复用与交换基本原理

1、第2章 复用与交换基本原理,2.1 PCM基本原理,时分复用 多路复用的概念 时分复用原理 异步时分复用原理 PCM基本原理 32路PCM PCM的高次群,多路复用的概念,信号： 模拟信号：是数值上连续变化的信号。例如话音信号，图象信号等。 数字信号：是离散的信号 多路复用 将多个信号源发出的信号组合，并由一个信道传输，传输中各信号之间彼此独立 多路复用的基础是分割原理，信号分割的依据是信号差异 复用的目的是为了节省介质，提高线路利用率 根据不同的参量，多路复用的类型有 频分复用FDM:各路信号频率分开，时间重叠 时分复用TDM:各路信号时间分开，频率重叠 码分复用CDM:各路信号时间、频率重

2、叠，特征码不同,时分复用原理（1,第1路,第2路,第n路,第1路,第2路,第n路,发送,接收,时分复用TDM（通常指同步时分复用） 把传输信道按时间分割成若干时隙，以传送若干路信号。 发送方，在抽样脉冲的控制下，时隙1时将第1路信号打入信道，时隙2是将第2路信号打入信道， 依此类推 接收方，在发送方同步信号的作用下，在时隙1时接收第1路信号，时隙2时接收第2路信号,时分复用原理（2,TDM按帧结构（固定时长，时隙个数固定）传送 每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置） 每个用户只能在自己的时隙内发送数据 当某用户无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，不能作为他用 可能造成线路资

3、源的浪费,统计时分复用原理,STDM：Statistic TDM，统计时分复用，又叫异步时分复用 每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙 STDM按帧结构进行传送，且帧长度固定（不同系统帧长可能不同） 组帧按收到数据的先后顺序进行 一个用户可以连续占用多个时隙 能显著提高信道的利用率,PCM基本原理（1,1937年,法国工程师(Alec Reeres)最早提出 1946贝尔实验室实现第一台PCM数字电话终端机 1962年晶体管PCM终端机大量用于市话网中局间中继线,市话电缆传输电话数扩大24-30倍 70年代后期,超大规模集成电路的PCM编,解码器出现使PCM在光纤通信,数字微波通信,卫星通

4、信中获得广泛应用 PCM已成为数字通信中一个十分基本的问题,PCM基本原理（1,PCM：Pulse Code Modulation 脉冲编码调制 PCM是一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式 PCM发送端包括：抽样、量化和编码 PCM 接收端包括：解码、量化样值解调,模拟 信源,低通 滤波器,量化 器,抽样 器,编码 器,解码 器,低通 滤波器,模拟 信宿,发送端,接收端,PCM基本原理（2,抽样,量化,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15,16,编码,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,将时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号,将时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号。 带限信号连续抽样，要求抽样频率不小于所传信号的最高频率的2倍,量化后的信号通过编码器变成一组码元,量化级：对应一个幅度等级,如：将08V范围的模拟量分为8级，每级1V。即01V为0级，12V为第1级用这8级的量去量化 输入信号,均匀分级量化方法:舍去型、补足型、四舍五入型,量化前的值/V,量化后输出值/V,舍去型,补足型,四舍五入型,6.6V,6.1V,0.1V,6,6,0

6、,7,7,1,7,6,0,均匀分级量化,量化误差：量化前、后信号幅度之间的差别量化误差产生的后果：量化噪声 均匀量化：绝对误差相等、量化噪声均匀，小信号的信噪比小。信噪比：衡量通信质量的重要指标，一般要求大于26DB,解决方法：减少小信号时的量化噪声 将量化级分细，减少量化误差从而减少量化噪声。 量化级数多，要求有更多位编码及更高的码速， 要求更高的编码器,信噪比=10 信号/噪声（单位：DB,采用不均匀量化，（压扩法）-小信号的量化级 分细些，大信号量化级分粗些。使在保持原来的 量化级数下将信噪比做得高于26DB。两种压扩律： u律和A律,A律：通用于欧洲，为30/32路PCM采用，E1线路

7、 2.048Mb/s,u律：通用于北美和日本，为24路PCM采用，T1线路 1.544Mb/s,我国采用A律,目的：为了更好地在信道上传输 基本要求： 直流分量为零 频带宽度小 没有较长的零电平信号序列 可提供差错检测能力 几种常用码型 单极性不归零码（NRZ） 单极性归零码（RZ） 双极性归零码（ AMI） 三阶高密度双极性码（HDB3,信号传输码型,编码规则： 正电压：“ 1 ” 零电压：“ 0 ” 占空比：100,单极性归零码,编码规则： 正电压：“ 1 ” 零电压：“ 0 ” 占空比：50,单极性不归零码,特点： 适合短距离传输 存在直流分量和丰富的高频分量，占用频带宽 多个连0可能引

8、起失步,双极性归零码（AMI-Alternate Mark Inversion交替极性倒置,编码规则： 正、负电压：“ 1 ” 零电压：“ 0 ” 占空比：50,1,1,0,0,0,1,1,1,特点： 基本不存在直流分量，高频分量少 多个连0可能引起失步,HDB3（High Density Bipolar of Order 3）码,编码规则： 正、负电压表示“ 1 ”,且交替出现 零电压表示“ 0 ” 占空比：50% 当连零个数超过4时，作如下操作： 依次将4个连0编为一组，每组最后一个0用1取代，用V+或V-表示，与前一个1（B+或B-）同极性。V称作破坏点。 保证两个破坏点之间有奇数个1。

9、若为偶数个1，则在前一个破坏点后面的连续0组中的第一个0改为B+或B-，其极性和前一个破坏点相反。（保证B的极性交替） 后面的极性依次按上述原则改变,0,1,0,0,0,0,1,0,0,0,0,0,0,0,0,HDB3（High Density Bipolar of Order 3）码,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,单极性码,AMI码,HDB3码,HDB3码,HDB3码,V,V,V,HDB3的替换规则,正在处理的脉冲的极性 (即前一个B,自上次替换后双极性脉冲（比特1）的数目 （即V之间的1的数目,奇数,偶数,000,000,00,00,时隙和帧 时隙：每路话路抽样所花的时间。 帧：每32个时隙组成一个帧。 复帧：16个帧合成一个复帧。

11、数字信号传输速率 调制速率（波特率）= Baud 数据速率 = * log2n bps,信元数,单位时间,信元数,单位时间,几个基本概念,0,1,1,0,1,11,10,00,10,01,11,二电平调制,四电平调制,32路PCM,几个基本概念： 时隙：每路话路抽样所花的时间。 帧：每32个时隙组成一个帧。 复帧：16个帧合成一个复帧,32路PCM的帧结构,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复帧=16帧,1帧=32时隙,同步时隙,标志信号时隙,话路时隙,F0,F1,F2,F15,帧定位码组,偶帧,奇帧,区别偶帧,帧对告码,保留,复帧 定位码组,复帧 对告码和备用,1路,16路,2路,17路,15路,30路,局间线路信令,帧结构描述,帧重复频率抽样频率8kHz 抽样周期125us 时隙数32，时隙编号TS0TS31 每路时隙3.91us 每路时隙传送8位码组，位时间488ns 每帧传送位数3

13、28=256 每路数码率8bit/125us64kbit/s 总码率256bit/125us2048kbit/s,帧结构描述,各时隙内容 TS1TS15：话路时隙，传送115路话音信号编码 TS17TS31：话路时隙，传送1630路话音信号编码 TS0：帧同步时隙，传送同步码组 TS16：信令时隙，传送30路话路的信令码和复帧码 信令时隙TS16 传送信令信号（如摘机、挂机、振铃等） 一帧中只传送8位码组，每路占4位，每帧只能传2路 提高信道利用率，一个基群有30个话路，一个信令信号控制2个话路，故引入复帧概念 信令信号必须按复帧传送（16帧组成一个复帧） 信令4位码组含义a、b、c、d，目前

14、只用了前3位,复帧结构描述,由16帧组成一个复帧 复帧频率8000Hz/16500Hz，周期2ms 各帧信令 F0的TS16 前4位为复帧同步码0000 第6位复帧失步告警码，同步为0，失步为1 其他位保留，暂定位1 F1F15的TS16 前4位依次传送115路话路信令 后4位依次传送1630路的话路信令,32 PCM帧的传输与处理,逐帧传输 按复帧处理 因为每帧只能传送2个话路的信令 30路话路的信令在一个复帧内才能包含完,PCM高次群,制式,群路,PCM高次群,高次群是由低次群通过数字复用设备汇接而成,基群 （一次群,二次群,一次群复用设备,2048kbit/s,8448kbit/s,20

15、48kbit/s,2048kbit/s,2048kbit/s,34.368Mbit/s,三次群,2.2 电路交换,电路交换的概念 电路交换的特点 电路交换示意图 电路交换的工作过程,电路交换的概念,电路交换方式是指用户在相互通信时使用一条实际的物理链路（一对实线、时隙或频段），在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它用户同时共享该链路，通信结束后拆除这条物理链路的通信方式,一定是面向连接的，且是实连接 必须有建立连接数据传输释放连接三个过程 连接后占用的是实际物理链路 所有信息传输沿着同一路径（建立连接的路径） 信道独占 在释放连接以前 两个用户一直占用端到端的固定带宽 即

16、使这两个用户并没有通信，别的用户也不能占用 优点：传输可靠、实时，不乱序 缺点：信道利用率低 使用场合：特别适合实时业务，不适合突发性强的数据传输和频繁更换通信对象的场合,电路交换的特点,呼叫请求,呼叫接受,报文,确认,B,A,C,D,建立连接,数据传输,释放连接,电路交换的工作过程,分组交换概念 分组交换的形式 虚电路 数据报,2.3 分组交换,分组交换（Packet Switching) 分组交换是利用存储转发的方式进行交换的。分组交换机先将收到的报文接收、存储 ，然后将报文划分为分组，并以分组为单位进行传输和交换。 分组交换的形式 虚电路交换 数据报交换,分组交换概念,分组交换虚电路方式

17、,面向连接的方式，但为虚连接（逻辑连接） 信道不独占，采用统计复用方式，实现信道共享 所有分组通信路径相同，故通信有序 一个用户可与多个用户建立虚连接 虚电路分为两种： 永久性虚电路PVC 事先已建立连接，可直接进行通信，通信后不需拆链 交换性虚电路SVC 通信前建立连接，通信后拆除连接,虚电路方式,4,5,2,7,3,1,6,通信网络,主机2,主机1,主机1与主机2之间的通信,主机3,主机4,主机3与主机4之间的通信也类似,通信前建立连接 所有主机1到主机2的的分组都按同一虚电路（路径）到达主机2 通信结束后拆除连接（PVC除外,分组交换数据报方式,面向无连接方式 通信前无需建链，通信后也无

18、需拆链 每个分组单独选路，造成： 不同的分组可能传输路径不同 到达同一目的地的数据可能乱序 分组必须携带源、目地址 不能保证时延和时延抖动，是一种“尽力传送”方式 特别适合突发的数据传输，不适合实时业务的传输,数据报方式,4,5,2,7,3,1,6,通信网络,主机1,主机2,主机到主机2的分组沿不同路径到达主机2 出现乱序（先发后到,1,2.4 ATM交换,ATM（asynchronous transfer modeswitching） 异步转移模式 基本特征： 传输、复用和交换都是以信元为基本单位进行的 信元长度固定：53字节（5字节头部48字节载荷） 异步是指属于同一用户的信元不一定按固定的时间间隔周期性地出现 采用虚连接方式，异步时分复用 按时隙交换，每时隙交换一个信元 用户信元传输不按固定时隙（无周期性） 信元传递过程中不需源、目地址，只用虚拟连接标识VPI/VCI 支持多种业务（实时、非实时、不同速率,ATM信元,信元基本格式 信元包括两部分 其中，头部包含VPI、VC