PCM帧结构相关整理

通信多路复用的方法及30/32路PCM帧结构 

通信系统包括发送设备、接收设备和传输设备. 传输线路投资往往占整个通信系统投资的很大比例，因此，如何提高线路利用率，实现传输线路的多路复用，就成了一个非常重要的话题。 

1  多路复用的方法 

    多路复用通常有3种基本方法：频分复用（FDMA），码分复用（CDMA）和时分复用（TDMA）。

1.1 频分复用

    频分复用是模拟通信中广泛使用的传输方式，它的基本原理是利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方式同时在同一条线路上互不干扰地传输。

1.2 码分复用

    码分复用是指在同一条信道上，多路信号以不同的编码形式互不干扰的传输。它目前已成为移动通信中使用的先进方法。

1.3 时分复用

    时分复用是现代数字通信中主要采用的传输方式，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。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 上，最后又回到11和12上，如此反复。目前世界上的数字时分多路复用系统主要有北美、日本的24路PCM系统和欧洲、中国的30/32路PCM系统。下面主要介绍30/32路PCM系统。

 

2  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0.448μs（3.91μ?/8）. PCM30/32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。

    显然，同步、监视、对告码的周期都是250μs。

2.3 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，信令信息是借助数字通道来传送的，它可和话音信息一样占用相同的时隙进行传送，如第1路话音信息和信令都占用TS1传送，24路PCM通信的信令就是采用这种方式；话音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。从抽样定理中知道，对于话音信息，抽样频率为8000 HZ 。即话音样值是每隔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500 HZ，即2ms抽样一次。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位可发放下两路数字信令，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的第1—4位码传复帧同步组“0000”，其作用是保证信令正确传送，即保证收发信令同步；第6位码为A2，传复帧对告码，第6位码=0，表示复帧同步，第6位码=1，表示复帧不同步。第5、第7、第8位码备用，不用时暂时定为1。

        F1中，TS16的第1—4位码传第1路信令，第5—8位码传16路信令。F2中，TS16的第1—4位码传第2路信令，第5—8位码传第17路信令…… F15中，TS的第1—4位码传第15路信令，第5—8位码传第30路信令。

一个信令复帧正好把30路信令传一遍，其周期为2 ms ，即信令抽样频率为500 HZ。

32路PCM帧结构说明

1.概述：

PCM时分复用数字基带传输，是各路信号在同一信道上占有不同的时间间隙进行通信。它把模拟信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，这些都靠编码器来实 现，然后在位同步和帧同步信号的控制下通过复接器实现复接，复接后的信号通过信道传输，分接器在同步信号的作用下把接收到的信号进行分路，分路后的信号通 过PCM译码、低通滤波器还原出输入的模拟语音信号。同步技术是时分复用数字通信的又一个重要特点。位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。它的基本 含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确判断和接收发送端送来的每一个码元。帧同步是为了保证收、发各对应的话路在时间上保持一 致，这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号。晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译码 器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz的时隙同步信号。此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。由于时钟频率为 2.048MHz，抽样信号频率为8KHz，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据， 另外31个时隙都是空时隙。

2. PCM30/32帧结构说明

多路数字电话系统，国际上有两种标准化制式，即PCM 30/32路(A律压扩特性)制式E1和PCM 24路(μ律压扩特性)制式T1，并规定国际通信时，以A律压扩特性为准(即以30/32路制式为准)，凡是两种制式的转换，其设备接口均由采用μ律特性的国家负责解决。如下是一个PCM30/32链路的帧结构图：

从图可以看出，在PCM 30/32路的制式中，一个复帧由16帧组成；一帧由32个时隙组成；一个时隙为8位码组。时隙l～15，17～3l共30个时隙用来作话路，传送话音信号，时隙0(TS0)是“帧定位码组”，即传同步信号，时隙16(TS16) 用于传送各话路的标志信号码，即传送信令信号。

从时间上讲，由于抽样重复频率为8000Hz，抽样周期为1/8000=125μs，这也就是PCM30/32的帧周期；一复帧由16个帧组成，这样复帧 周期为2ms；一帧内要时分复用32路，则每路占用的时隙为125μs/32=3.9μs；每时隙包含8位码组，即8bit，因此，每位码元（1bit） 占488ns。

从传码率上讲，也就是每秒钟能传送8000帧，而每帧包含32×8＝256bit，因此，总码率为256比特/帧×8000帧/秒＝2048kb/s。对 于每个话路来说，每秒钟要传输8000个时隙，每个时隙为8bit，所以可得每个话路数字化后信息传输速率为8×8000＝64kb/s。

为了使收发两端严格同步，每帧都要传送一组特定标志的帧同步码组或监视码组。帧同步码组为“0011011”，占用偶帧TS0的第2～8码位。第l比特供 国际通信用，不使用时发送“1”码。在奇帧中，第3位为帧失步告警用，同步时送“0”码，失步时送“1”码。为避免奇TS0的第2～8码位出现假同步码 组，第2位码规定为监视码，固定为“1”，第4～8位码为国内通信用，目前暂定为“1”。

3.为什么抽样频率取值为8000HZ呢？

抽样就是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。缩短时间间隔会导致数据量增加，所以缩短时间间隔必须适可而止。时间间隔可以根据信 号所包含的最高频率成分的值来确定。如果取样频率大于或者等于模拟信号中最高频率的2倍，就能够无失真地恢复出原信号，这就是取样定理。

在电话中传送声音信号的频率范围为300～3400Hz，所以在1秒钟内只需要以2×3400＝6800次以上的速率取样就能满足取样定理，再留点余量每秒进行8000次取样。

PCM编码&E1帧结构

E1：

   ①一条E1是2.048M的链路，用PCM编码。
   ②一个E1的帧长为256个bit,分为32个时隙，一个时隙为8个bit。
   ③每秒有8k个帧通过接口，即8K*256=2048kbps。
   ④每个时隙在E1帧中占8bit，8*8k=64k，即一条E1中含有32个64K。

 

E1帧结构

E1分为有成帧，成复帧与不成帧三种方式。在成帧的E1中第0时隙用于传输帧“同步数据”，其余31个时隙可以用于传输有效数据；在成复帧的E1中，除了第0时隙外，第16时隙是用于传输“信令”的，只有第1到15，第17到第31共30个时隙可用于传输有效数据；而在不成帧的E1中，所有32个时隙都可用于传输有效数据。

 

E1信道的帧结构简述

在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个帧（F），16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0 主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。我们称TS1至TS15和TS17至TS31为“净荷”，TS0和TS16为“开销”。如果采用带外公共信道信令（CCS），TS16就失去了传送信令的用途，该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为TS1至TS31，开销只有TS0了。

 

由PCM编码介绍E1：

由PCM编码中E1的时隙特征可知，E1共分32个时隙TS0-TS31。每个时隙为64K，其中TS0为被帧同步码，Si、Sa4、Sa5、sa6、Sa7、A比特占用，若系统运用了CRC校验，则Si比特位置改传CRC校验码。TS16为信令时隙，当使用到信令(共路信令或随路信令)时，该时隙用来传输信令，用户不可用来传输数据。所以2M的PCM码型有

① PCM30：PCM30用户可用时隙为30个，TS1-TS15,TS17-TS31。TS16传送信令，无CRC校验。 

② PCM31：PCM30用户可用时隙为31个，TS1-TS15,TS16-TS31。TS16不传送信令，无CRC校验。

③ PCM30C：PCM30用户可用时隙为30个，TS1-TS15,TS17-TS31。TS16传送信令，有CRC校验。

④ PCM31C：PCM30用户可用时隙为31个，TS1-TS15,TS16-TS31。TS16不传送信令，有CRC校验。

CE1,就是把2M的传输分成了30个64K的时隙，一般写成N*64，你可以利用其中的几个时隙，也就是只利用n个64K，必须接在ce1/pri上。

CE1----最多可有31个信道承载数据 timeslots 1----31 timeslots 0 传同步。

 

E1接口：

G．703非平衡的75 ohm，平衡的120 ohm2种接口

 

使用E1的三种方法：
1.将整个2M用作一条链路，如DDN 2M；
2.将2M用作若干个64k及其组合，如128K，256K等，这就是CE1；
3.在用作语音交换机的数字中继时，这也是E1最本来的用法，是把一条E1作为32个64K来用，但是时隙0和时隙15是用作signaling即信令的，所以一条E1可以传30路话音。PRI就是其中的最常用的一种接入方式，标准叫PRA信令。

用2611等的广域网接口卡，经V.35-G.703转换器接E1线。这样的成本应该比E1卡低的。目前DDN的2M速率线路通常是经HDSL线路拉至用户侧。E1可由传输设备出的光纤拉至用户侧的光端机提供E1服务。