數(shù)字通信基本原理與設(shè)備

2.1抽樣脈沖編碼原理（PCM)

現(xiàn)代通信技術(shù)主要以數(shù)字通信技術(shù)為主，通過(guò)“0”和“1”z組合的二進(jìn)制碼組傳遞信息，而現(xiàn)實(shí)中聲音和圖像主要以模擬信號(hào)形式存在。因此，在將信源通過(guò)數(shù)字通信系統(tǒng)傳遞，必須經(jīng)過(guò)模數(shù)轉(zhuǎn)換（A/D轉(zhuǎn)換）。即首先將模擬信號(hào)離散化，對(duì)模擬信號(hào)按一定的時(shí)間間隔進(jìn)行抽樣；然后再將無(wú)限個(gè)可能的抽樣值變成有限個(gè)可能取值，稱(chēng)之為量化；最后對(duì)量化后的抽樣值用二進(jìn)制（或多進(jìn)制）碼元進(jìn)行編碼，就可得到所需要的數(shù)字信號(hào)。所謂編碼就是用一組符號(hào)（碼組）取代或表示另外一組符號(hào)（碼組或數(shù)字）的過(guò)程。這種將模擬信號(hào)經(jīng)過(guò)抽樣、量化、編碼三個(gè)處理步驟變成數(shù)字信號(hào)的A/D轉(zhuǎn)換方式稱(chēng)為脈沖編碼調(diào)制(PCM,Pulse Code Modulation）。

PCM過(guò)程可分為抽樣、量化和編碼等三步，第一步是對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行信號(hào)抽樣。所謂抽樣就是不斷地以固定的時(shí)間間隔采集模擬信號(hào)當(dāng)時(shí)的瞬時(shí)值。

假設(shè)一個(gè)模擬信號(hào)f(t)通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)，則開(kāi)關(guān)的輸出與開(kāi)關(guān)的狀態(tài)有關(guān)。當(dāng)開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，開(kāi)關(guān)的輸出就是輸入，即y(t)=f(t)；若開(kāi)關(guān)處在斷開(kāi)位置，輸出y(t)就為零。

抽樣結(jié)果可以有無(wú)窮個(gè)可能的取值。為了把無(wú)窮個(gè)可能取值變成有限個(gè)，必須對(duì)k(t)的取值進(jìn)行量化。量化是在縱向坐標(biāo)Y軸離散化的過(guò)程，經(jīng)過(guò)量化k(t)的取值為有限個(gè)樣本值。

經(jīng)過(guò)量化后的=k(t)已經(jīng)變成數(shù)字信號(hào)，但還不是實(shí)際應(yīng)用中的二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)。因此，對(duì)m(t)用二進(jìn)制碼元進(jìn)行編碼就從而完成了A/D轉(zhuǎn)換，實(shí)現(xiàn)了脈沖編碼調(diào)制。

2.2時(shí)分復(fù)用（TDMA）原理

通常一路模擬話(huà)音信號(hào)的的頻率范圍為300Hz~3400Hz。為了提高話(huà)音通信質(zhì)量，一般設(shè)置其頻率上限為f_H=4000Hz。若對(duì)話(huà)音信號(hào)進(jìn)行PCM，為了確保最高點(diǎn)和最低點(diǎn)抽樣值，則根據(jù)奈奎斯特抽樣定理，取抽樣頻率f_s≧8000kHz，所對(duì)應(yīng)的抽樣間隔T_s=1/f_s=125μs。如果每個(gè)樣點(diǎn)的持續(xù)時(shí)間為25μs，則樣值信號(hào)的相鄰兩個(gè)樣點(diǎn)之間就有100μs的空閑時(shí)間。若一個(gè)信道只傳輸一路這樣的PCM信號(hào)，則每一秒就有0.8秒被白白浪費(fèi)掉了，如果進(jìn)行長(zhǎng)途傳輸，其信道利用率之低，傳輸成本之高是人們難以容忍的。為此，提出了時(shí)分復(fù)用的概念。

所謂時(shí)分復(fù)用就是對(duì)欲傳輸?shù)亩嗦沸盘?hào)分配以固定的傳輸時(shí)隙（時(shí)間），以統(tǒng)一的時(shí)間間隔依次循環(huán)進(jìn)行斷續(xù)傳輸。

假設(shè)收、發(fā)信端各有3人要通過(guò)一個(gè)實(shí)信道（一條電纜）同時(shí)打電話(huà)，我們把他們分成甲、乙、丙三對(duì)，并配以固定的傳輸時(shí)隙以一定的順序分別傳輸他們的信號(hào)，比如第一時(shí)刻開(kāi)關(guān)撥在甲位傳輸甲對(duì)通話(huà)者的信號(hào)，第二時(shí)刻開(kāi)關(guān)撥在乙位傳輸乙對(duì)通話(huà)者的信號(hào)，第三時(shí)刻開(kāi)關(guān)撥在丙位傳輸丙對(duì)通話(huà)者的信號(hào)，第四時(shí)刻又循環(huán)到傳送甲對(duì)信號(hào)，周而復(fù)始，直到通話(huà)完畢。

時(shí)分復(fù)用的特點(diǎn)是，各路信號(hào)在頻譜上是互相重疊的，但在傳輸時(shí)彼此獨(dú)立，任一時(shí)刻，信道上只有一路信號(hào)在傳輸。在上述通信過(guò)程的描述中，需要注意兩個(gè)問(wèn)題，一是傳輸時(shí)間間隔必須滿(mǎn)足抽樣定理，即各路樣值信號(hào)分別傳輸一次的時(shí)間T≤125μs，但每一路信號(hào)傳輸時(shí)所占用的時(shí)間（時(shí)隙）沒(méi)有限制，顯然，一路信號(hào)占用的時(shí)間越少，則可復(fù)用的信號(hào)路數(shù)就越多。第二個(gè)問(wèn)題就是收信端和發(fā)信端的轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)必須同步動(dòng)作，否則信號(hào)傳輸就會(huì)發(fā)生混亂。這里需要引入“幀”的概念。

所謂“幀”就是傳輸一段具有固定數(shù)據(jù)格式數(shù)據(jù)所占用的時(shí)間。這里面包含兩個(gè)意思，第一，“幀”是一段時(shí)間（不同應(yīng)用或不同場(chǎng)合的幀其時(shí)間長(zhǎng)短是不同的），每一幀中的數(shù)據(jù)格式是一樣的；第二，“幀”是一種數(shù)據(jù)格式，一般來(lái)說(shuō)同一種應(yīng)用每一幀的時(shí)間長(zhǎng)度和數(shù)據(jù)格式是一樣的，但每一幀的數(shù)據(jù)內(nèi)容可以不同。因此，在講到幀時(shí)，要么是強(qiáng)調(diào)傳輸時(shí)間的長(zhǎng)短，要么是強(qiáng)調(diào)數(shù)據(jù)格式的結(jié)構(gòu)。比如，上面講的話(huà)音信號(hào)復(fù)用時(shí)，每一個(gè)傳輸循環(huán)必須小于等于125μs，如果我們?nèi)∽畲笾档脑?huà)，則一個(gè)循環(huán)就是125μs。從傳輸時(shí)間上看，這125μs就是3路話(huà)音信號(hào)TDM的一個(gè)幀，或者說(shuō)，一個(gè)幀是125μs。而數(shù)據(jù)格式就是各路信號(hào)在一個(gè)幀中的安排方式（結(jié)構(gòu)）。上例中，如果把125μs四等分，前三個(gè)等分按甲、乙、丙的順序分別傳輸3路話(huà)音信號(hào)，第四個(gè)等分傳輸一路控制信號(hào)，每個(gè)樣值用8位二進(jìn)制碼編碼，那么這種數(shù)據(jù)安排方式就是數(shù)據(jù)格式或幀結(jié)構(gòu)。

2.3 PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)

2.3.1 PCM基群幀結(jié)構(gòu)

話(huà)音信號(hào)根據(jù)CCITT建議采用8KHz抽樣，抽樣周期為125s，在125s時(shí)間內(nèi)各路抽樣值所編成的PCM信碼順序傳送一次，這些PCM信息碼所對(duì)應(yīng)的各個(gè)數(shù)字時(shí)隙有次序的組合稱(chēng)為一幀，顯然，PCM幀周期就是125s。 在幀中除了要傳送各路PCM信碼以外，還要傳送幀同步碼以及信令碼。一幀碼流中含有幀同步碼、復(fù)幀同步碼、各路信息碼、信令碼以及告警碼等。

對(duì)于多路數(shù)字電話(huà)系統(tǒng)，國(guó)際上已建議的有兩種標(biāo)準(zhǔn)化制式，即PCM?30/32路(A律壓擴(kuò)特性)制式和PCM?24路(μ律壓擴(kuò)特性)制式，并規(guī)定國(guó)際通信時(shí)，以A律壓擴(kuò)特性為準(zhǔn)(即以30/32路制式為準(zhǔn))，凡是兩種制式的轉(zhuǎn)換， 其設(shè)備接口均由采用μ律特性的國(guó)家負(fù)責(zé)解決。因此，我國(guó)規(guī)定采用PCM?30/32路制式，其幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)所示：

在PCM?30/32路的制式中，一個(gè)復(fù)幀由16幀組成；一幀由32個(gè)時(shí)隙組成；一個(gè)時(shí)隙為8位碼組。時(shí)隙l～15，17～3l共30個(gè)時(shí)隙用來(lái)作話(huà)路，傳送話(huà)音信號(hào)，時(shí)隙0(TS0)是“幀定位碼組”，時(shí)隙16(TS16)?用于傳送各話(huà)路的標(biāo)志信號(hào)碼。從時(shí)間上講，由于抽樣重復(fù)頻率為8000Hz（周期為125μs），這也就是PCM?30/32的幀周期。一復(fù)幀由16個(gè)幀組成，這樣復(fù)幀周期為2ms。一幀內(nèi)要時(shí)分復(fù)用32 路，則每路占用的時(shí)隙為125/32=3.9μs；每時(shí)隙包含8位碼組，每位碼元占3.9μs/8=0.488μs。

從傳碼率上講，也就是每秒鐘能傳送8000幀，而每幀包含32×8＝256bit，因此，總碼率為256比特/幀×8000幀/秒＝2048kb/s。對(duì)于每個(gè)話(huà)路來(lái)說(shuō)，每秒鐘要傳輸8000個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為8bit，所以可得每個(gè)話(huà)路數(shù)字化后信息傳輸速率為8×8000＝64kb/s。? ????從時(shí)隙比特分配上講，在話(huà)路比特中，第l比特為極性碼，第2～4比特為段落碼，第5～8比特為段內(nèi)碼。對(duì)于TS0和TS16時(shí)隙比特分配將分別予以介紹。

TS0時(shí)隙比特分配，為了使收發(fā)兩端嚴(yán)格同步，每幀都要傳送一組特定標(biāo)志的幀同步碼組或監(jiān)視碼組。幀同步碼組為“0011011”，占用偶幀TS0的第2～8碼位，該時(shí)隙碼元丟失將造成設(shè)備“幀失步”告警。在奇幀中，第l比特供國(guó)際通信用，不使用時(shí)發(fā)送“1”碼。第2位為奇偶校驗(yàn)碼，校驗(yàn)正常時(shí)填入“1”,校驗(yàn)出錯(cuò)時(shí)填入“0”，設(shè)備產(chǎn)生誤碼告警。第3位為指示對(duì)端告警用，對(duì)端正常時(shí)送“0”碼，對(duì)端告警時(shí)送“1”碼。為避免奇TS0的第2～8碼位出現(xiàn)假同步碼組，第2位碼規(guī)定為監(jiān)視碼，固定為“1”，第4～8位碼為國(guó)內(nèi)通信用，目前暫定為“1”。

TS16時(shí)隙用于傳送各話(huà)路的標(biāo)志信號(hào)碼，標(biāo)志信號(hào)按復(fù)幀傳輸，即每隔2ms傳輸一次，一個(gè)復(fù)幀有16個(gè)幀，即有16個(gè)“TS16時(shí)隙”(8位碼組)。除了F0之外，其余Fl～F15用來(lái)傳送30個(gè)話(huà)路的標(biāo)志信號(hào)。每幀8位碼組可以傳送2個(gè)話(huà)路的標(biāo)志信號(hào)，每路標(biāo)志信號(hào)占4個(gè)比特，以a、b、c、d表示。TS16時(shí)隙的F0為復(fù)幀定位碼組，其中第一至第四位是復(fù)幀定位碼組本身，編碼為“0000”，第六位用于復(fù)幀失步告警指示，失步為“l(fā)”；同步為“0”，該時(shí)隙碼組若全部丟失，將造成設(shè)備“復(fù)幀失步告警”。其余3比特為備用比特，如不用則為“l(fā)”。需要說(shuō)明的是標(biāo)志信號(hào)碼a、b、c、d不能為全“0”，否則就會(huì)和復(fù)幀定位碼組混淆了。

時(shí)隙l～15，17～3l共30個(gè)時(shí)隙用來(lái)作話(huà)路，傳送話(huà)音信號(hào)。當(dāng)信號(hào)內(nèi)容全部丟失時(shí)，為了防止長(zhǎng)時(shí)間信號(hào)無(wú)脈沖導(dǎo)致設(shè)備下游接收無(wú)法同步，發(fā)送設(shè)備會(huì)自動(dòng)為下游接收設(shè)備的全部時(shí)隙填入“1”信號(hào)，下游接收設(shè)備收到全“1”信號(hào)時(shí)產(chǎn)生設(shè)備全“1”告警。

2.3.2 PCM的高次群

目前我國(guó)和歐洲等國(guó)采用PCM系統(tǒng)，以2048kb/s傳輸30/32路話(huà)音、同步和狀態(tài)信息作為一次群。為了能使如電視等寬帶信號(hào)通過(guò)PCM系統(tǒng)傳輸，就要求有較高的碼率。而上述的PCM基群(或稱(chēng)一次群)顯然不能滿(mǎn)足要求，因此，出現(xiàn)了PCM高次群系統(tǒng)。?

在時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)中，高次群是由若干個(gè)低次群通過(guò)數(shù)字復(fù)用設(shè)備匯總而成的。對(duì)于PCM?30/32路系統(tǒng)來(lái)說(shuō)，其基群的速率為2048kb/s。其二次群則由4個(gè)基群匯總而成，速率為8448kb/s，話(huà)路數(shù)為4×30＝120話(huà)路。對(duì)于速率更高、路數(shù)更多的三次群以上的系統(tǒng)，目前在國(guó)際上尚無(wú)統(tǒng)一的建議標(biāo)準(zhǔn)。作為一個(gè)例子，下圖介紹了歐洲地區(qū)采用的各個(gè)高次群的速率和話(huà)路數(shù)。我國(guó)郵電部也對(duì)PCM高次群作了規(guī)定，基本上和圖中相似，區(qū)別只是我國(guó)只規(guī)定了一次群至四次群，沒(méi)有規(guī)定五次群。

PCM系統(tǒng)所使用的傳輸介質(zhì)和傳輸速率有關(guān)。基群PCM的傳輸介質(zhì)一般采用市話(huà)對(duì)稱(chēng)電纜或同軸線(xiàn)傳輸，也可以在市郊長(zhǎng)途電纜上傳輸?；?/span>PCM可以傳輸電話(huà)、數(shù)據(jù)或1MHz可視電話(huà)信號(hào)等。二次群速率較高，需采用對(duì)稱(chēng)平衡電纜，低電容電纜或微型同軸電纜。二次群PCM可傳送可視電話(huà)、會(huì)議電話(huà)或電視信號(hào)等。三次群以上的傳輸需要采用同軸電纜或毫米波波導(dǎo)等，它可傳送彩色電視信號(hào)。

2.3.3 PCM基群設(shè)備（BX06型PCM設(shè)備）

BX06綜合業(yè)務(wù)接入設(shè)備具有豐富的模擬接口和多種數(shù)據(jù)接口（如摩爾斯電碼、V.35 （NX64K）、G.703（同向64K）、10Base-T、RS232/485等）。靈活的信令設(shè)置功能使BX06通過(guò)2M與其它廠(chǎng)家PCM設(shè)備互通，亦能實(shí)現(xiàn)“哈里斯”、“愛(ài)立信”“飛利浦”交換機(jī)的單端接入。

BX06是訊風(fēng)通信最為成熟的一款PCM產(chǎn)品，運(yùn)行穩(wěn)定。該設(shè)備采用純硬件設(shè)計(jì),無(wú)需網(wǎng)管軟件（也可選用網(wǎng)管軟件）即可正常運(yùn)維，適合無(wú)人值守的惡劣環(huán)境及軍隊(duì)公安等特殊行業(yè)。

2.3.4 PCM高次群設(shè)備（PDH 光端機(jī)）

PDH光端機(jī)主要用于近距離和小容量通信傳輸，通信容量分為8M、34M和140M型。PDH光端機(jī)一般以音頻數(shù)量命名，如PDH-120系統(tǒng)表示8M光端機(jī)，BX-480系統(tǒng)表示34M光端機(jī)。也有以基群數(shù)命名的光端機(jī)，如TBC-6240?8E1系統(tǒng)。新型PDH傳輸系統(tǒng)一般還會(huì)混合100M以太網(wǎng)數(shù)據(jù)傳輸。我們以Optical Multiplexer PDH光端機(jī)為例，其余各類(lèi)PDH光端機(jī)可以對(duì)照說(shuō)明書(shū)參照此方法進(jìn)行掌握。

Optical Multiplexer PDH光端是一款性能優(yōu)越的小型PDH光傳輸設(shè)備，采用超大規(guī)模ASIC設(shè)計(jì)，以簡(jiǎn)潔的單板形式實(shí)現(xiàn)了4/8 路E1 和4 路100Mb/s以太網(wǎng)數(shù)據(jù)的混合復(fù)用及傳輸，同時(shí)提供1路公務(wù)電話(huà)和1路RS-232用戶(hù)通道，設(shè)備具有完善的告警監(jiān)控功能，集成度高、功耗低、工作穩(wěn)定、使用方便。

（一）主要特點(diǎn)

（1）光線(xiàn)路速率為150Mb/s，常規(guī)傳輸距離不低于40Km；

（2）支持1＋1光口自動(dòng)保護(hù)倒換，支持ALS（Auto Laser Shutdown）激光自動(dòng)關(guān)斷功能；

（3）提供4/8 路E1的透明傳輸，E1接口碼型為HDB3碼；

（4）可提供1路100Mb/s的以太網(wǎng)通道，端口可工作于自協(xié)商模式；

（5）具有完備的本端和對(duì)端告警功能，提供指示燈告警和聲音告警；

（6）可選遠(yuǎn)端設(shè)備斷電檢測(cè)（RPD）及串口網(wǎng)管功能；

（7）支持E1支路遠(yuǎn)端環(huán)回功能，便于設(shè)備開(kāi)通和管理；

（8）可與集中型設(shè)備組成星型網(wǎng)；

（9）提供1路波特率最高達(dá)115.2Kb/s的RS-232用戶(hù)透明數(shù)據(jù)通道；

（10）整機(jī)為單板設(shè)計(jì)，體積小巧，標(biāo)準(zhǔn)1U高度，功耗低。

（二）組網(wǎng)運(yùn)用

（三）設(shè)備開(kāi)設(shè)

設(shè)備前面板指示燈含義

前面板控制開(kāi)關(guān)和接口說(shuō)明

后面板接口說(shuō)明

（四）設(shè)備維護(hù)

設(shè)備出現(xiàn)故障時(shí)，首先判斷是設(shè)備本身故障還是線(xiàn)路故障。

判斷方法：將設(shè)備光口自環(huán)，如果設(shè)備的故障依然存在，則基本可以確定為設(shè)備本身的故障，可以按照下表的檢查方法判斷和處理。（注意：設(shè)備光口自環(huán)時(shí)必須連接光衰減器，否則會(huì)造成設(shè)備光接收機(jī)損壞）

常見(jiàn)故障分析及處理方法