復(fù)用與交換基本原理

1、第2章 復(fù)用與交換基本原理,2.1 PCM基本原理,時(shí)分復(fù)用 多路復(fù)用的概念 時(shí)分復(fù)用原理 異步時(shí)分復(fù)用原理 PCM基本原理 32路PCM PCM的高次群,多路復(fù)用的概念,信號(hào)： 模擬信號(hào)：是數(shù)值上連續(xù)變化的信號(hào)。例如話音信號(hào)，圖象信號(hào)等。 數(shù)字信號(hào)：是離散的信號(hào) 多路復(fù)用 將多個(gè)信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)組合，并由一個(gè)信道傳輸，傳輸中各信號(hào)之間彼此獨(dú)立 多路復(fù)用的基礎(chǔ)是分割原理，信號(hào)分割的依據(jù)是信號(hào)差異 復(fù)用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線路利用率 根據(jù)不同的參量，多路復(fù)用的類型有 頻分復(fù)用FDM:各路信號(hào)頻率分開(kāi)，時(shí)間重疊 時(shí)分復(fù)用TDM:各路信號(hào)時(shí)間分開(kāi)，頻率重疊 碼分復(fù)用CDM:各路信號(hào)時(shí)間、頻率重

2、疊，特征碼不同,時(shí)分復(fù)用原理（1,第1路,第2路,第n路,第1路,第2路,第n路,發(fā)送,接收,時(shí)分復(fù)用TDM（通常指同步時(shí)分復(fù)用） 把傳輸信道按時(shí)間分割成若干時(shí)隙，以傳送若干路信號(hào)。 發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時(shí)隙1時(shí)將第1路信號(hào)打入信道，時(shí)隙2是將第2路信號(hào)打入信道， 依此類推 接收方，在發(fā)送方同步信號(hào)的作用下，在時(shí)隙1時(shí)接收第1路信號(hào)，時(shí)隙2時(shí)接收第2路信號(hào),時(shí)分復(fù)用原理（2,TDM按幀結(jié)構(gòu)（固定時(shí)長(zhǎng)，時(shí)隙個(gè)數(shù)固定）傳送 每個(gè)用戶分配固定時(shí)隙（在幀結(jié)構(gòu)中占固定位置） 每個(gè)用戶只能在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù) 當(dāng)某用戶無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，分配給該用戶的時(shí)隙只能處于空閑狀態(tài)，不能作為他用 可能造成線路資

3、源的浪費(fèi),統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用原理,STDM：Statistic TDM，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，又叫異步時(shí)分復(fù)用 每個(gè)用戶不分配固定時(shí)隙，按需動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙 STDM按幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳送，且?guī)L(zhǎng)度固定（不同系統(tǒng)幀長(zhǎng)可能不同） 組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行 一個(gè)用戶可以連續(xù)占用多個(gè)時(shí)隙 能顯著提高信道的利用率,PCM基本原理（1,1937年,法國(guó)工程師(Alec Reeres)最早提出 1946貝爾實(shí)驗(yàn)室實(shí)現(xiàn)第一臺(tái)PCM數(shù)字電話終端機(jī) 1962年晶體管PCM終端機(jī)大量用于市話網(wǎng)中局間中繼線,市話電纜傳輸電話數(shù)擴(kuò)大24-30倍 70年代后期,超大規(guī)模集成電路的PCM編,解碼器出現(xiàn)使PCM在光纖通信,數(shù)字微波通信,衛(wèi)星通

4、信中獲得廣泛應(yīng)用 PCM已成為數(shù)字通信中一個(gè)十分基本的問(wèn)題,PCM基本原理（1,PCM：Pulse Code Modulation 脈沖編碼調(diào)制 PCM是一種將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的編碼方式 PCM發(fā)送端包括：抽樣、量化和編碼 PCM 接收端包括：解碼、量化樣值解調(diào),模擬 信源,低通 濾波器,量化 器,抽樣 器,編碼 器,解碼 器,低通 濾波器,模擬 信宿,發(fā)送端,接收端,PCM基本原理（2,抽樣,量化,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,編碼,1,011,2,010,001,000,3,4,5,000,6,7,8,001,010,011,9,100

5、,10,101,110,111,11,12,13,111,14,15,16,110,101,100,將時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度離散的數(shù)字信號(hào),將時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)。 帶限信號(hào)連續(xù)抽樣，要求抽樣頻率不小于所傳信號(hào)的最高頻率的2倍,量化后的信號(hào)通過(guò)編碼器變成一組碼元,量化級(jí)：對(duì)應(yīng)一個(gè)幅度等級(jí),如：將08V范圍的模擬量分為8級(jí)，每級(jí)1V。即01V為0級(jí)，12V為第1級(jí)用這8級(jí)的量去量化 輸入信號(hào),均勻分級(jí)量化方法:舍去型、補(bǔ)足型、四舍五入型,量化前的值/V,量化后輸出值/V,舍去型,補(bǔ)足型,四舍五入型,6.6V,6.1V,0.1V,6,6,0

6、,7,7,1,7,6,0,均勻分級(jí)量化,量化誤差：量化前、后信號(hào)幅度之間的差別量化誤差產(chǎn)生的后果：量化噪聲 均勻量化：絕對(duì)誤差相等、量化噪聲均勻，小信號(hào)的信噪比小。信噪比：衡量通信質(zhì)量的重要指標(biāo)，一般要求大于26DB,解決方法：減少小信號(hào)時(shí)的量化噪聲 將量化級(jí)分細(xì)，減少量化誤差從而減少量化噪聲。 量化級(jí)數(shù)多，要求有更多位編碼及更高的碼速， 要求更高的編碼器,信噪比=10 信號(hào)/噪聲（單位：DB,采用不均勻量化，（壓擴(kuò)法）-小信號(hào)的量化級(jí) 分細(xì)些，大信號(hào)量化級(jí)分粗些。使在保持原來(lái)的 量化級(jí)數(shù)下將信噪比做得高于26DB。兩種壓擴(kuò)律： u律和A律,A律：通用于歐洲，為30/32路PCM采用，E1線路

7、 2.048Mb/s,u律：通用于北美和日本，為24路PCM采用，T1線路 1.544Mb/s,我國(guó)采用A律,目的：為了更好地在信道上傳輸 基本要求： 直流分量為零 頻帶寬度小 沒(méi)有較長(zhǎng)的零電平信號(hào)序列 可提供差錯(cuò)檢測(cè)能力 幾種常用碼型 單極性不歸零碼（NRZ） 單極性歸零碼（RZ） 雙極性歸零碼（ AMI） 三階高密度雙極性碼（HDB3,信號(hào)傳輸碼型,編碼規(guī)則： 正電壓：“ 1 ” 零電壓：“ 0 ” 占空比：100,單極性歸零碼,編碼規(guī)則： 正電壓：“ 1 ” 零電壓：“ 0 ” 占空比：50,單極性不歸零碼,特點(diǎn)： 適合短距離傳輸 存在直流分量和豐富的高頻分量，占用頻帶寬 多個(gè)連0可能引

8、起失步,雙極性歸零碼（AMI-Alternate Mark Inversion交替極性倒置,編碼規(guī)則： 正、負(fù)電壓：“ 1 ” 零電壓：“ 0 ” 占空比：50,1,1,0,0,0,1,1,1,特點(diǎn)： 基本不存在直流分量，高頻分量少 多個(gè)連0可能引起失步,HDB3（High Density Bipolar of Order 3）碼,編碼規(guī)則： 正、負(fù)電壓表示“ 1 ”,且交替出現(xiàn) 零電壓表示“ 0 ” 占空比：50% 當(dāng)連零個(gè)數(shù)超過(guò)4時(shí)，作如下操作： 依次將4個(gè)連0編為一組，每組最后一個(gè)0用1取代，用V+或V-表示，與前一個(gè)1（B+或B-）同極性。V稱作破壞點(diǎn)。 保證兩個(gè)破壞點(diǎn)之間有奇數(shù)個(gè)1。

9、若為偶數(shù)個(gè)1，則在前一個(gè)破壞點(diǎn)后面的連續(xù)0組中的第一個(gè)0改為B+或B-，其極性和前一個(gè)破壞點(diǎn)相反。（保證B的極性交替） 后面的極性依次按上述原則改變,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,HDB3（High Density Bipolar of Order 3）碼,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,B,B,B,B,B,B,B,B,B,B,V,V,V,0,1,0,0,0,

10、0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,B,B,B,B,B,V,V,V,B,B,V,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,1,1,0,0,0,0,0,1,0,0,B,B,B,B,B,V,V,V,B,B,B,V,單極性碼,AMI碼,HDB3碼,HDB3碼,HDB3碼,V,V,V,HDB3的替換規(guī)則,正在處理的脈沖的極性 (即前一個(gè)B,自上次替換后雙極性脈沖（比特1）的數(shù)目 （即V之間的1的數(shù)目,奇數(shù),偶數(shù),000,000,00,00,時(shí)隙和幀 時(shí)隙：每路話路抽樣所花的時(shí)間。 幀：每32個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀。 復(fù)幀：16個(gè)幀合成一個(gè)復(fù)幀。

11、數(shù)字信號(hào)傳輸速率 調(diào)制速率（波特率）= Baud 數(shù)據(jù)速率 = * log2n bps,信元數(shù),單位時(shí)間,信元數(shù),單位時(shí)間,幾個(gè)基本概念,0,1,1,0,1,11,10,00,10,01,11,二電平調(diào)制,四電平調(diào)制,32路PCM,幾個(gè)基本概念： 時(shí)隙：每路話路抽樣所花的時(shí)間。 幀：每32個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀。 復(fù)幀：16個(gè)幀合成一個(gè)復(fù)幀,32路PCM的幀結(jié)構(gòu),TS 0,TS 1,TS 2,TS 3,TS 4,TS 5,TS 6,TS 7,TS 8,TS 9,TS 10,TS 11,TS 12,TS 13,TS 14,TS 15,TS 16,TS 17,TS 18,TS 19,TS 20,TS 2

12、1,TS 22,TS 23,TS 24,TS 25,TS 26,TS 27,TS 28,TS 29,TS 30,TS 31,1,0,0,1,1,0,1,1,1,1,0/1,1,1,1,1,1,1復(fù)幀=16幀,1幀=32時(shí)隙,同步時(shí)隙,標(biāo)志信號(hào)時(shí)隙,話路時(shí)隙,F0,F1,F2,F15,幀定位碼組,偶幀,奇幀,區(qū)別偶幀,幀對(duì)告碼,保留,復(fù)幀 定位碼組,復(fù)幀 對(duì)告碼和備用,1路,16路,2路,17路,15路,30路,局間線路信令,幀結(jié)構(gòu)描述,幀重復(fù)頻率抽樣頻率8kHz 抽樣周期125us 時(shí)隙數(shù)32，時(shí)隙編號(hào)TS0TS31 每路時(shí)隙3.91us 每路時(shí)隙傳送8位碼組，位時(shí)間488ns 每幀傳送位數(shù)3

13、28=256 每路數(shù)碼率8bit/125us64kbit/s 總碼率256bit/125us2048kbit/s,幀結(jié)構(gòu)描述,各時(shí)隙內(nèi)容 TS1TS15：話路時(shí)隙，傳送115路話音信號(hào)編碼 TS17TS31：話路時(shí)隙，傳送1630路話音信號(hào)編碼 TS0：幀同步時(shí)隙，傳送同步碼組 TS16：信令時(shí)隙，傳送30路話路的信令碼和復(fù)幀碼 信令時(shí)隙TS16 傳送信令信號(hào)（如摘機(jī)、掛機(jī)、振鈴等） 一幀中只傳送8位碼組，每路占4位，每幀只能傳2路 提高信道利用率，一個(gè)基群有30個(gè)話路，一個(gè)信令信號(hào)控制2個(gè)話路，故引入復(fù)幀概念 信令信號(hào)必須按復(fù)幀傳送（16幀組成一個(gè)復(fù)幀） 信令4位碼組含義a、b、c、d，目前

14、只用了前3位,復(fù)幀結(jié)構(gòu)描述,由16幀組成一個(gè)復(fù)幀 復(fù)幀頻率8000Hz/16500Hz，周期2ms 各幀信令 F0的TS16 前4位為復(fù)幀同步碼0000 第6位復(fù)幀失步告警碼，同步為0，失步為1 其他位保留，暫定位1 F1F15的TS16 前4位依次傳送115路話路信令 后4位依次傳送1630路的話路信令,32 PCM幀的傳輸與處理,逐幀傳輸 按復(fù)幀處理 因?yàn)槊繋荒軅魉?個(gè)話路的信令 30路話路的信令在一個(gè)復(fù)幀內(nèi)才能包含完,PCM高次群,制式,群路,PCM高次群,高次群是由低次群通過(guò)數(shù)字復(fù)用設(shè)備匯接而成,基群 （一次群,二次群,一次群復(fù)用設(shè)備,2048kbit/s,8448kbit/s,20

15、48kbit/s,2048kbit/s,2048kbit/s,34.368Mbit/s,三次群,2.2 電路交換,電路交換的概念 電路交換的特點(diǎn) 電路交換示意圖 電路交換的工作過(guò)程,電路交換的概念,電路交換方式是指用戶在相互通信時(shí)使用一條實(shí)際的物理鏈路（一對(duì)實(shí)線、時(shí)隙或頻段），在通信過(guò)程中自始至終使用該條鏈路進(jìn)行信息傳輸，并且不允許其它用戶同時(shí)共享該鏈路，通信結(jié)束后拆除這條物理鏈路的通信方式,一定是面向連接的，且是實(shí)連接 必須有建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接三個(gè)過(guò)程 連接后占用的是實(shí)際物理鏈路 所有信息傳輸沿著同一路徑（建立連接的路徑） 信道獨(dú)占 在釋放連接以前 兩個(gè)用戶一直占用端到端的固定帶寬 即

16、使這兩個(gè)用戶并沒(méi)有通信，別的用戶也不能占用 優(yōu)點(diǎn)：傳輸可靠、實(shí)時(shí)，不亂序 缺點(diǎn)：信道利用率低 使用場(chǎng)合：特別適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)，不適合突發(fā)性強(qiáng)的數(shù)據(jù)傳輸和頻繁更換通信對(duì)象的場(chǎng)合,電路交換的特點(diǎn),呼叫請(qǐng)求,呼叫接受,報(bào)文,確認(rèn),B,A,C,D,建立連接,數(shù)據(jù)傳輸,釋放連接,電路交換的工作過(guò)程,分組交換概念 分組交換的形式 虛電路 數(shù)據(jù)報(bào),2.3 分組交換,分組交換（Packet Switching) 分組交換是利用存儲(chǔ)轉(zhuǎn)發(fā)的方式進(jìn)行交換的。分組交換機(jī)先將收到的報(bào)文接收、存儲(chǔ) ，然后將報(bào)文劃分為分組，并以分組為單位進(jìn)行傳輸和交換。 分組交換的形式 虛電路交換 數(shù)據(jù)報(bào)交換,分組交換概念,分組交換虛電路方式

17、,面向連接的方式，但為虛連接（邏輯連接） 信道不獨(dú)占，采用統(tǒng)計(jì)復(fù)用方式，實(shí)現(xiàn)信道共享 所有分組通信路徑相同，故通信有序 一個(gè)用戶可與多個(gè)用戶建立虛連接 虛電路分為兩種： 永久性虛電路PVC 事先已建立連接，可直接進(jìn)行通信，通信后不需拆鏈 交換性虛電路SVC 通信前建立連接，通信后拆除連接,虛電路方式,4,5,2,7,3,1,6,通信網(wǎng)絡(luò),主機(jī)2,主機(jī)1,主機(jī)1與主機(jī)2之間的通信,主機(jī)3,主機(jī)4,主機(jī)3與主機(jī)4之間的通信也類似,通信前建立連接 所有主機(jī)1到主機(jī)2的的分組都按同一虛電路（路徑）到達(dá)主機(jī)2 通信結(jié)束后拆除連接（PVC除外,分組交換數(shù)據(jù)報(bào)方式,面向無(wú)連接方式 通信前無(wú)需建鏈，通信后也無(wú)

18、需拆鏈 每個(gè)分組單獨(dú)選路，造成： 不同的分組可能傳輸路徑不同 到達(dá)同一目的地的數(shù)據(jù)可能亂序 分組必須攜帶源、目地址 不能保證時(shí)延和時(shí)延抖動(dòng)，是一種“盡力傳送”方式 特別適合突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，不適合實(shí)時(shí)業(yè)務(wù)的傳輸,數(shù)據(jù)報(bào)方式,4,5,2,7,3,1,6,通信網(wǎng)絡(luò),主機(jī)1,主機(jī)2,主機(jī)到主機(jī)2的分組沿不同路徑到達(dá)主機(jī)2 出現(xiàn)亂序（先發(fā)后到,1,2.4 ATM交換,ATM（asynchronous transfer modeswitching） 異步轉(zhuǎn)移模式 基本特征： 傳輸、復(fù)用和交換都是以信元為基本單位進(jìn)行的 信元長(zhǎng)度固定：53字節(jié)（5字節(jié)頭部48字節(jié)載荷） 異步是指屬于同一用戶的信元不一定按固定的時(shí)間間隔周期性地出現(xiàn) 采用虛連接方式，異步時(shí)分復(fù)用 按時(shí)隙交換，每時(shí)隙交換一個(gè)信元 用戶信元傳輸不按固定時(shí)隙（無(wú)周期性） 信元傳遞過(guò)程中不需源、目地址，只用虛擬連接標(biāo)識(shí)VPI/VCI 支持多種業(yè)務(wù)（實(shí)時(shí)、非實(shí)時(shí)、不同速率,ATM信元,信元基本格式 信元包括兩部分 其中，頭部包含VPI、VC