当于k1,k2同相复习 PCM30/32路系统帧结构复习 PCM30/32路定时系统内容1.PCM30/32路帧同步系统2.PCM30/32路系统的构成1.PCM30/32路帧同步系统位同步已解决的问题：解决收端时钟与接收信码之间的同频问题，得到了一连串无头无尾的信码流。
帧同步系统需要解决的问题：从收到的信码流中分辨出哪8位码是属于同一个抽样值的码字 分辨出每一个码字（8位码）属于哪一路，以便正确分路。
帧同步实现方法：集中插入帧同步码帧同步码选择为：0011011将帧同步码集中插入在偶帧TS0的第2位-第8位收段接收并识别出帧同步码后，即可判断出后续的8位码为一个码字，且为第一个话路信码，以此类推，便可正确接收每一路信号，从而实现帧同步。
前方保护：目的：防止假失步过程：当连续m次检测不到帧同步码后，才判断为系统真正失步，并立即进入捕捉状态，开始捕捉同步码。
ITU-T规定：m=3或4前方保护时间：从第一个帧同步码丢失起，到帧同步系统进入捕捉状态位置的这段时间，叫做前方保护时间。
(-1)sT m T =前后方保护：目的：防止伪失步 同步捕捉方式：逐步移位捕捉方式 过程：只有当连续捕捉到n次帧同步码后，才判断为系统真正恢复到了同步状态。
ITU-T规定：n=2 后方保护时间：从捕捉到第一个真正的同步码到系统进入同步状态的这段时间。
(-1)sT n T =后前后保护时间记忆：我不会轻易放你走，会经过三番四次的挽留。
一旦你最终选择离开，如果将来还想回来，我将需要再（二）次考虑你的请求。
后方保护：伪同步可能带来的影响：需要经过前方保护才能重新开始捕捉，因而使同步恢复时间拉长在捕捉过程中，如果捕捉到的帧同步码组具有以下规律，则判断帧同步系统进入帧同步状态：第N 帧（偶帧）有帧同步码{0011011}；第N+1帧（奇帧）无帧同步码，而有奇帧标志码{1A111111}；第N+2帧（偶帧）有帧同步码{0011011}如果在第N+1帧或第N+2帧检测失败，则需要重新进行捕捉。
第3章-时分多路复用及PCM3032路系统
从捕捉到第一个真正的同步码到系 统进入同步状态这段时间称为后方保护 时间，可表示为：
T后 (n 1)TS
（3-2）
CCITT的G.732建议规定 n=2。即 帧同步系统进入捕捉状态后在捕捉过程 中，如果捕捉到的帧同步码组具有以下 规律：
① 第N帧（偶帧）有帧同步码； ② 第N+1帧（奇帧）无帧同步码，而有对端 告警码； ③ 第N+2帧（偶帧）有帧同步码。 则判为帧同步系统进入帧同步状态， 这时帧同步系统已完成同步恢复。
在接收端首先将接收到的信号进行 整形再生，然后经过码型反变换电路恢 复成原始的编码码型，由分离电路将话 音信息码、信令码等进行分路。
分离出的话音信码经解码，分路门 恢复出每一路的PAM信号，然后经低通 滤波器重建恢复出每一路的模拟话音信 号。最后经过放大，差动变量器4 1端 送到用户。
图3-22 单片集成编码器构成的PCM30/32路系统方框图
抽样时，各路抽样脉冲出现的时刻 依次错后，抽样后各路话音信号的抽样 值在时间上是分开的，从而达到了多个 话路和路的目的。
抽样之后要进行编码，由于编码需 要一定的时间，为了保证编码的精度， 要求将各路抽样值进行展宽并占满整个 时隙。
为此要将和路后的PAM信号送到保持 电路，该保持电路将每一个样值记忆一个 路时隙的时间，进行展宽，然后经过量化 编码变成PCM信码，每一路的码字依次占 用一个路时隙。
l
3.1.3 时分多路复用系统中的位同步
所谓时钟同步是使收端的时钟频率 与发端的时钟频率相同。 时钟同步可证收端正确识别每一位 码元（所以时钟同步也叫位同步）。 这相当于图3-4中收、发两端的高速 旋转开关 K1 和 K 2速度相同。
3.1.4 时分多路复用系统中的帧同步
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《现代通信技术》课程
PCM时分多路 复用信号帧结构
主讲： 杨 光
目录
01 数字多路通信原理 02 PCM30/32路基群帧结构 03 PCM高次群
01 数字多路通信原理
数字多路通信也叫做时分多路通信,所谓时分多路通信,是利用多路信号(数 字信号)在信道上占有不同的时间间隙来进行通信的。
1) TS1～TS15，TS17～TS31：这30个路时隙用来传送30路 电话信号的8位编码码组；
2) TS0 :帧同步时隙
3) TS16 :专用于传送话路信令
02 PCM30/32路基群帧结构
每一路时隙ts为
每个路时隙包含8位码，一帧共包含256个比特，故每一位码元tB为 信息传输速率为
02 PCM30/32路基群帧结构
… …
01 数字多路通信原理
m1(t) m2(t)
2
1 n
S1 mn(t)
信道
1
n
2
S2
m1′(t) m2′(t)
mn′(t)
图1 时分多路复用示意图
01 数字多路通信原理
帧结构一般都采用由世界电信组织建议的统一格式，目前国际上推荐的PCM基群有 两种标准，即PCM30/32路(A律压扩特性)制式和PCM24路(μ律压扩特性)制式。
PCM30/32路制式基群帧结构如图 2 所示：
帧同 步路 TS0
1复帧＝16帧(2 ms)
F15
F0
F1
F2
…
1帧
1ห้องสมุดไป่ตู้ 5s 32个路时隙
25 6比特 路时隙3.9 s
8比特
话路 … 话路 … 话路 信令路 话路
TS1
…
TS 15
TS16
TS 17
1帧
F15
F0
…
话路
…
…
话路
TS 31
偶帧 1 0 0 1 1 0 1 1
并规定，国际通信时，以A律压扩特性为标准。 我国也规定采用PCM30/32路制式。 为保证数字通信系统正常工作,在一帧的信号中应有以下基本信号:
① 帧同步信号(帧定位信号)及同步对告信号； ② 信息信号； ③ 其他特殊信号(地址、信令、纠错等信号)； ④ 勤务信号。
02 PCM30/32路基群帧结构
➢ 帧同步码组为X0011011，它插入在偶数帧的TS0时隙， 其中第一位码“X”保留作国际 电话间通信用。接收端识别出帧同步码组后，即可建立正确的路序。 ➢ TS16为信令时隙，插入各话路的信令。在传送话路信令时，若将TS16所包含的总比特率 集中起来使用，则称为共路信令传送；若将TS16按规定的时间顺序分配给各个话路，直接 传送各话路所需的信令，则称为随路信令传送。
帧同 步码 保留 给国际用 (目 前固定 为1)
奇帧 1 1 A1 1 1 1 1 1
保留 给国内用
帧失 步 对告
(目 前固定 为1)
F0帧 0 0 0 0 1 A2 1 1
复帧 同步码1复帧 对告码
F1帧 a b c d a b c d
CH1 信令 码
CH17 信令 码
F15帧 a b c d CH15 信令 码
根据PCM脉冲编码技术所述，由抽样定理把每路话音信号按8000次/s抽样， 对每个样值编8位码，那么第一个样值到第二个样值出现的时间，即 1/8000s=125μs,称为抽样周期T。在这个T时间内可间插n路信号，多路信号的 采样值在时间上将不发生重叠，从而实现许多路信号在T时间内的传输。在接收 端只要在时间上与发送端同步，则多路信号就能分别正确恢复。其多路通信模型 如图1所示。
复用
复用
复用
30
4
4
4
4
64 kb / s 2.0 48 Mb / s 8.4 48 Mb / s 34 .368 Mb / s 13 9.26 4 Mb / s 56 5.14 8 Mb / s
图 3 ITU-T建议的数字TDM等级结构
通信技术专业教学资源库 南京信息职业技术学院
谢谢
主讲： 杨 光
ITU-T建议标准每一等级群路可以用来传输多路数字电话，可以用来传送其他相同速率 的数字信号， 如可视电话、数字电视等。 ITU-T(CCITT)建议的数字TDM等级结构如图3所 示， 它是我国和欧洲大部分国家所采用的标准。
1
1
1
1
1
… … … … …
第 一级
第 二级
第 三级
第 四级
第 五级
复用
复用
ab cd CH31 信令 码
码位 1 2 3 4 5 6 7 8 码字 ＝8比特 路时隙3.9 s
同步：A1＝ 0；A2＝ 0 失步：A1＝ 1；A2＝ 1
图2 PCM30/32制式基群帧结构
02 PCM30/32路基群帧结构
如图2所示PCM30/32路制式基群帧结构，共由32路组成，其中30路用来 传输用户话音，2路用作勤务。每路话音信号抽样速率fs=8000Hz，故对应的 每帧时间间隔为125μs。一帧共有32个时间间隔，称为时隙。各个时隙从0到 31顺序编号，分别记作TS0，TSl，TS2， …，TS31。 时隙信号安排如下：
当采用共路信令传送方式时，必须将16个帧构成一个更大的帧，称为复帧。复帧的重 复频率为500Hz，周期为 2 ms， 复帧中各帧顺次编号为F0，F1， …， F15。
03 PCM高次群
如果要传输更多路的数字电话，就需要有更高的码率。在时分多路复用系统中，高次群是由若 干低次群通过数字复用设备汇总而成的。