通信基础知识

第一章通信系统模型第二章通信系统相关概念第三章交换技术介绍通信系统的组成-通信系统的一般模型信息源发送设备信道接收设备收信者噪声源经典通信系统模型发送端接收端2020/8/28描述了消息由发送至接收的流程1.经典模型+模拟信号和数字信号–模拟信号：代表消息的信号参量取值连续，例如麦克风输出电压：2020/8/28通信系统的组成-模拟通信系统模型和数字通信系统模型0t0t(a)话音信号(b)抽样信号通信系统的组成•数字信号：代表消息的信号参量取值为有限个，例如电报信号、计算机输入输出信号：t码元什么是数字信号？什么是模拟信号？一般来说，数字信号必须满足在时间和信号幅值上是离散的，相反模拟信号在幅值上是连续的。数字信号模拟信号+模拟通信系统模型–模拟通信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统：–两种变换：模拟消息原始电信号（基带信号）基带信号已调信号（带通信号）2020/8/28模拟通信系统模型和数字通信系统模型信源调制器信道解调器收信者噪声源天线、变频、放大、解调等调制、放大、天线等模拟通信系统模型通信系统的组成+模拟通信的主要特点–抗干扰能力差–不易于保密通信–设备不易于大规模集成–不适应飞速发展的计算机通信的要求–简单、易于实现2020/8/28+数字通信系统模型2020/8/28数字通信系统模型信息源调制器信道收信者解调器信道译码信道编码信源编码信源译码加密解密噪声源+抗干扰能力强。+传输差错可控。+易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理、加工、变换、存储，从而形成智能网。+易于集成化，从而使通信设备微型化。+易于加密处理，且保密强度高。+需要较大的传输带宽，对同步要求高。2020/8/28数字通信的主要特点+按通信业务分：话务通信和非话务通信。–非话务通信主要是分组数据业务、计算机通信、数据库检索、电子信箱、电子数据交换、传真存储转发、可视图文及会议电视、图像通信等。+按调制方式分类：基带传输和频带（调制）传输+按信号特征分类：模拟信号还是数字信号+按传输媒质分类：有线通信系统和无线通信系统+按工作波段分类：长波通信、中波通信、短波通信、微波通信、红外线通信……+按信号复用方式分类：频分复用、时分复用和码分复用。2020/8/28通信系统的分类+单工、半双工和全双工通信–单工通信：消息只能单方向传输的工作方式–半双工通信：通信双方都能收发消息，但不能同时收发的工作方式2020/8/28通信方式+单工、半双工和全双工通信–全双工通信：通信双方可同时进行收发消息的工作方式2020/8/28通信方式+有效性：指传输一定信息量时所占用的信道资源（频带宽度和时间间隔），或者说是传输的“速度”问题。+可靠性：指接收信息的准确程度，也就是传输的“质量”问题。2020/8/2816+国际标准化组织–国际标准化组织（ISO）–电气电子工程师协会（IEEE）+Internet标准化组织–因特网协会（InternetSociety，ISOC）–因特网体系结构研究委员会（InternetArchitectureBoard，IAB）–因特网工程任务部（InternetEngineeringTaskForce，IETF）–因特网工程指导组（InternetEngineeringSteeringGroup，IESG）–因特网研究指导组（InternetResearchSteeringGroup，IRSG）–因特网编号管理机构（InternetAssignedNumberAuthority，IANA）17+电信标准化组织–国际电信联盟ITU（InternationalTelecommunicationUnion）–国际电报电话咨询委员会CCITT（ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone）+其它标准化组织–欧洲计算机制造协会（ECMAEuropeanComputerManufacturesAssociation）–美国国家标准协会（ANSIAmericanNationalStandardsInstitute）–美国电子工业协会（EIAElectronicIndustriesAssociation）第一章通信系统模型第二章通信系统相关概念第三章交换技术介绍第四章SP30系统介绍时分复用技术（PCM)Pulse-codemodulation），即脉冲编码调制）数字交换原理信令系统路由设计计费系统编号计划系统同步通信系统概念-电路交换原理语音信号抽样量化编码译码低通语音信号模/数转换数/模转换传输fs≥2BwBw为输入信号带宽，语音信号的能量主要集中在300—3400Hz频率范围内。所以抽样频率至少为6800Hz，国际标准确定为fs=8000Hz，即每秒抽样8000次，或者说每隔125us抽样一次数字化时分复用技术低通取样量化编码复用线路编码数字传输或交换机线路译码去复用译码低通滤波模拟信号A/D数字信号数字信号NRZHDB3HDB3NRZ数字化模型取样（Sampling）是将时间和幅度都连续的模拟信号变换成时间离散的幅度连续的另一种模拟信号（脉冲幅度调制PAM信号），为了使取样后的PAM信号能在接收端完全无失真地恢复为原始信号，取样周期应该满足如下所述的奈奎斯特定理（NyquistTheorem）：一个频带受限于BHz的信号可以唯一地用周期为的样值系列确定,只要fs≥2B。话音信号频率范围为300-3400Hz，国际统一规定取样频率为8KHz。采样波形+0.3+0.2-0.4+0.10+0.1-0.4+0.2-0.5Nq(t)(a)实现原理图取样量化Sp(t)&(t)S(t)Sq(t)(b)采样波形Sq(t)S(t)Sp(t)5.310.27.62.15.08.113.614.27.5510825814148&(t)量化就是对取样后的PAM信号的幅值转换成数字的过程。量化产生量化噪声，分均匀量化和非均匀量化。均匀量化：由于对量化范围内的大小信号均采用相等的量化阶距进行量化，造成大信号的信噪比SNR（信号功率与量化噪声功率之比）有富俗，而小信号的SNR又嫌不足（SNR值越大，音质越好）。为了提高小信号的SNR，采用非均匀量化，即对大小信号分别采用不等的量化阶距，对小信号采用小的量化阶距，对大信号采用大的量化阶距，从而使大小信号具有基本相同的SNR。量化常用的压缩特性有A律（欧洲和中国采用）和律（北美和日本采用）对数压缩。实现上述连续压扩特性需无穷多个量化级,实际上无法加以实现,为此通常采用数字电路分段进行压扩。这样，不仅实现容易,而且成本低。A律压缩采用的就是十三折线法，一象限分8段（在时间轴以1/2递减规律分成8大段，分段点是1、1/2、1/4、1/8、1/16、1/32、1/64、1/128；幅度轴分8均匀段），1-8段斜率分别为1/4、1/2、1、2、4、8、16、16，7、8段斜率一样；一、三象限对称，故共13折线段。A律A律压扩特性13折线近似图A律13折线编码就是把量化的幅度信号变成二进制数据的过程，中国采用A律13折线压缩编码，规则如下:信号样值有正有负,要用一位码来表示，这一位码叫极性码。正极性以比特“1”表示，负极性以比特“0”表示。13折线压缩律在第一象限有8大段，每一段斜率不同，故需要用3位码表示8个不同的段落，这3位叫段落码，它们也表示各段的起始电平。在每段落内再均匀分为16个小段，这4位叫段内码。由于各段长度均不同，均分后各段内的小段的长度也不等。D1D2D3D4D5D6D7D8极性码段落码段内码在PCM32系统中，采用8位码来表示一个样值，最高位是极性码，剩下的7位对应128个量化级。编码取样、量化、编码后的波形取样速率8KHz，每路信号编码后速率64KHzD(t)S(t)译码为了从数字信号恢复原模拟信号，需要对数字信号进行译码和滤波。译码是编码的逆过程，即将接收的PCM编码信号转换成与发端一样的量化信号。这可以根据码组中的段落码所对应的量化阶距值及四位段内码所对应的段序号值，求出对应的原量化值（绝对值）。译码器是一个积分过程，其充电速度快放电速度慢，其输出是一个非平滑的模拟信号，用低通滤波器对其滤波，滤除其高频分量，可使其平滑成模拟信号。尽管模拟信号的数字化及其逆过程经过很多步骤但实现起来很简单。随着大规模集成技术的发展，一片芯片可完成上述功能。译码1帧1个TS二进制码元….….….N1ttttt125usabcdePCM形成8000*8*32=2048000bit/s(125us/8/32=0.488us)PCM基群系统是数字复接的最基本的系统,它由30话路组成。构成的基群帧结构包含32个时隙，通常将TS0作为帧同步时隙。中国一号信令：TS1-15、TS17-31为话路时隙，TS16作为本基群线路信号时隙，30个话路只有8bit线路信号,这显然是不够的。为此采用复帧结构，即由16个单帧组成一个复帧（Multi-frame）这样安排就可以保证在2ms时间内为每个话路分配到4个信息比特，即信令速率为2Kb/s,这就是30/32PCM复帧结构中的随路信令的线路信号速率。中国七号信令：可从TS1-31时隙中任选1个时隙为信令时隙，其它时隙为话路时隙。制式参数30/32路制式24路制式话音频带/Hz300~3400300~3400抽样率/kHz88量化层数256256压缩率A律u律编码位数/抽样88单路编码率/(kbits)6464帧长/us125125时隙/帧3224话路/帧3024复用码流速率/kbit/s20481544PCM基群的主要技术参数16帧，2ms复帧结构0123456789101112131415161718192021222324252627282930F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F1532时隙，256bit，125us帧结构X0011011X0A111111帧同步时隙帧同步信号保留给国内通信用偶帧TS0奇帧TS0CH3000001A211信令时隙abcdabcdabcdabcdabcdabcd话路时隙（CH1～CH15）话路时隙（CH16～CH29）复帧同步信号备用比特F1F2F15CH1CH16CH2CH17CH15CH30488ns3.91usPCME1复帧结构图1个取样周期为125µs，1个复帧有16个子帧，其中TS0为帧同步时隙，偶帧TS0用于传送帧同步码，奇帧TS0的比特3为帧失步告警。一次群复接器四次群复接器二次群复接器三次群复接器123264Kb/s2.048Mb/s8.448Mb/s34.368Mb/s139.264Mb/sPCM的高次群常用的传输与接口应用系统速率提供话路码型T11.544Mbit/s24AMIPCM基群E12.048Mbit/s30HDB3T26.312Mbit/s96AMIPCM二次群E28.448Mbit/s120HDB3T344.736Mbit/s672AMIPCM三次群E334.368Mbit/s480HDB3T4274.176Mbit/s4032CMIPCM四次群E4139.264Mbit/s1920CMISDHSTM－1155.52Mbit/sCMISDHSTM－4622.08Mbit/sCMI+每秒传送8000帧，每帧32个时隙，每个时隙8比特串行码，16帧构成一个复帧，其时间长度为125μs×16＝2ms。传送码率为8比特/时隙×32时隙/帧×8000帧/秒＝2048kb/s，而每一路信号的速率为64kb/sABCDABCD第一帧第二帧ABCDABCD同步时钟数字交换原理时隙交换TS12BTS10BTS25A数字交换网络PCM1PCM2PCM3PCM4PCM1PCM2PCM3PCM4TS8A将某数据流中的时隙信息转移到另一信息流中的某时隙上，这个过程称为时系隙交换。时隙交换是由数字接线器完成的。数字接线器有两种，一种叫T接线器，另一种叫S接线器。网络通常由这两者组合。1．在