第7課 多路復用(2)n

PSTN互聯(lián)網(wǎng)是指用多個路由器將多個網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來。由于以太網(wǎng)的技術(shù)特性，它所覆蓋的地理范圍有限，如果用以太網(wǎng)作為路由器之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)，無法實現(xiàn)兩個相距很遠的路由器之間的遠距離通信。要實現(xiàn)遠距離通信，就要用到廣域網(wǎng)。常用的廣域網(wǎng)技術(shù)有：PSTNSDHATMx.25幀中繼PSTNPSTN公共交換電話網(wǎng)主叫和被叫進行通信的前提是它們之間必須建立點對點的連接，保證任何兩個用戶之間都能建立點對點連接的關(guān)鍵設(shè)備是程控交換機。這種交換機能夠自動根據(jù)主叫和被叫號碼在交換機對應(yīng)輸入端口和輸出端口之間建立連接。((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAPSTNPSTN公共交換電話網(wǎng)主叫為了建立和被叫之間的點對點連接，它必須向連接它的交換機傳輸一些相關(guān)信息（這些信息至少包含被叫號碼、用戶線狀態(tài)等內(nèi)容），交換機與交換機之間也需要傳遞一些信息，這種信息稱為信令。((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAPSTN((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAPSTN公共交換電話網(wǎng)主叫和連接它的交換機之間的線路稱為用戶線。在用戶線上傳輸?shù)男盘柖际悄M信號。而PSTN的交換機與交換機之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號。因此，則要求連接話機的交換機（本地局交換機）必須具有模擬信號和數(shù)字信號的雙向轉(zhuǎn)換功能。A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換PSTN((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAPSTN公共交換電話網(wǎng)將模擬信號轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號采用的是PCM脈沖編碼調(diào)制技術(shù)。最終產(chǎn)生的數(shù)字語音信號稱為PCM信號（或PCM碼）。64kbps的傳輸速率是PSTN的基本參數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換PSTN((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機用戶線用戶線中繼線中繼線BDCAPSTN公共交換電話網(wǎng)交換機之間必須有多條線路相連，因為本地局交換機和長話局交換機之間的線路數(shù)決定了本地局交換機所連接的用戶同時可以進行長話呼叫的數(shù)目。為了節(jié)省線路資源，采用了時分多路復用技術(shù)。時分多路復用的應(yīng)用問題1：語音是模擬信號，一般其最高頻率fh取4kHz，現(xiàn)將語音信號轉(zhuǎn)數(shù)字信號，采樣頻率是多少？采樣周期又是多少？采樣頻率fs>=2fh即fs>=

8kHz如果采樣頻率取8kHz,則采樣周期=1/fs=1/8000=125us可每隔125us采樣模擬語音信號，然后量化、編碼，如果按照A律PCM編碼，將每個量化值轉(zhuǎn)為一個8位的二進制碼組。然后在線路上傳送二進制數(shù)據(jù)序列。接收時可將數(shù)字信號恢復成原始信號。時分多路復用的應(yīng)用問題2：如果一個傳輸介質(zhì)的傳輸速率可達2Mbps,在這個傳輸介質(zhì)上只傳一路數(shù)字語音信號，有什么缺點？從時間的角度講，按照采樣周期，每隔125us才進行一次采樣，轉(zhuǎn)成8位數(shù)據(jù)序列，因此數(shù)字語音信號的到達速率是64kbps，即每隔15.6us到達一個數(shù)據(jù)位，而傳輸介質(zhì)每隔0.5us（1/2×106)可發(fā)一個數(shù)據(jù)位。這就造成了傳輸介質(zhì)的利用率低。時分多路復用的應(yīng)用問題3：如果一個傳輸介質(zhì)的傳輸速率較高,若采用同步時分多路復用技術(shù)，傳輸多路數(shù)字語音信號，可復用多少路呢？復用的路數(shù)和兩個因素有關(guān)：每路信號的到達速率，傳輸介質(zhì)的傳輸速率。例如：一個傳輸介質(zhì)的傳輸速率是2.048Mbps，則可復用的路數(shù)為：2.048*106/64*103=32E1線路E1線路(E1載波A律壓擴特性)歐洲一種PCM傳輸標準，用于北美和日本以外地區(qū)的固定電話系統(tǒng)中（包括中國）。每一幀復用32路信號(其中2路作信令同步)。每路信號每秒8000次采樣，采用8位編碼。可推導出E1線路的傳輸速率：8*32*8000=2.048Mbps時分多路復用器32路輸入信號每幀含有32個時間片PCMPCMPCM數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號幀幀幀32路E1線路每一幀有32個時隙。每一幀分配的時間是125us。每個時隙分配的時間是3.9us（125us/32=3.9us）。每個時隙傳的是8位bit，每一位分配的時間是0.488us(3.9/8=0.488us)

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS30TS31……E1線路

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS30TS31……每一幀中時隙TS1~TS15、TS17~TS31用來傳語音信號。時隙TS0用作幀同步，TS16用來傳送信令。所以，32路中只有30路用作話路，其他2路用作控制。該幀也稱為30/32路PCM基群幀E1線路T1線路(T1載波μ律壓擴特性)一種PCM傳輸標準，在北美和日本的固定電話系統(tǒng)中廣泛使用。每一幀復用24路語音信號，每路信號每秒8000次采樣，采用7位編碼，再加上一位信令位。因此，每一幀中有24個時隙，每個時隙8位，每一幀后再加入一個幀同步位。故幀長為193位。

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS23……B幀同步位該幀也稱為24路PCM基群幀T1線路時分多路復用器24路輸入信號每幀含有24個時間片PCMPCMPCM數(shù)字信號數(shù)字信號數(shù)字信號幀幀幀24路T1線路每一幀分配的時間仍然是125us。因為一幀中傳193位，因此T1線路的傳輸速率為：

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS23……B幀同步位193/125us=1.544MbpsT1線路

比較E1與T1E1線路的總速率為=32*8/125us=2.048MbpsE1線路中，對于每一路語音信號，傳輸數(shù)據(jù)的速率是8/125us=64kbpsT1線路的總速率為=193/125us=1.544MbpsT1線路中，對于每一路語音信號，傳輸數(shù)據(jù)的速率是7/125us=56kbpsT1線路與E1線路的比較高次群隨著發(fā)展，用戶量劇增，傳輸介質(zhì)的傳輸速率有很大提高。原來的E1線路、T1線路已無法滿足實際需要，因此需要線路上能同時傳更多用戶的信號。就有了E2、E3、E4、E5、T2、T3、T4、T5等。線路語音路數(shù)傳輸速率DS01路56kT1(DS1)24路1.544MT2(DS2)24*4=96路6.312MT3(DS3)96*7=672路44.736MT4(DS4)672*6=4032路274.176MT5(DS5)4032*2=8064路560.160M線路語音路數(shù)傳輸速率DS01路64kE1(DS1)30路2.048ME2(DS2)30*4=120路8.448ME3(DS3)120*4=480路34.368ME4(DS4)480*4=1920路139.264ME5(DS5)1920*4=7680路565.148M高次群問題：E2、E3…、T2、T3…是不是也是采用多路復用技術(shù)？不是多路復用技術(shù)，而是采用的數(shù)字復接技術(shù)。因為要在125us內(nèi)完成多路信號的復用。如果路數(shù)很多，則對每路信號的處理時間很短，假設(shè)120路，則每路信號的處理時間不到1us，這對電路元器件的要求很高，在技術(shù)上實現(xiàn)起來很困難。因此，對于一定路數(shù)的信號，直接采用多路復用技術(shù)可行，但是對于較多路的信號，卻難以實現(xiàn)。高次群數(shù)字復接技術(shù)（不介紹）一次群二次群三次群四次群SDH交換機間的線路可以是E1E2..E5或T1T2…T5。可以看出交換機間的線路傳輸速率不是任意的，目的是為了使交換機標準化。在PSTN中可以用一對點到點的光纖互聯(lián)兩個交換機。而其他網(wǎng)絡(luò)中也需要用光纖來互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點（如路由器）。每一種網(wǎng)絡(luò)都需要單獨用于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點的光纖。基于以上考慮，必須提供一種標準的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，由它統(tǒng)一為PSTN和其他網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)字傳輸服務(wù)。這就是SDH（同步數(shù)字體系）。SDH同步光纖網(wǎng)SONET：SDH的前身，定義了一組在光纖上傳輸光信號的速率和格式，其傳輸速率以51.840Mbps為基礎(chǔ)。此速率對于電信號稱為第1級同步傳送信號，即STS-1；對于光信號則稱為第1級光載波，即OC-1同步數(shù)字系列SDH：以SONET為基礎(chǔ)制定，SDH的基本速率是155.52Mbps,稱為第1級同步傳遞模塊，即STM-1，相當于OC-3速率。線路速率(Mbps)SONETSDH51.840OC-1/STS-1155.520OC-3/STS-3STM-1466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320OC-48/STS-48STM-164976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6424SDH為了和PSTN中的8kHz的采樣頻率相吻合，SDH每一幀的傳輸時間為125us。MSOHRSOH1幀9×270字節(jié)1

3

4

5

99261270STM-1信息凈負荷STM-1幀開銷STM-1幀由9行、270列共2430個字節(jié)組成。傳送時按由左到右、由上至下的順序進行，直到整個幀傳送完畢。每秒傳送8000幀。8000×9×270×8=155.520Mbit/s轉(zhuǎn)接表和時隙交換代表在第2個時隙中將數(shù)據(jù)輸出到1號線上代表在第2個時隙中發(fā)送來自3號線的數(shù)據(jù)時隙交換的本質(zhì)是每一個時隙相當于64Kbps的物理鏈路，轉(zhuǎn)接表給出的輸入、輸出時隙的對應(yīng)關(guān)系，完全等同于輸入、輸出端口之間的連接。轉(zhuǎn)接表和時隙交換語音信道占用交換機間線路的一個時隙；建立呼叫連接時創(chuàng)建的轉(zhuǎn)接表完成交換機輸入、輸出線路之間時隙對應(yīng)關(guān)系；數(shù)字語音信號傳輸過程中，由交換機實現(xiàn)輸入線路時隙至輸出線路時隙的交換過程，這種交換仍然是電路交換。連接建立過程用戶線1端口117PSTN交換機之間采用數(shù)字通信，用戶線采用模擬通信，Modem需要完成調(diào)制解調(diào)功能；

Modem建立和遠程用戶接入設(shè)備之間的語音信道的過程完全等同于主叫和被叫之間的呼叫連接建立過程；交換機間數(shù)字鏈路采用時分復用機制，因此，交換機用轉(zhuǎn)接表給出輸入鏈路和輸出鏈路的時隙交換關(guān)系。端口117端口213連接建立過程用戶線1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接成功接入后的接入網(wǎng)絡(luò)配置在用戶終端和ISP遠程用戶接入設(shè)備之間要遵循PPP協(xié)議：IP分組要封裝成ppp幀PPP要完成對用戶的身份認證和用戶終端的IP地址分配用戶線1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接成功接入后的接入網(wǎng)絡(luò)配置用戶終端和ISP遠程用戶設(shè)備之間的ppp操作過程通過雙方交換LCP幀，建立PPP鏈路通過雙方交換PAP幀或CHAP幀，對用戶身份進行認證通過雙方交換NCP幀，為用戶終端分配IP地址192.1.1.9，并在ISP遠程用戶接入設(shè)備的路由表中添加以下項：表明所有目的地址為192.1.1.9的IP分組，封裝成PPPIP分組幀，通過連接PSTN交換機2的E3鏈路中的時隙13傳輸給用戶終端192.1.1.9/32端口113ppp用戶線1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接一旦完成接入控制過程，撥號接入網(wǎng)絡(luò)就是一個以遠程用戶接入設(shè)備為互連設(shè)備實現(xiàn)點對點信道和以太網(wǎng)互連的互連網(wǎng)端到端傳輸?shù)腎P分組封裝成PPP幀后經(jīng)過語音信道，封裝成MAC幀后經(jīng)過以太網(wǎng)，遠程用戶接入設(shè)備為用戶終端分配IP地址后，在路由表中動態(tài)生成將該IP地址和連接用戶終端語音信道綁定的路由項。成功接入后的接入網(wǎng)絡(luò)配置用戶線1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接用戶終端直接將IP分組封裝成PPP幀通過點對點語音信道傳輸給遠程用戶接入設(shè)備；構(gòu)成PPP幀的字節(jié)流通過RS-232口傳輸給Modem，調(diào)制成模擬信號后，經(jīng)用戶線傳輸給PSTN交換機1；PSTN交換機1收到后進行A/D轉(zhuǎn)換變成PCM碼，然后通過預(yù)留的時隙傳輸給ISP遠程用戶接入設(shè)備。PCM碼到達遠程用戶接入設(shè)備，經(jīng)D/A還原成模擬信號，經(jīng)解調(diào)，還原成字節(jié)流，經(jīng)過幀定界，從字節(jié)流中分離出PPP幀；再從PPP幀中分離出IP分組，根據(jù)目的IP地址，查找路由表，然后將IP分組封裝成MAC幀，經(jīng)過以太網(wǎng)發(fā)給服務(wù)器。用戶終端訪問Internet過程遠程用戶接入設(shè)備的作用能響應(yīng)呼叫請求；將用戶終端IP地址和連接用戶終端的語音信道綁定在一起；能鑒別用戶身份；能動態(tài)分配IP地址。用戶終端通過用戶線接入PSTN。遠程用戶接入設(shè)備直接通過數(shù)字鏈路接入PSTN。用戶終端至遠程用戶接入設(shè)備存在A/D轉(zhuǎn)換,A/D轉(zhuǎn)換引入量化噪聲。影響數(shù)字信號傳輸速率(33.6kbps)。遠程用戶接入設(shè)備至用戶終端無A/D轉(zhuǎn)換(56kbps)。C=Wlog2（1+S/N）=3100*log2(2501)=35k