第2章复用与交换基本原理详解

12020年7月16日2时56分第2章复用与交换基本原理2.1PCM基本原理2.2电路交换2.3分组交换2.4ATM交换22020年7月16日2时56分2.1PCM基本原理PCM基本原理时分复用32路PCMPCM的高次群32020年7月16日2时56分2.1PCM基本原理PCM基本原理时分复用32路PCMPCM的高次群42020年7月16日2时56分PCM的基本原理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、量化解调和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52020年7月16日2时56分2.1PCM基本原理PCM基本原理抽样量化编码时分复用32路PCMPCM的高次群PCM调制模型62020年7月16日2时56分抽样（1）持续以固定的时间间隔采集模拟信号的瞬时值。72020年7月16日2时56分抽样（2）82020年7月16日2时56分抽样脉冲：一个以Ts为时间间隔的窄脉冲序列理想抽样脉冲实际抽样脉冲抽样（3）92020年7月16日2时56分抽样定理抽样（4）抽样的时域过程抽样的频域过程102020年7月16日2时56分低通信号采样脉冲抽样（5）模拟电压信号经抽样生成的离散信号取值是随机的。112020年7月16日2时56分量化122020年7月16日2时56分把抽样信号的无穷多个取值映射为有限个数值得到非二进制数字信号编码对量化后的数字信号采用三位码元进行自然编码就可以得到用于传输的数字信号。132020年7月16日2时56分142020年7月16日2时56分PCM基本原理总结抽样量化12345678910111213141516编码10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100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，抽样值幅度为所传信号的瞬时值，而抽样频率不小于所传信号最高频率的2倍。量化后的信号通过编码器变成一组码元，也就是所需的数字信号。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。152020年7月16日2时56分2.1PCM基本原理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32路PCMPCM的高次群162020年7月16日2时56分多路复用的概念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分割原理，信号分割的依据是信号差异复用的目的为了节省介质，提高线路利用率多路复用的类型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、频率重叠，特征码不同172020年7月16日2时56分时分复用原理（1）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……….传输介质第1路第2路第n路第1路第2路第n路发送接收182020年7月16日2时56分时分复用原理（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可能造成线路资源的浪费aabcdbcabbccad用户ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四个时分复用帧时分复用t192020年7月16日2时56分统计时分复用原理STDM：StatisticTDM，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abbccadaabcdbc用户ABCDtttt①②③④#1#2#33个STDM帧统计时分复用t202020年7月16日2时56分2.1PCM基本原理PCM基本原理时分复用32路PCMPCM的高次群212020年7月16日2时56分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。222020年7月16日2时56分32路PCM的帧结构F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS31复帧周期2ms，1复帧=16帧帧周期125uS1帧=32时隙,每时隙8位数据，一帧同传输256位232020年7月16日2时56分帧结构描述帧重复频率＝抽样频率＝8kHz抽样周期＝125us时隙数＝32，时隙编号TS0－TS31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＝32×8=256bits每路数码率＝8bit/125us＝64kbit/s总码率＝256bit/125us＝2048kbit/s242020年7月16日2时56分32路PCM的帧结构F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS3110011011000010/11112345678110/111111abcdabcd复帧周期2ms，1复帧=16帧帧周期125uS1帧=32时隙,每时隙8位数据，一帧同传输256位同步时隙标志信号时隙话路时隙F0F1F2F15abcdabcdabcdabcd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路局间线路信令一个复帧的帧结构示意图TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS31F0帧10011011同步时隙000010/111标志信号时隙1到15路用户的PCM信号16到30路用户的PCM信号TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS31F1帧同步时隙局间线路信令1到15路用户的PCM信号16到30路用户的PCM信号110/111111abcdabcd1路16路TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS31F2帧同步时隙局间线路信令1到15路用户的PCM信号16到30路用户的PCM信号abcdabcd2路17路10011011F3帧及以后以此类推262020年7月16日2时56分帧结构描述各时隙内容TS1－TS15：话路时隙，传送1－15路话音信号编码TS17－TS31：话路时隙，传送16－30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处理（16帧组成一个复帧）信令4位码组含义a、b、c、d，目前只用了前3位272020年7月16日2时56分复帧结构描述由16帧组成一个复帧复帧频率＝8000Hz/16＝500Hz，周期＝2ms各帧信令F0的TS16前4位为复帧同步码第6为复帧失步告警码，同步为0,失步为1其他位保留，暂定为1F1－F15的TS16前4位依次传送1－15路话路信令后4位依次传送16－30路的话路信令282020年7月16日2时56分32PCM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292020年7月16日2时56分2.1PCM基本原理PCM基本原理时分复用32路PCMPCM的高次群302020年7月16日2时56分PCM高次群北美日本欧洲中国数码率Mbps话路数数码率Mbps话路数基群1.544242.04830二次群6.312968.448120三次群32.06448034.368480四次群139.2641920五次群5657680制式群路312020年7月16日2时56分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/s8448kbit/s2048kbit/s2048kbit/s2048kbit/s二次群复用设备8448kbit/s8448kbit/s8448kbit/s34.368Mbit/s三次群322020年7月16日2时56分第2章复用与交换基本原理2.1PCM基本原理2.2电路交换2.3分组交换2.4ATM交换332020年7月16日2时56分2.2电路交换电路交换的概念电路交换的特点电路交换的工作过程342020年7月16日2时56分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。352020年7月16日2时56分电路交换的过程通信网络362020年7月16日2时56分电路交换的特点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。372020年7月16日2时56分电路交换的工作过程呼叫请求呼叫接受话音数据确认BACD建立连接数据传输释放连接382020年7月16日2时56分2.3分组交换分组交换概念分组交换的形式虚电路数据报392020年7月16日2时56分分组交换概念分组交换（PacketSwitching)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402020年7月16日2时56分分组交换——虚电路方式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412020年7月16日2时56分统计时分复用原理