多址技术及30/32路PCM帧结构

摘要：研究了多址通信的技术及其复用方式、30/32路PCM基群的帧结构以及重要参数的测试，就能够提高信道利用率，安全、方便的实现现代化的通信组网。

关键词：多址；复用；帧；PCM；测试

中图分类号：TP311文献标识码：A文章编号：1009-3044(2011)22-5320-03

Struct Multiaddress Communications Technology and the Frame ure of 30/32-site PCM

SHI Gui-lan

(Yellow River Electric Power Overhaul Engineering CO.LTD, Qingtongxia 751601, China)

Abstract: In this paper,multiaddress communications technology and multiplexing mode are studied,including the frame structure of 30/32-site PCM basic group and the test of important parameter. The utilization rate of information will be enhanced.As a result,we can realize modernization of communications networking safely, expediently.

key words: multiaddress; multiplexing; frame; pulse; code; modulation(PCM) test

通信就是信息的交流，包括信息的发送、传递和接收。从而，数字通信系统就包括数字终端设备（发送设备、接收设备）和传输设备。传输线路的投资往往占整个通信系统投资的大部分比例，因此，如何提高信道利用率，实现多路复用，就成了电信技术中一个非常重要的话题。

1 多址技术

多址通信技术（即信道复用技术）就是指在一个共同的传输媒介内能同时传递互不干扰的多路信号。多址技术使众多的用户共用公共的通信线路。为使信号多路化而实现多址的方法基本上有三种，它们分别采用频率、时间或代码分隔的多址连接方式，即人们通常所称的频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）三种接入方式。图1用模型表示了这三种方法简单的一个概念。

FDMA是以不同的频率信道实现通信的，TDMA是以不同的时隙实现通信的，CDMA是以不同的代码序列实现通信的。

1) 频分多路复用（FDMA）

频分，有时也称之为信道化，就是把整个可分配的频谱划分成许多单个无线电信道（发射和接收载频对），每个信道可以传输一路话音或控制信息。利用调制手段和滤波技术使多路信号同时在同一条线路上互不干扰地传输，任何一个用户都可以接入这些信道中的任何一个。模拟蜂窝系统是FDMA结构的一个典型例子，数字蜂窝系统中也同样可以采用FDMA，只是不会采用纯频分的方式，比如GSM和CDMA系统就采用了FDMA，早期电力载波通信也属于这类。

2) 码分多路复用（CDMA）

码分多址是一种利用扩频技术所形成的不同的码序列实现的多址方式。它不像FDMA、TDMA那样把用户的信息从频率和时间上进行分离，它可在一个信道上同时传输多个用户的信息，也就是说，允许用户之间的相互干扰。其关键是信息在传输以前要进行特殊的编码，编码后的信息混合后不会丢失原来的信息。有多少个互为正交的码序列，就可以有多少个用户同时在一个载波上通信。每个发射机都有自己唯一的代码（伪随机码），同时接收机也知道要接收的代码，用这个代码作为信号的滤波器，接收机就能从所有其他信号的背景中恢复成原来的信息码（这个过程称为解扩）。CDMA目前已成为移动通信中使用的先进方法。

CDMA按照获得带宽信号所采取的调制方式分为直接序列扩频（DS）、跳频（FH）和跳时（TH），如图2所示。

3) 时分多路复用（TDMA）

时分多址是在一个带宽的无线载波上，按时间（或称为时隙）划分为若干时分信道，每一用户占用一个时隙，只在这一指定的时隙内收（或发）信号，故称为时分多址。TDMA是一种较复杂的结构，最简单的情况是单路载频被划分成许多不同的时隙，每个时隙传输一路猝发式信息。TDMA中关键部分为用户部分，每一个用户分配给一个时隙（在呼叫开始时分配），用户与基站之间进行同步通信，并对时隙进行计数。当自己的时隙到来时，移动台就启动接收和解调电路，对基站发来的猝发式信息进行解码。同样，当用户要发送信息时，首先将信息进行缓存，等到自己时隙的到来。在时隙开始后，再将信息以加倍的速率发射出去，然后又开始积累下一次猝发式传输。

TDMA的一个变形是在一个单频信道上进行发射和接收，称之为时分双工（TDD）。其最简单的结构就是利用两个时隙，一个发一个收。当移动台发射时基站接收，基站发射时移动台接收，交替进行。TDD具有TDMA结构的许多优点：猝发式传输、不需要天线的收发共用装置等等。它的主要优点是可以在单一载频上实现发射和接收，而不需要上行和下行两个载频，不需要频率切换，因而可以降低成本。TDD的主要缺点是满足不了大规模系统的容量要求。

此多址方式主要用在北美、日本的24路PCM系统和欧洲、中国的30/32路PCM系统，数字蜂窝系统、GSM系统也采用了此种方式。下面我们就来看一看30/32路PCM系统。

2 30/32路PCM系统

时分多路复用就是在一条信道内，将若干路离散信号的脉冲序列，经过分组、压缩、循环排序，成为时间上互不重叠的多路信号一并传输的方式。

例如两地有许多对用户要进行通信，用户11-用户12，用户21-用户22……用户n1-用户n2。可是线路只有一对，于是在收发双方各加了一对快速旋转的电子开关SA1和SA2（这两个开关实际上就是一组抽样门和分路门，它们的开闭受抽样脉冲控制），SA1、SA2旋转频率相同，初始位置相互对应，如图1所示。我们称之为同步动作。开始，SA1和SA2停留在用户11和用户12上，然后依次旋转到21和22上，31和32上，n1和n2，最后又回到11和12上，如此反复。

注意：时分复用能正常进行的关键是收发双方同步工作，否则通信将无法进行。

数字通信的特点：数字通信具有以下与模拟通信不可比拟的重要特点。

1) 抗干扰能力强，能实现高质量的远距离通信。

2) 保密性强，数字信号易于加密。

3) 便于降低成本，数字时分技术简单，易于集成，体积小，重量轻，成本低。

4) 便于综合数字网的发展，灵活性能高，能适应多种多样通信业务要求，可方便实现现代化的通信网。

3 30/32路PCM基群帧结构

1) 帧结构

帧结构的概念就是把多路语声数字码以及插入的各种标记码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基群帧结构即在传输数据时先传第1路信号，然后传第2路、第3路、第4路……直到传完第32路再开始传第1路、第2路……如此循环下去。每一路信号占用不同的时间位置，我们称为时隙，用TS0、TS1、TS2……TS31来表示。其中TS0用于传同步码、监视码、对端告警码组（简称对告码）；TS16用于传信令码；TS1-TS15传前15个话路的语声数字码，TS17-TS31传后15个话路的语声数字码，显然，在32个时隙中只有30个时隙用于传语声，称为30话路32时隙，记作PCM30/32。

将所有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8000Hz，即每秒抽样8000次，所以两个抽样值之间的时间间隔是1/8000，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（125/32）μs。每个时隙的样值编8位码，因此每位码占用的时间是488ns（3.91μs/8）。

2) TS0

偶帧TS0用于传帧同步码。其中x2-x8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。x1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x2固定发1，称为监视码，它用于辅助同步过程的实现。x3＝A1，用于传对告码，正常同步时为0，不正常即失步时为1。其他几位码x1、x4-x8可用于低速率数据通信，不用时为1。

对告码的作用是：通话要正常进行，必须两个方向都通畅，如果一个方向有故障，就必须通过对告码来告诉对方。

显然，同步、监视、对告码周期都是250μs。

3) TS16

要建立一个通话过程，信令信息的正确传送是必须的。在以前的模拟传输及模拟交换中，信令主要是直流或直流脉冲信号，如摘机、挂机信号、拨号脉冲等。也就是说，信令是以模拟信号的形式传送的。而在PCM通信中，信令信息也是借助数字通道来传送的，它可和语声信息一样占用相同的时隙进行传送，如第1路语声信息和信令信息都占用TS1传送，24路PCM通信的信令就是采用这种方式；语声信息也可以和信令分开传送，在32路PCM通信中，30路信令都是在TS16中传送的。从抽样定理中已经知道，对于语声信息，抽样频率为8000Hz，即语声样值是每隔125μs抽取一次的。而理论和实践表明：对每一路信令，抽样频率取500Hz，即2ms抽样一次就够了。在数字通信中，每一路信令都先转换为4位数字信号，放在TS16的4个比特中，这样，TS16的8位可以放下两路数字信令，30路的信令共需15个TS16。再将这15个帧前面加上一帧作为标志，就构成了一个复帧，这个复帧称为信令复帧。它所含的16帧称为子帧，用F0-F15来表示，具体安排如下：

F0中，TS16的x1-x4传复帧同步码组“0000”，其作用是保证信令正确传送，即保证收发信令同步；x6＝A2，传复帧对告码，x6＝0表示复帧同步，x6＝1表示复帧不同步；x5、x7、x8备用，不用时暂定为1。

F1中，TS16的x1-x4传第1路信令，x5-x8传第16路信令。F2中，TS16的x1-x4传第2路信令，x5-x8传第17路信令……F15中，TS16的x1-x4传第15路信令，x5-x8传第30路信令。

这样，一个信令复帧正好把30路信令传一遍，其周期为2ms，即信令抽样频率为500Hz。30/32路PCM基群帧结构如图4所示。

信令的传送方式按语声通道和信令通道的关系可分为随路信令方式和共路信令方式。在随路信令中，语声信道和信令信道的相对关系是固定的，如在有些模拟通信中，语声信息和信令信息使用的是同一个信道，这是典型的随路信令。这种信令方式利用率不高。而在共路信令中，语声信道和信令信道没有明确的对应关系，通常多路信号共用一个专门的信道，谁需要就分配给谁用，这样就大大提高了信令信道和信令设备的利用率，同时由于信令信道和语声信道分开，带来了很大的灵活性，适应于开通各种新业务。综合业务数字网就是采用共路信令的方式。

综合上述，每一个复帧包括16帧。每帧32时隙，每个时隙8bit，则每帧宽为32×8＝256bit，每比特宽为0・488μs，每时隙宽为8×0・488≈3・91μs，每帧长32×3・91＝125μs。每125微秒传送256bit，可算得30/32路PCM基群的数码率为256÷（125×10－6）＝2048KB/S。即每秒钟可传送2048000个二进制码。4个30/32路PCM基群可以复接成120路、数码率为8448Kbit/S的二次群；4个二次群可以复接成480路、数码率为34368Kbit/S的三次群；4个三次群可以复接成19200路、数码率为139264Kbit/S的四次群。

4 PCM测试

为了保证PCM通信质量，对PCM设备提出了相应的技术指标，应按规定进行测试调整，使之符合要求。

4.1 PCM通路特性测试

衡量PCM通路特性的指标很多，测试方法和使用仪表也各异，下面只介绍目前常用的

9项指标。值得注意的是，由于是通路指标测试，所以，每项指标对30个话路都要进行测试，而且两个传输方向都要测试。

1）传输电平。要求：测试信号为800Hz，二线a=2db；四线a=－17・3d。

2）频率特性。要求：a

3）电平特性。要求：G或a值不得进入影线范围（交接点应以严要求为准）。

4）净衰减持恒度。要求：在如何10分钟内，电路净衰减变化不超过±0・2db的范围；在一年以内，不超过±1db的范围。

5）空闲信道噪声。要求：空闲电路噪声电平≤－65dbm0p。

6）单频噪声。要求：单频噪声电平值≤－50dbm0。

7）总信噪比。要求：LN值不得进入影线范围之内。

8）路标可懂串音防卫度。要求：路标可懂串音防卫度≥65db。

9）收发防卫度。要求：收发防卫度≥60db。

4.2 PCM传输系统指标测试

1）误码率。要求：总误码率Pen≤1×10－6。

2）相位抖动。要求：每个中继相位抖动≤100（一位码宽为3600），或时间偏离标准位置≤13・6ns。

参考文献：

[1] 常君明,颜彬.数字通信原理[M].北京:清华大学出版社,2010.

[2] 樊昌信.现代通信原理[M].北京:人民邮电出版社,2009.

注：本文中所涉及到的图表、注解、公式等内容请以PDF格式阅读原文