鐵路數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)2課件

鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)

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7/23/20231機(jī)車車輛研究所課程內(nèi)容前言數(shù)字通信的基本概念數(shù)字通信的基本技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)數(shù)字交換技術(shù)數(shù)字語音會議技術(shù)7/23/20232機(jī)車車輛研究所前言鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)就其本質(zhì)而言是全數(shù)字的專用電話通信系統(tǒng)。涉及到許多知識領(lǐng)域：數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字交換技術(shù)數(shù)字話音會議處理技術(shù)ISND數(shù)字接口數(shù)字信號處理技術(shù)微處理器技術(shù)和計算機(jī)技術(shù)針對數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)來了解一些有關(guān)的基本知識，有助于對數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)的深入理解。7/23/20233機(jī)車車輛研究所1875年，貝爾發(fā)明了電話貝爾就是通過這個話筒實(shí)現(xiàn)了電話的第一次通話。其經(jīng)典名句是貝爾喊出的“瓦特森先生，快來，我需要你幫助?！碑?dāng)時貝爾被話筒中的酸液濺到了。它的收藏者是在俄勒崗貝爾電話大樓的地下室發(fā)現(xiàn)的貝爾（18xx－1922）英國人

1868年在倫敦工作

1871年去波士頓工作

1873年任波士頓大學(xué)教授

1875年發(fā)明多路電報

1876年發(fā)明電話一生曾獲許多專利。妻子是一位聾人。7/23/20234機(jī)車車輛研究所話音通信的分類根據(jù)對話音的處理技術(shù)來劃分，話音通信分為模擬話音通信－對應(yīng)模擬交換電話網(wǎng)數(shù)字話音通信－對應(yīng)數(shù)字程控交換電話網(wǎng)－數(shù)據(jù)話音通信－對應(yīng)的 IP電話軟交換網(wǎng)7/23/20235機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念

信息傳輸?shù)倪^程

信息和數(shù)據(jù)不能直接在介質(zhì)上傳輸。必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換，必須把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號形式通過傳輸介質(zhì)傳送到目的地。

7/23/20236機(jī)車車輛研究所通信系統(tǒng)模型：信源信宿變換器信道反變換器噪聲源發(fā)出信息的信息源把信源發(fā)出的消息變換成適合在信道傳輸?shù)男盘栃盘柕膫鬏斆浇?，分為有線信道和無線信道把經(jīng)信道傳來的信號按與變換器的相反過程變成原信息信息接收者把發(fā)端、收端、傳輸信道三方面的干擾折合到信道中，合成為一個總的噪聲源7/23/20237機(jī)車車輛研究所模擬信號：指代表消息的信號及其參數(shù)（幅度、頻率或相位）隨著消息連續(xù)變化的信號。利用模擬信號傳遞消息的系統(tǒng)就是模擬通信系統(tǒng)。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/20238機(jī)車車輛研究所模擬通信系統(tǒng)模型：模擬通信實(shí)例發(fā)信者信宿非電/電轉(zhuǎn)換器信道電/非電轉(zhuǎn)換器噪聲源調(diào)制器解調(diào)器原始信號具有頻率很低的頻譜分量，不適合直接傳輸，需將其變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?/23/20239機(jī)車車輛研究所數(shù)字信號：不僅在時間上是離散的而且在幅度上也是離散的信號。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號傳遞消息的通信系統(tǒng)。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202310機(jī)車車輛研究所數(shù)字通信系統(tǒng)模型：信源非電/電轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換加密器抗干擾編碼器噪聲源調(diào)制器信道信宿電/非電轉(zhuǎn)換器解調(diào)器抗干擾譯碼器解密器數(shù)/模轉(zhuǎn)換信源編碼保密通信采用對傳輸?shù)脑夹畔匆欢ㄒ?guī)則加入保護(hù)成分同步系統(tǒng)第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202311機(jī)車車輛研究所同步通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號序列是按照節(jié)拍一步一步工作的，因此收發(fā)兩端節(jié)拍一定要一致，否則將出現(xiàn)混亂。另外發(fā)送的數(shù)字信號序列常常是編組的，收端必須知道這些編組的頭尾，否則無法恢復(fù)原始信息。要保證收、發(fā)兩端節(jié)拍一致，必須有同步系統(tǒng)控制。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202312機(jī)車車輛研究所數(shù)字通信實(shí)例第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202313機(jī)車車輛研究所數(shù)字通信的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲積累

在數(shù)字通信中，由于數(shù)字信號的幅度值為有限個數(shù)的離散值(通常取兩個幅值0、1)，在傳輸過程中受到噪聲干擾雖然也要疊加噪聲，但當(dāng)信噪比還沒有惡化到一定程度時，即在適當(dāng)?shù)木嚯x，采用再生的方法即可消除噪聲干擾，將信號再生成原發(fā)送的信號，如下圖所示。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202314機(jī)車車輛研究所7/23/202315機(jī)車車輛研究所靈活性強(qiáng)適應(yīng)各種業(yè)務(wù)要求

各種消息（電報、電話、圖像和數(shù)據(jù)等）均可變?yōu)榻y(tǒng)一的數(shù)字信號進(jìn)行傳輸。便于與計算機(jī)連接

數(shù)字信號大都采用二元信號，因此可以方便地與計算機(jī)接口。易于加密：如Z=X1⊕Y，X2=Z⊕Y例：

發(fā)送原始數(shù)據(jù)１００１１０１０ 發(fā)端加密密碼⊕１１１０１１０１ 送上信道數(shù)據(jù)０１１１０１１１ 收端解密密碼⊕１１１０１１０１ 接收原始數(shù)據(jù)１００１１０１０第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202316機(jī)車車輛研究所設(shè)備便于集成化、微型化 由于數(shù)字通信系統(tǒng)中大部分電路都是由數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，微電子技術(shù)的發(fā)展可使數(shù)字通信便于用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)。占用頻帶寬一路數(shù)字電話頻帶一般為64kHz，而一路模擬電話所占頻帶僅為4kHz，前者是后者的16倍。

第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202317機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念數(shù)字通信的主要技術(shù)指標(biāo)碼元與比特的關(guān)系信號傳輸時的一個波形單元稱為一個碼元二進(jìn)制數(shù)的一位稱為一比特CBDCACB011000011101107/23/202318機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念傳輸速率：是指數(shù)字在信道中傳輸?shù)乃俣?。分為RB和Rb碼元速率RB：每秒中傳送的碼元數(shù)，即波特率，波特/秒（Baud/s）信息速率Rb：每秒中傳送的信息量，即比特率，比特/秒（bit/s或bps）兩者關(guān)系如下：

Rb=RB

log2M

（其中M為采用的進(jìn)制）7/23/202319機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念傳輸差錯率誤碼率Pe：是指碼元在傳輸過程中，錯誤碼元占總傳輸碼元的概率。（多進(jìn)制系統(tǒng)中）誤比特率Pb：是指在信息傳輸過程中，錯誤的比特數(shù)占總傳輸?shù)谋忍財?shù)的概率。（二進(jìn)制系統(tǒng)中）誤碼率指某一段時間的平均誤碼率，對于同一條數(shù)字電路由于測量的時間長短不同，誤碼率就不一樣。7/23/202320機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念信號帶寬

信號的最高頻率與最低頻率之差，單位是赫茲(Hz)信道帶寬：信道中傳輸?shù)男盘栐诓皇д娴那闆r下所占用的最大頻率范圍，即信道頻帶，用赫茲Hz表示。信道帶寬是由信道的物理特性所決定的。信道容量：單位時間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財?shù)，用比特/秒（bit/s或bps）表示。也可稱為信道最大數(shù)字傳輸率或

吞吐量7/23/202321機(jī)車車輛研究所奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則

每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2

個碼元。理想低通信道的最高碼元傳輸速率=2WBaudW是理想低通信道的帶寬，單位為赫(Hz)不能通過能通過0頻率(Hz)W(Hz)7/23/202322機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念信道容量C與信道帶寬W的關(guān)系

Nyquist公式：用于理想低通信道

C=2Wlog2M7/23/202323機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念失真不嚴(yán)重失真嚴(yán)重實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸入信號波形輸出信號波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號波形實(shí)際的信道（帶寬受限、有噪聲、干擾和失真）輸出信號波形(失真嚴(yán)重)數(shù)字信號通過實(shí)際的信道7/23/202324機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為

C=Wlog2(1+S/N)b/s

W為信道的帶寬（以Hz為單位）；S為信道內(nèi)所傳信號的平均功率；N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。

7/23/202325機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念Nyquist

公式和Shannel

公式的比較

C=2W×log2M

此公式說明信道容量C隨數(shù)字傳輸信號編碼級數(shù)的增加而增加。

C=2W×log2(1+S/N)

無論采樣頻率多高，信號編碼分多少級，此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。噪聲的存在將使編碼級數(shù)不可能無限增加。7/23/202326機(jī)車車輛研究所香農(nóng)公式表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大，則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率，就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限（當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的），則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。7/23/202327機(jī)車車輛研究所奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式在數(shù)字通信系統(tǒng)中的作用范圍

源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器輸入信息輸出信息輸入數(shù)字輸出數(shù)字發(fā)送的信號接收的信號碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制7/23/202328機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)為了進(jìn)行傳輸，數(shù)字需要轉(zhuǎn)換為信號，信號需要轉(zhuǎn)換為與傳輸信道相一致的類型，這種轉(zhuǎn)換稱之為編碼。在信宿方需進(jìn)行相反操作，還原信號和數(shù)字，稱為解碼。7/23/202329機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)1、信號編碼技術(shù)信號編碼的目的為了使信號適應(yīng)傳輸信道的要求為了提高通信傳輸?shù)男屎涂煽啃?/p>

信號編碼技術(shù)的類型數(shù)字信號為適應(yīng)模擬傳輸進(jìn)行的編解碼數(shù)字信號為提高數(shù)字傳輸效率和可靠性進(jìn)行的編解碼模擬信號為適應(yīng)數(shù)字處理進(jìn)行的編解碼模擬信號為提高模擬傳輸效率和可靠性進(jìn)行的編解碼7/23/202330機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)模擬數(shù)字模擬信號放大器調(diào)制器模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字信號

PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬信號調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字信號

數(shù)字發(fā)送器模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字信號

PCM編碼器7/23/202331機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)用數(shù)字信號承載數(shù)字或模擬數(shù)字——編碼用模擬信號承載數(shù)字或模擬數(shù)字——調(diào)制7/23/202332機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)數(shù)字信號的模擬編碼：移幅鍵控法（ASK）:

用載波的兩種不同幅度表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)；移頻鍵控法（FSK）：用載波頻率附近的兩種不同頻率表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)；移相鍵控法（PSK）： 用載波信號相位移動表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài)；

7/23/202333機(jī)車車輛研究所移幅鍵控法(ASK)移頻鍵控法(FSK)移相鍵控法(PSK)7/23/202334機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)數(shù)字信號的數(shù)字編碼不歸零碼：（NRZ）

用兩種不同的電平分別表示二進(jìn)制信息“0”和“1”

根據(jù)“0”是否為0電平，分為單極性和雙極性兩種缺點(diǎn)：發(fā)送方和接收方必須有時鐘同步；連續(xù)出現(xiàn)“0”或“1”時，信號直流分量將累加7/23/202335機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)曼徹斯特編碼：（Manchester）

每比特中間都有一個跳變：從高到低跳變表示“1”，從低到高跳變表示“0”，中間的電平跳變作為雙方的同步信號。是一種自同步編碼方式，包括數(shù)字信息和時鐘信息。優(yōu)點(diǎn)：克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變即可作為數(shù)字，又可作為時鐘，能夠自同步。

7/23/202336機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)差分曼徹斯特編碼：（DifferenceManchester）每一位中間都有一個跳變，每位開始時有跳變表示“0”，無跳變表示“1”。位中間跳變表示時鐘，位前跳變表示數(shù)字。

優(yōu)點(diǎn)：時鐘、數(shù)字分離，便于提取。7/23/202337機(jī)車車輛研究所不歸零碼(NRZ)曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)起始有跳變起始無跳變7/23/202338機(jī)車車輛研究所模擬信號的數(shù)字編碼：

采樣定理：

Fs(=1/Ts)≥2Fmax

Fs≥2Bs

Ts采樣周期；

Fs采樣頻率；

Fmax原始信號的最高頻率；

Bs(=Fmax-Fmin)原始信號的帶寬；第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)7/23/202339機(jī)車車輛研究所脈沖編碼調(diào)制（PulseCodeModulation,PCM）：脈沖編碼調(diào)制（PCM）是波形編碼中最重要的一種方式，在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信等均獲得了極為廣泛的應(yīng)用，現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)基本都是采用PCM體制。PCM的工作過程為：抽樣、量化和編碼第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)7/23/202340機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)采樣；以采樣定理為依據(jù),按固定頻率采集模擬信號的瞬時電平值量化:將采樣樣本幅度按量化級決定取值,量化級與精度成正比，可分為8級、16級或更多的量化級編碼:用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級.7/23/202341機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)PCM的工作過程7/23/202342機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)2、通信方式—數(shù)字流動的方向單工通信：數(shù)字單向傳輸（無線電廣播）單工數(shù)字傳輸指的是兩個數(shù)字站之間只能沿一個指定的方向進(jìn)行數(shù)字傳輸。而相反方向只傳送聯(lián)絡(luò)信號。前者稱正向信道，后者稱反向信道。一般正向信道傳輸速率較高，反向信道傳輸速率很低。接收發(fā)送數(shù)字應(yīng)答(a)單工通信7/23/202343機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)半雙工通信：可以在兩個方向上進(jìn)行數(shù)字傳輸，但不能同時進(jìn)行（對講機(jī)）

該方式要求通信雙方都有發(fā)送裝置和接收裝置。若想改變信息的傳輸方向，需要由開關(guān)Kl和K2進(jìn)行切換。(b)半雙工通信發(fā)送接收發(fā)送接收數(shù)字應(yīng)答K1K27/23/202344機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)全雙工通信：可以兩個方向同時進(jìn)行數(shù)字傳輸。發(fā)送發(fā)送接收接收數(shù)字應(yīng)答數(shù)字應(yīng)答(c)全雙工通信

通常四線線路實(shí)現(xiàn)全雙工數(shù)字傳輸，二線線路實(shí)現(xiàn)單工或半雙工數(shù)字傳輸。在采用頻分法、時間壓縮法、回波抵消技術(shù)時，二線線路也可實(shí)現(xiàn)全雙工數(shù)字傳輸。7/23/202345機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)3、數(shù)字傳輸方式并行通信：是指數(shù)字信號以成組的方式在多個并行信道上同時進(jìn)行數(shù)字的傳輸。優(yōu)點(diǎn)：傳輸速度快、無需字符同步缺點(diǎn)：成本高、并行線路間存在電平干擾適用范圍：近距離和高速率的通信發(fā)端收端01110010b0b7b2b1b3b4b5b67/23/202346機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)串行通信：是指數(shù)字以比特流的形式逐位在一條信道上傳輸優(yōu)點(diǎn)：成本低缺點(diǎn)：傳輸效率低、收發(fā)雙方需要保證同步適用范圍：計算機(jī)之間通信和遠(yuǎn)程通信，是通信線路的主要傳輸方式

發(fā)端收端01110010b0b7b2b1b3b4b5b67/23/202347機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)4、數(shù)字傳輸?shù)耐郊夹g(shù)

在數(shù)字通信系統(tǒng)中，當(dāng)發(fā)送端與接收端采用串行通信時，通信雙方交換數(shù)字要有高度的協(xié)同性，要保證傳輸數(shù)字速率、每個比特的持續(xù)時間和間隔均相同，這就需要采用同步技術(shù)。同步：就是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個碼元/比特起止時刻和速率來接收數(shù)字。

數(shù)字傳輸?shù)耐郊夹g(shù)有兩種方式：異步方式，又稱字符同步同步方式，又稱幀同步7/23/202348機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)異步方式：適于異步傳輸

每傳送1個字符（7或8位）都要在每個字符碼前加1個起始位，表示字符代碼的開始；在字符代碼和校驗(yàn)碼后面加1或兩個停止位，表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個字符的開始和結(jié)束，從而起到通信雙方的同步作用。

特點(diǎn)：實(shí)現(xiàn)容易，傳輸一個字符要多使用2～3位，適用于低速通信7/23/202349機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)同步方式：適于同步傳輸

同步傳輸?shù)男畔⒏袷绞且唤M字符或是一個二進(jìn)制位組成的數(shù)字塊（幀）。特點(diǎn)：數(shù)字傳輸效率高，不使用附加位，適用于高速數(shù)字傳輸線路系統(tǒng)7/23/202350機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)線路復(fù)用是用一對傳輸線傳送多路信息的方法。信道復(fù)用使不同的通信終端連接到同一的信道上，共享信道資源。其目的是節(jié)省線路成本，有效地利用帶寬。7/23/202351機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)1、頻分多路復(fù)用FDM將多個信號調(diào)制在不同的載波頻率上。把信道的可用頻帶分成多個互不交疊的頻段，每個信號占用其中一個頻段，接收時用適當(dāng)?shù)臑V波器分離出不同信號，分別進(jìn)行解調(diào)接收。微波通信就是FDM的典型應(yīng)用模擬微波系統(tǒng)有60路、960路、1800路或2700路話路數(shù)字微波系統(tǒng)可組成120路、480路、1920路話路7/23/202352機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)7/23/202353機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)2、波分多路復(fù)用（WDM）在一根光纖中同時傳輸多個波長光信號，是把光波長分割復(fù)用的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)方法：在發(fā)送端將不同的光信號組合起來通過光纖進(jìn)行傳輸，而在接收端將其復(fù)原。主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)7/23/202354機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)WDM7/23/202355機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。

1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm

82.5Gb/s20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km波分復(fù)用WDM7/23/202356機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)3、時分多路復(fù)用TDM按傳輸信號的時間進(jìn)行分割的，它使不同的信號在不同時間內(nèi)傳送。將整個傳輸時間分為許多短而不重疊的時間間隔（稱為時隙），每個時間片被一路信號占用。適用于數(shù)字信號的傳輸由于光纖通信技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)在絕大部分的數(shù)字通信是在時分信道上傳輸。7/23/202357機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)7/23/202358機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)時分復(fù)用

4、時分多路復(fù)用的數(shù)字傳輸系統(tǒng)為了有效地利用傳輸線路，可將多個話路的PCM信號用時分復(fù)用TDM(TimeDivisionMultiplexing)的方法裝成時分復(fù)用幀，然后發(fā)送到線路上。中國采用歐洲體制，以E1為一次群。美國和日本等國采用北美體制，以T1為一次群。7/23/202359機(jī)車車輛研究所E1的時分復(fù)用幀

2.048Mb/s傳輸線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………時分復(fù)用幀CH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31CH0…8bitt時分復(fù)用幀時分復(fù)用幀T=125ms15個話路15個話路T7/23/202360機(jī)車車輛研究所

PCM的基群和高次群

PCM的高次群由若干個低次群通過數(shù)字復(fù)接設(shè)備匯總而成。由于基群有上述兩種系統(tǒng)，所以高次群（二次群、三次群……）也有兩個系列，如表所示。7/23/202361機(jī)車車輛研究所30/32路PCM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)7/23/202362機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字通信中使用的TDM傳輸系統(tǒng)主要有PDH和SDH兩類準(zhǔn)同步數(shù)字系列（PDH）無標(biāo)準(zhǔn)的光接口規(guī)范，速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一不是完全同步傳輸只適合點(diǎn)對點(diǎn)通信無法實(shí)現(xiàn)分層管理7/23/202363機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)同步數(shù)字系列（SDH/SONET）

用SDH設(shè)備可以組成的帶有自愈保護(hù)能力的環(huán)網(wǎng)形式。統(tǒng)一的比特率，統(tǒng)一的光接口標(biāo)準(zhǔn)，為不同廠家設(shè)備間的互聯(lián)提供了可能。采用字節(jié)復(fù)接技術(shù)，使網(wǎng)絡(luò)中上下支路信號變得十分簡單。網(wǎng)絡(luò)管理能力大大加強(qiáng)。7/23/202364機(jī)車車輛研究所

第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)

ITU-T以美國標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ)，制訂出國際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞。SDH的基本速率為155.52Mb/s，稱為第1級同步傳遞模塊(SynchronousTransferModule)，即STM-1，相當(dāng)于SONET體系中的OC-3速率。

7/23/202365機(jī)車車輛研究所線路速率(Mb/s)SONET符號ITU-T符號表示線路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520*OC-3/STS-3STM-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080*OC-12/STS-12STM-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gb/sSONET的OC級/STS級與SDH的STM級的對應(yīng)關(guān)系7/23/202366機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)SDH是以光纖為主要傳輸手段的技術(shù)體制光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)由SDH的網(wǎng)絡(luò)單元（NE)組成，在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接。1.5263445140155Mb/s

STM-1

分插復(fù)用器ADM155Mb/s155Mb/s電源公務(wù)告警TMN接口支路信號：7/23/202367機(jī)車車輛研究所鐵路光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)示意圖STM-16STM-16STM-4OLTSTM-4OLT

路由器

計算機(jī)

電話控制信號專用通信STM-4ONU7/23/202368機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)1、數(shù)字通信的基本過程（1）建立通信線路→物理連接（2）建立數(shù)字傳輸鏈路→邏輯連接（3）數(shù)字傳送（4）結(jié)束數(shù)字傳輸→斷開邏輯連接（5）結(jié)束數(shù)字通信任務(wù)→斷開物理連接通信基本過程包含兩項(xiàng)內(nèi)容：

數(shù)字傳輸和通信過程的控制7/23/202369機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)信道分類物理信道是指用來傳送信號的物理通路，由傳輸物理介質(zhì)及有關(guān)通信設(shè)備組成。在信號的接收和發(fā)送之間不僅存在一條物理上的傳輸介質(zhì)，還在結(jié)點(diǎn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了其他“連接”，通常把這些“連接”稱為邏輯信道。同一物理信道上可以提供多條邏輯信道；但每一邏輯信道上只允許一路信號通過。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)分類轉(zhuǎn)接結(jié)點(diǎn)是支持網(wǎng)絡(luò)連接性能的結(jié)點(diǎn)，通過通信線路來轉(zhuǎn)接和傳遞信息。訪問結(jié)點(diǎn)是信息交換的源結(jié)點(diǎn)和目標(biāo)結(jié)點(diǎn)，起信源和信宿的作用。7/23/202370機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)終端A和F建立電路連接示意圖BACDEF75432167/23/202371機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)2、交換與交換設(shè)備為節(jié)省通信線路，大型網(wǎng)絡(luò)主要采用部分連接（多子網(wǎng)）的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。兩個端結(jié)點(diǎn)之間的通信連接一般都要通過中間結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接，中間結(jié)點(diǎn)要在它所連接幾條線路中選擇一條進(jìn)行接續(xù)。這個過程被稱為交換。能將網(wǎng)絡(luò)的各個信道按用戶需求連接起來的轉(zhuǎn)接結(jié)點(diǎn)設(shè)備稱為交換設(shè)備。7/23/202372機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)3、交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)是能實(shí)現(xiàn)各個用戶間話路接續(xù)的四通八達(dá)的信息通路,它應(yīng)該能夠根據(jù)用戶的要求，通過控制部分的接續(xù)命令，建立主叫與被叫用戶間的連接通路。在縱橫制交換機(jī)中采用各種機(jī)電式接線器（如縱橫接線器等）;在程控交換機(jī)中,目前主要采用由電子開關(guān)陣列構(gòu)成的空分接線器（S接線器）和由存儲器等電路構(gòu)成的時分接線器（T接線器）。7/23/202373機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)對數(shù)字化話音信息進(jìn)行交換實(shí)現(xiàn)不同時隙不同線路之間的交換數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)基本功能：給每一個用戶分配一個固定時隙在兩個用戶間（兩個不同時隙）進(jìn)行交換數(shù)字交換的實(shí)質(zhì)：對數(shù)字信息進(jìn)行時隙交換TS1TS2TS3TS1TS2TS3數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)12341234TS1TS2TS37/23/202374機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)時分接線器(T接線器)

時分接線器的功能是完成一條PCM復(fù)用線上各時隙間信息的交換，它主要由話音存儲器和控制存儲器組成。話音存儲器(SM)是用來暫時存儲話音脈碼信息的，故又稱“緩沖存儲器”。

PCM母線的收、發(fā)分開數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行單向路由的接續(xù)7/23/202375機(jī)車車輛研究所交換網(wǎng)絡(luò)PCM入PCM出AATS5TS28單端PCM交換用T接線器來實(shí)現(xiàn)交換網(wǎng)絡(luò)SLCSLCDHWTS3TS4TS5TS0TS1TS2UHW7/23/202376機(jī)車車輛研究所交換網(wǎng)絡(luò)PCM入PCM出ABTS5TS5ATS28BTS28UHWTS5DHWTS5DHWTS28UHWTS28每個用戶同時在UHW、DHW上各占一個編號相同的時隙，分別作為發(fā)送時隙和接受時隙。7/23/202377機(jī)車車輛研究所多端PCM交換交換網(wǎng)絡(luò)PCM入PCM出AATS2TS16UHW0UHW1UHW2UHW3DHW0DHW1DHW2DHW3用T、S組合接線器來實(shí)現(xiàn)7/23/202378機(jī)車車輛研究所RWTS0TS31TS0TS31031310SMCMWCPU控制RT接線器組成結(jié)構(gòu)圖地址計數(shù)器時鐘地址計數(shù)器7/23/202379機(jī)車車輛研究所A！RWA310SMCMWCPU控制R地址計數(shù)器時鐘地址計數(shù)器TS6TS176TS6ATS173101761766313029········21TS0313029········21TS0CM的地址與輸出TS對應(yīng)7/23/202380機(jī)車車輛研究所T接線器結(jié)構(gòu)原理圖7/23/202381機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)！一、復(fù)用器當(dāng)單端PCM數(shù)不能滿足需要時，需用多條PCM，如何實(shí)現(xiàn)？（先將它們合并成一條PCM，再送入T接線器。）T接線器復(fù)用器newHWHW0HW1HW2HW37/23/202382機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)復(fù)用器的基本功能串/并變換和并路復(fù)用。目的是降低數(shù)據(jù)傳輸速率，便于半導(dǎo)體存儲器件的存儲和取出操作；盡可能利用半導(dǎo)體器件的高速特性，使在每條數(shù)字通道中能夠傳送更多的信息，提高數(shù)字通道的利用率。通過串行碼變成并行碼，傳輸速率降低到原速率的1/8。使制造工藝要求降低，減少輻射干擾，降低器件的開關(guān)速度因而降低了造價。另外，速度的降低以增加傳輸線數(shù)為代價的。7/23/202383機(jī)車車輛研究所TS0TS1TS2復(fù)用器3020100021011131HW0HW1HW2HW3000102101112202122303132HW0TS0HW1TS0HW2TS0HW3TS0HW0TS1HW1TS1HW2TS1HW3TS17654321076543210DD復(fù)用器變換原理示意圖一第1步：HW合并2M8M！TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS77/23/202384機(jī)車車輛研究所TS0TS1TS2復(fù)用器3020100021011131HW0HW1HW2HW30001021011122021223031327654321076543210DD復(fù)用器變換原理示意圖一變換后的時隙的計算2M8M！TS復(fù)=TS號×HW總+HW號HW0

TS0HW1

TS0HW2

TS0HW3

TS0HW0

TS1HW1

TS1HW2

TS1HW3

TS1TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS77/23/202385機(jī)車車輛研究所T接線器復(fù)用器newHWHW0HW1HW2HW3

第2步：S/P復(fù)用器newHWHW0HW1HW2HW3CMS/PSM合并HW，時隙變換S/P，數(shù)據(jù)bit的變換2M8M1MTS0TS0TS0TS0TS0TS0D0D7D0D7！7/23/202386機(jī)車車輛研究所二、分路器作用與復(fù)用器相反；分出各HW上的各個TS。P/S變換。復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1MS/PD0D7P/SD0D7分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1M復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1MS/PD0D7P/SD0D7分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1M復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1MS/PD0D7P/SD0D7分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1M復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1M分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1MHW0HW1HW2HW3CM2M8M1MHW0HW1HW2HW38M2M1M7/23/202387機(jī)車車輛研究所數(shù)字空分接線器（S)由于T接線器的讀寫速率限制，其容量有限。當(dāng)需要的時隙數(shù)過大，通過復(fù)用器已不能完成時，就需要用多個T接線器來實(shí)現(xiàn)時隙交換。那么就要解決不同T接線器之間的交換問題。功能：S接線器完成不同復(fù)用總線(PCM線)間同一TS的交換;S接線器是通過控制存儲器控制電子交叉矩陣接點(diǎn)的閉合來實(shí)現(xiàn)TS在不同PCM間交換的。組成結(jié)構(gòu)：由電子交叉矩陣(開關(guān)時間所要求)和CM構(gòu)成。第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)7/23/202388機(jī)車車輛研究所數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中的空分接線器，就其結(jié)構(gòu)而言與空分交換網(wǎng)絡(luò)中的空分接線器是相同的。它在數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中的作用是完成不同PCM復(fù)用線上同時隙間的信碼交換。S接線器只能實(shí)現(xiàn)母線間的交換，用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過交換后時隙并不改變。N*N交換矩陣對應(yīng)著N個控制存儲器。每個存儲器的存儲單元號對應(yīng)相應(yīng)的時隙。第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)7/23/202389機(jī)車車輛研究所TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWnTS4TS4TS22………………1n…22S接線器的結(jié)構(gòu)輸出控制方式！單元地址為時隙號，內(nèi)容為HW號（輸出）7/23/202390機(jī)車車輛研究所TST和STS數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)程控交換機(jī)的交換網(wǎng)絡(luò)可以是單級T接線器。但有的程控交換機(jī)的交換網(wǎng)絡(luò)可能由T接線器和S接線器多級組合而成，其中TST和STS網(wǎng)絡(luò)是最基本的兩種組合形式，尤其是TST網(wǎng)絡(luò)，由于成本低、路由選擇簡單，從80年代開始就被廣泛采用。第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)7/23/202391機(jī)車車輛研究所時/空結(jié)合交換單元與TST交換網(wǎng)絡(luò)等效的T網(wǎng)絡(luò)基本功能是實(shí)現(xiàn)任一入線的任一時隙與任一出線的任一時隙之間的交換連接。T/S單元常做成大規(guī)模集成專芯片，如：MT8980/MT89801（加拿大Mitel公司）美國Motorola公司的MC145601意大利SGS公司的M-088用復(fù)用器、分路器與T接線器組成單TST交換網(wǎng)絡(luò)

7/23/202392機(jī)車車輛研究所圖

與TST網(wǎng)絡(luò)等效的T網(wǎng)絡(luò)7/23/202393