2.3 多路复用技术及30/32路PCM通信系统

为了提高通道的利用率，将多路信号沿同一信道进行互不干扰的传输，称为多路复用。多路复用有两种基本方式：频分多路复用和时分多路复用。按频率分割信号的方法称为频分复用（FDM），而按时间分割信号的方法称为时分复用（TDM）。FDM用于模拟通信，TDM用于数字通信，如PCM通信。

2.3.1 频分多路复用

在频分多路复用中，多路信号在频率位置上分开，同时在一个信道内互不干扰地传输，因此频分多路复用信号在频谱上不会重叠，而在时间上是重叠的。频分多路复用原理方框图如图2.26所示。

由于消息信号往往不是严格的带限信号，因此在发送端首先将消息信号经过低通滤波器形成带限信号，再进行线性调制。为了避免它们的频谱互相交叠，再通过带通滤波器经叠加后送入信道。接收端首先用带通滤波器将各路信号分别取出，然后解调，经低通滤波器后输出。

频分多路复用被广泛地应用于长途载波电话、立体声广播、电视广播、空间遥测、卫星通信等方面。

2.3.2 时分多路复用

时分多路通信，是各路信号在同频信道上占用不同时间间隙进行通信，其频谱是重叠的，而时间是不重叠的。由前述的抽样定理可知，抽样的一个重要作用是，将时间上连续的信号变成时间上离散的信号。它在信道占用的时间是有限的，为多路信号沿同一信道传输提供了条件，即把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开、互不干扰的目的。图2.27为时分多路复用示意图。

它是一个三路时分多路通信示意图。通话双方共有三对用户进行通话，而线路却只有一对，因此在收、发双方各加了一对快速旋转的电子开关SA和SA′，两个开关频率相同，初始位置相互对应。开始，SA和SA′停留在用户1和1′上，然后依次旋转到2和2′、3和3′，最后又回到用户1和1′上，如此反复。需要特别指出的是：双方多路复用能正常进行的关键是收、发双方同步动作，否则通信将无法正常进行。

2.3.3 30/32路PCM通信系统

1.帧结构的概念

同一话路抽样两次的时间间隔或所有话路都抽样一次的时间称为帧长，用Ts表示。每个话路在一帧中所占的时间称为时隙，用TS（TimeSlot）表示。通常一个样值编为n位码，反映帧长、时隙、码位的位置关系时间图就是帧结构。下面介绍我国采用的30/32路PCM基群帧结构。

2.30/32路PCM基群帧结构

图2.28是CCITT建议G.732规定的30/32路PCM基群帧和复帧结构。

① 在30/32路PCM通信系统中，帧长Ts=125μs，即fs=8000Hz，每帧分为32个时隙，用TS0～TS31表示。其中，TS1～TS15传送前15个话路的语音信号数字码，TS17～TS31传送后15个话路的语音信号数字码；TS0用于传送同步、监视、对端告警码组（简称为对告码）；TS16用于传送信令码。因为在32个TS中，只有30个TS用于传送语音信号，所以称为30话路32时隙，记为PCM30/32。

偶帧的TS0用于传送帧同步码。其码型为×0011011，其中×留做国际通信用，不用时暂定为1。

奇帧TS0用于传送监视码、对告码等。码型为×1A1SSSSS，其中A1是对告端告警码。A1为0时，表示帧同步；A1为1时，表示帧失步。S为备用比特，可用来传送业务码。不用时暂定为1。×为国际备用码，不用时暂定为1。

F0帧TS16时隙前4位码为复帧同步码，其码型为0000，作用为保证信令正确传送；F1～F15帧的TS16时隙用来传送30个话路的信令码。F1帧TS16时隙前4位码用来传送第1路信号的信令码，后4位码用来传送第16路信号的信令码……直到F15帧TS16时隙前后各4位码分别传送第15路、第30路信号的信令码，这样一个复帧中各个话路分别轮流传送信令码一次。

② 数码率的计算。对数字电话，若fs=8000Hz，每个样值编8位码，则 fb=8000×8=64kbps。

在30/32路PCM基群中，fb=32×8000×8=2048kps=2.048Mps。

PCM30/32路端机方框图如图2.29所示。

在发送端，经放大（调节语音电平）、低通滤波、抽样、合路和编码，编码后的PCM码、帧同步码、信令码、数据信号码在汇总电路里按PCM 30/32路系统帧结构排列，最后经码型变换成适宜于信道传输的码型送往信道。接收端首先将接收到的信号进行整形、再生，然后经码型反变换，恢复成原来的码型，再由分离电路将PCM码、信令码、帧同步码数据信号码分离，分离出的话路信码经解码、分路门恢复出每一路的PAM信号，然后经低通平滑，恢复成每一路的语音模拟信号，最后经放大、差动变量器4～1端送至用户。

2.3.4 30/32路PCM基群端机的定时与同步系统

数字时分复用系统要有一套严格的定时系统。在发送端，定时系统控制话路按照一定时间顺序抽样，每一个样值又按一定的时间顺序编n位码，最后将不同话路的编码同步、监视对告码组，话路信令码按一定的时间顺序结合成综合性数字码流进行发送。在接收端，也要靠定时系统来实现完全相反的变换，同时为保证收、发端协调一致的工作，还需要同步系统。因此，可以说定时与同步系统是30/32路PCM基群端机的控制和指挥系统，是通信机的“心脏”，它控制整个通信系统有条不紊地工作。

1.定时系统

定时系统包括发定时系统和收定时系统，它产生数字通信系统中所需的各种定时时钟。定时系统包括系统的主时钟、供抽样和分路用的路时钟、供编码和解码用的位脉冲、供信令用的复帧脉冲等。

发端定时系统如图2.30所示。

主时钟脉冲发生器采用晶体振荡电路用于提供稳定的时钟信号。30/32路PCM系统主时钟fcp=8000×8×32=2048kHz。位脉冲经主时钟8分频得到，其频率为2048kHz/8=256kHz。路脉冲由位脉冲32分频得到。频率为256kHz/32=8000Hz。复帧脉冲是用来传递复帧同步码和30个话路的信令码，其频率为8kHz/16=0.5kHz，经路脉冲16分频得到。

收端定时系统的构成和发端定时系统构成基本相同。不同的是在PCM通信系统中，要求收端主时钟频率与发端主时钟频率完全一致，即时钟同步，因此收端主时钟是从对端信码流中提取出来的。

2.同步系统

同步包括位同步、帧同步和复帧同步。

位同步也称为时钟同步，其含义是收、发双方时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决。为了实现时钟同步，收信端的主时钟是从发端送来的信码流中提取出来的，因此要求传输码型中应含有发送端的时钟频率成分。

帧同步是为了保证收、发各对应的话路在时间上保持一致。

复帧同步保证各路信令的正确传送。帧同步和复帧同步的实现方法很相似，都是在发送端固定的时间位置上插入特定的码组，即同步码组，在接收端加以正确识别。