343数字传输系统

3.4.3数字传输系统为了将模拟电话信号转变为数字信号，必须先对电话信号进行采样。根据采样定理，只要采样频率不低于电话信号最高频率的2倍，就可以从采样脉冲信号无失真地恢复出原来的电话信号。标准的电话信号的最高频率为3.4kHz，为方便起见，采样频率就定为8kHz，相当于采样周期为125s。图3-19表示了上述的概念。图3-19PCM的基本原理(a)模拟电话信号(b)采样后的脉冲信号(c)编码后的数字信号(d)解码后的脉冲信号(e)还原后的模拟电话信号图3-20在2.048Mbit/s的传输线路两端同步旋转的开关(这只是为阐述原理用的示意图)，表示32个时隙中的比特的发送和接收必须和时隙的编号相对应，不能弄乱。2.048Mbit/s传输线路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………时分复用帧TCH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31…8bitt时分复用帧时分复用帧T=125s15个话路15个话路图3-20E1的时分复用帧表3-2给出了欧洲和北美系统的高次群的话路数和数据率。系统类型一次群二次群三次群四次群五次群符号E1E2E3E4E5欧洲体制话路数3012048019207680数据率（Mbit/s）2.0488.44834.368139.264565.148符号T1T2T3T4北美体制话路数24966724032数据率（Mbit/s）1.5446.31244.736274.176表3-2数字传输系统的高次群的话路数和数据率3.5信道复用技术3.5.1频分复用、时分复用和统计时分复用频分复用和时分复用的特点分别如图3-21(a)和(b)所示。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。图3-21频分复用和时分复用在进行通信时，复用器(multiplexer)总是和分用器(demultiplexer)成对地使用。当使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的。当用户在某一段时间暂时无数据传输时(例如用户正在键盘上输入数据或正在浏览屏幕上的信息)，那就只能让已经分配到手的子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。图3-22说明了这一概念。ABCDaabbcdbcattttt4个时分复用帧#1④③②①acbcd时分复用#2#3#4用户图3-22时分复用可能会造成线路资源的浪费统计时分复用STDM(StatisticTDM)是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。集中器(concentrator)常使用这种统计时分复用。图3-23是统计时分复用的原理图。统计复用又称为异步时分复用，而普通的时分复用称为同步时分复用。从平均的角度来看，这两者是平衡的。用户ABCDaabbcdbcattttt3个STDM帧#1④③②①acbcd#2#3统计时分复用图3-23统计时分复用的工作原理3.5.2波分复用图3-24表示8路传输速率均为2.5Gbit/s的光载波(其波长均为1310nm)，经光的调制后，分别将波长变换到1550~1557nm，每个光载波相隔1nm(这里只是为了说明问题的方便，实际上光载波的间隔一般是0.8或1.6nm)。01550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm20Gbit/s1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm782.5Gbit/s1310nm82.5Gbit/s1310nm复用器分用器EDFA120km光调制器光解调器图3-24波分复用的概念3.5.3码分复用码分复用CDM(CodeDivisionMultiplexing)是另一种共享信道的方法。实际上，人们更常用的名词是码分多址CDMA(CodeDivisionMultipleAccess)每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。码分复用最初是用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。3.6同步光纤网SONET和同步数字系列SDH数字传输系统存在着许多缺点。其中最主要的是以下两个。（1）速率标准不统一（2）不是同步传输为了解决上述问题，美国首先在1988年推出了一个数字传输标准，叫做同步光纤网SONET(SynchronousOpticalNetwork)。表3-3为SONET和SDH的比较。线路速率（Mbit/s）SONET符号ITU-T符号表示线路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520*OC-3/STS-3STM-1155Mbit/s（按四舍五入则应为156Mbit/s）466.560OC-9/STS-9STM-3622.080*OC-12/STS-12STM-4622Mbit/s933.120OC-18/STS-18STM-6表3-3SONET的OC级/STS级与SDH的STM级的对应关系1244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5Gbit/s4976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gbit/s续表SONET标准定义了四个光接口层。SONET的层次自下而上如图3-26所示。·光子层(PhotonicLayer)·数字段层(SectionLayer)·线路层(LineLayer)·路径层(PathLayer)光子层路径层线路层段层线路光子层路径层线路层段层光子层线路层段层光子层段层光子层线路层段层光子层段层SDH终端SDH终端SDH终端SDH终端复用器或分用器复用器或分用器复用器或分用器复用器或分用器转发器转发器转发器转发器段段段路径图3-26SONET的体系结构3.7EIA-232-E接口标准EIA-232-E是美国电子工业协会EIA制定的著名物理层标准。EIA-232是DTE与DCE之间的接口标准。DTE(DataTerminalEquipment)是数据终端设备。数据电路端接设备DCE(DataCircuit-terminatingEquipment)。DCE的作用就是在DTE和传输线路之间提供信号变换和编码的功能，并且负责建立、保持和释放数据链路的连接。DTE通过DCE与通信传输线路相连，如图3-27所示。DTEDCEDCE串行比特传输用户环境通信环境用户设施通信设施DTE用户设施用户环境EIA-232/V.24接口EIA-232/V.24接口图3-27DTE通过DCE与通信传输线路相连3.8宽带接入技术xDSL技术就是用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务。DSL就是数字用户线(DigitalSubscriberLine)的缩写。而DSL的前缀x则表示在数字用户线上实现的不同宽带方案。ADSL(AsymmetricDigitalSubscriberLine)是非对称数字用户线[W-ADSL]，HDSL(HighspeedDSL)是高速数字用户线，SDSL(Single-lineDSL)是1对线的数字用户线，VDSL(VeryhighspeedDSL)是甚高速数字用户线。xDSL对称性下行带宽上行带宽极限传输距离ADSL非对称1.5Mbit/s64kbit/s4.6～5.5kmADSL非对称6～8Mbit/s640kbit/s～1Mbit/s2.7～3.6kmHDSL（2对线）对称1.5Mbit/s1.5Mbit/s2.7～3.6kmHDSL（1对线）对称768kbit/s768kbit/s2.7～3.6kmSDSL对称384kbit/s384kbit/s5.5kmSDSL对称1.5Mbit/s1.5Mbit/s3kmVDSL非对称12.96Mbit/s1.6～2.3Mbit/s1.4kmVDSL非对称25Mbit/s1.6～2.3Mbit/s0.9kmVDSL非对称52Mbit/s1.6～2.3Mbit/s0.3kmDSL(ISDN)对称160kbit/s160kbit/s4.6～5.5km表3-4xDSL的几种类型ADSL在现成的用户线（铜线）的两端各安装一个ADSL调制解调器。我国目前采用的方案是离散多音调DMT(DiscreteMulti-Tone)调制技术。…频谱频率ADSL上行信道传统电话04kHz下行信道约1100kHz…图3-28DMT技术的频谱分布基于ADSL的接入网由以下3大部分组成：数字用户线接入复用器DSLAM(DSLAccessMultiplexer)，用户线和居民家庭中的一些设施，如图3-29所示。ATU-CATU-CATU-RATU-C用户线电话分路器区域宽带网至ISP居民家庭基于ADSL的接入网端局或远端站DSLAM至本地电话局PSPS图3-29基于ADSL的接入网的组成数字用户线接入复用器包括许多ADSL调制解调器。ADSL调制解调器又称为接入端接单元ATU(AccessTerminationUnit)。在电话端局（或远端站）和居民家中所用的ADSL调制解调器分别记为ATU-C（C代表端局CentralOffice）和ATU-R（R代表远端Remote）。用户电话通过电话分路器PS(POTSSplitter)和ATU-R连在一起，经用户线到端局，并再次经过一个电话分路器PS把电话连到本地电话交换机。ADSL中的“D（数字）”应理解为“使用数字技术”。ADSL的用户线上传送的仍然是模拟信号而不是数字信号。3.8.2光纤同轴混合网（HFC网）一种叫做光纤同轴混合网（HFC网），是在1988年被提出。HFC是HybridFiberCoax的缩写。HFC网是在目前覆盖面很广的有线电视网CATV的基础上开发的一种居民宽带接入网。HFC网除可传送CATV外，还提供电话、数据和其他宽带交互型业务。HFC网则需要对CATV网进行改造，其主要特点有如下几个方面。（1）HFC网的主干线路采用光纤HFC网将原CATV网中的同轴电缆主干部分改换为光纤，并使用模拟光纤技术，模拟光纤从头端连接到光纤结点(fibernode)，它又称为光分配结点ODN(OpticalDistributionNode)。同轴电缆头端模拟光纤放大器引入线分路器光纤结点服务区服务区服务区图3-30HFC网的结构图（2）HFC网采用结点体系结构HFC引入了结点体系结构(nodearchitecture)的概念。一个光纤结点下的所有用户组成了一个用户群(cluster)，或称为邻区(neighborhoodarea)。采用结点体系结构的好处首先是能够提高网络的可靠性。结点体系结构的另一个优点是简化了上行信道的设计。（3）HFC网具有比CATV网更宽的频谱，且具有双向传输功能下行信道上行信道540505507501000原有模拟电视数字信号频率(MHz)保留图3-31HFC网频谱划分举例（4）每个家庭要安装一个用户接口盒用户接口盒UIB(UserInterfaceBox)要提供以下3种连接。·使用同轴电缆连接到机顶盒(set-topbox)，然后再连接到用户的电视机。·使用双绞线连接到用户的电话机。·使用电缆调制解调器连接到用户的计算机。电缆调制解调器(cablemodem)是为HFC网而使用的调制解调器。HFC网的最大优点是它具有很宽的频带，并且能够利用已经有相当大的覆盖面的有线电视网。3.8.3FTTx技术除了上述的xDSL和HFC技术外，FTTx（即光纤到……）也是一种实现宽带居民接入网的方案。这里，字母x可代表不同的意思。光