时分多路复用(TDM),时分多路复用(TDM)的原理是什么?

时分多路复用(TDM),时分多路复用(TDM)的原理是什么?
 

为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰，称多路复用。目前采用较 多的是频分多路复用和时分多路复用。频分多路复用用于模拟通信，例如载波通信，时分多路复用用于数字通信，例如PCM通信。

时分多路复用通信，是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。由前述的抽样理 论可知，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，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号沿同一信道传输提供了条件。具体说，就是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1为时分多路复用示意图，各路信号经低通滤波器将频带限制在3400Hz以下，然后加到快速电子旋转开关(称分配器)k1,k1开关不断重复地作匀速旋转，每旋转 一周的时间等于一个抽样周期T，这样就做到对每一路信号每隔周期T时间抽样一次。由此可见，发端分配器不仅起到抽样的作用，同时还起到复用合路的作用。合路后的抽样信号送到 PCM编码器进行量化和编码，然后将数字信码送往信道。在收端将这些从发送端送来的各路信码依次解码，还原后的PAM信号，由收端分配器旋转开关K2依次接通每一路信号，再经 低通平滑，重建成话音信号。由此可见收端的分配器起到时分复用的分路作用，所以收端分 配器又叫分路门。

当采用单片集成PCM编解码器时，其时分复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分别解码和重建信号。

要注意的是：为保证正常通信，收、发端旋转开关k1,k2必须同频同相。同频是指k1,k2的旋转速度要完全相同，同相指的是发端旋转开关k1连接第一路信号时，收端旋转开关k2也必须连接第一路，否则收端将收不到本路信号，为此要求收、发双方必须保持严 格的同步。时分复用后的数码流示意图示于图2。

时分复用中的同步技术

时分复用通信中的同步技术包括位同步(时钟同步)和帧同步，这是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。位同步的基本含义是收、发两端机的时 钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。为了达到收、发端频率同频、同相，在设计传输码型时，一般要考虑传输的码型中应含有发送端 的时钟频率成分。这样，接收端从接收到PCM码中提取出发端时钟频率来控制收端时钟，就可做到位同步。

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，当然这必须是在位同步的前提下实现。

为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧(或几帧)中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码。这样，只要收端能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的首尾，从而能正确区分出发端送来的各路信号。

时分复用的帧结构

现以PCM30/32路电话系统为例，来说明时分复用的帧结构，这样形成的PCM信号称为PCM一次 群信号。

在讨论时分多路复用原理时曾指出，时分多路复用的方式是用时隙来分割的，每一路信号分配 一个时隙叫路时隙，帧同步码和信令码也各分配一个路时隙。PCM30/32系统的意思是整个系统共分为32个路时隙，其中30个路时隙分别用来传送30路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码。图3－3是CCITT建议G.732规定的帧结构。

从图中可看出，PCM30/32路系统中一个复帧包含16帧，编号为F0帧、F1帧……F15帧，一复帧的时间为2毫秒。每一帧(每帧的时间为125微秒)又包含有32个路时隙，其编号 为TS0,TS1,TS2…TS31,每个路时隙的时间为3.9微秒。每一路时隙包含有8个位时隙，其编号为D1,D2,D3……D8，每个位时隙的时间为0.488微秒。 ?

路时隙TS1-TS15分别传送第1路-第15路的信码，路时隙TS17-TS31分别传送第16路~第30路的信码。偶帧TS0时隙传送帧同步码，其码型为{×0011011}。奇帧TS0时隙码型为{×1A1SSSSS}，其中A1是对端告警码，A1=0时表示帧同步，A1=1时表示帧失步；S为备用比特，可用来传送业务码；×为国际备用比特或传送循环冗余校验码(CRC码)，它可用于监视误码。F0帧TS16时隙前4位码为复帧同步码，其码型为 0000；A2为复帧失步对告码。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。按图3所示的帧 结构，并根据抽样理论，每帧频率应为8000帧/秒，帧周期为125微秒，所以PCM30/32路系统的总数码率是

fb=80000(帧/秒)×32(路时隙/帧)×8(bit/路时隙)=2048kbit/s=2.048Mbit/s?

PCM30/32路端机方框图如图4所示。

用户的话音信号(发与收)采用二线制传输，但端机的发送与接收支路是分开的，即发与收是 采用四线制传输。因此，用户的话音信号需经2/4线变换，也就是通过差动变量器(差动变量 器1~2端发送与4－1端接收的传输衰减越小越好，而4－2端的衰减要越大越好，以防止通路 振鸣)1~2端送入PCM端机的发送端，经放大(调节话音电平)、低通滤波(限制话音频带、防止 折叠噪声)、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PCM30/32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 端首先将接收到信号进行整形、再生，然后经过码型反变换，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PCM信号，然后经低通平滑，恢复成每一路的话音模拟信号，最后经放大、差 动变量器4~1端送至用户。再生电路所提取时钟，除了用于抽样判决，识别每一个码元外，还由它来控制收端定时系统产生收端所需的各种脉冲信号。