《时分复用lily》PPT课件.ppt

3.4 时分多路复用,时分多路复用概述 PCM30/32路系统 数字复接技术,3.4.1 时分多路复用概述,1、复用的概念 复用：为了提高信道利用率，使多路信号互不干扰地在同一信道上传输的方式称为多路复用。 频分复用（ FDM ）多用于模拟信号的复用 时分复用（ TDM ）多用于数字信号的复用 波分复用（ WDM ）多用于光纤通信系统,2、时分复用的概念 各路信号在同一信道上轮流占用不同时间间隔进行通信。 3、PCM时分多路通信的原理： 时分多路通信的理论根据：抽样定理 抽样定理告诉我们，一路连续的模拟话音信号S(t)的相邻样值之间有125s的时间空隙，这是时分复用的关键。 如果信道仅用来传送一路话音，则有92%的时间是空闲着的。,使多个话路的抽样时间错开，也就是在不同时间分别对多个话路取样，而后把它们都送到一对线路上去传送，这就构成了多个话路在一对线路上传送的时分多路信号。在收信端，再设法按照接收的先后次序，将多个话路抽样序列分开，便能恢复各个话路的话音信号，从而完成通信。,4、PCM时分多路复用的实现（抽样脉冲错开）,图3-20时分多路复用通信原理示意图,K1:合路门 K2:分路门,K1和K2必须同步,同步含义: 一:保持双方旋转速度要完全相同。 K1和K2均以抽样频率Fi=8000次/s的速度周期性地、同步地旋转。 二. 保证旋转开关起止位置一致。 发端的旋转开关K1从接点1开始，按顺序、周期性地接入接点1，2N时，则K2也必须按发端相同的顺序从接点1开始，周期性地接入接点1，2N。,帧同步 : 在发送端每周期各种样值信号排队的开头，送出一个已知的比任何其他抽样脉冲的幅度都大的脉冲，称为起始标志信号（即帧同步码） 。 在收端通过一个识别装置（把帧同步码从码流中找出来），识别并取出标志信号，用来控制接收端的旋转开关K2（调整抽样开关时间和速度），以达到发送与接收双方的同步。,5、时隙和帧的概念： 时隙（路时隙）：合路的每个样值（PAM）信号所允许占的时间间隔（ C=T/n）T为抽样周期，n为话路数。 位时隙：1位码元的时间= C /N，N为编码长度。 帧：抽样时各路每轮一次的总时间（即开关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期称为1帧 （125s），即每秒8000帧。,总结(不必记)： TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙，而将若干个时隙组成时分复用帧，用帧中某一固定序号的时隙组成一个子信道。 每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复用帧所占的时间也是相同的（125s）。 对于TDM，时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包含的时隙数就越多，所容纳的用户数也就越多。,6、标准PCM时分复用系统 PCM编码有两种标准：A律和律，因此国际上对应有两种互不兼容的PCM时分复用系统： 一种是对应A律的PCM3032路时分复用系统 在抽样周期Ti=125s，即帧周期内，可以安排32路时分复用信号。 中国和欧洲各国使用。 一种是对应律的PCM24路时分复用系统 在一个抽样周期内，可安排24路时分复用信号。 北美和日本使用。 上述群路又称为基群和一次群。,3.4.2 PCM30/32路系统,1、帧结构及传输速率 PCM30/32系统,在1帧125s时间内，共分为32个路时隙 30个路时隙分别用来传送30路话音信号 一个路时隙用来传送帧同步码 一个路时隙用来传送 信令码。,帧周期：125s 帧长度：32 8256bit 路时隙: 125/32=3.9 s ，传送某路信号的一个抽样值对应的8位码。 位时隙: 每个码元占用时间 1/83.9s=0.488s 总传输码率: Vb =(328)/125=2.048Mbit/s或 Vb =8000(帧/s) 32(时隙/帧) 8(bit/时隙) =2.048Mb/s。 一般简记为2M，该速率也称PCM3032路基群传输速率。,说明： 为保证电话通信的顺利进行，PCM通信系统除了完成话音信号的编、译码及传输外，还必须在交换机和用户之间以及交换机和交换机之间，迅速、准确地完成占用、拨号、振铃、应答等信号的传递和交换。 PCM系统称上述信号为信令信号。,CCITT建议G.732规定的帧结构,图3-22 PCM-30/32l路群的帧结构,2、帧结构的安排 PCM3032路系统中，每帧共有32个路时隙，分别用：TS0，TS1，TS2TS31来表示。 30个话路时隙： TS1TS15分别传送第115路话音信号 TS17TS31 分别传送第1630路话音信号 帧同步时隙：TS0用于传送帧同步码,帧同步时隙TS0所属8位码的安排： 第1位：空闲，留作国际通信用。（=1） 后7位：传送“帧同步信号”和“失步警告”信息。 偶数帧：后7位为“0011011”，作为帧同步码，逢偶帧就发送一次“0011011”帧同步码。 奇数帧： TS0的第二位码固定为“1”码，使收信端识别为奇数帧。 第三位码：为“失步警告码”（同步，A1=0；失步，A1=1） 48位码：可传送其他信息，如无信息可传送则均为“1”。,信令与复帧同步时隙：TS16 每帧的TS16用来传信令信号。 TS16中有8位码，可分配给两个话路使用 第14位码传送一个话路的信令， 第58位码传送另一个话路的信令。 则30个话路则需15个TS16传送信令，即需要15个帧的来传送。分别记为F1，F2，F3F15； F1帧中的TS16：前4位a，b，c，d传第1个话路信令，后4位传第16个话路信令。 F2帧中的TS16：前4位a，b，c，d传第2个话路信令，后4位传第17个话路信令。,为保证收发两端各路信令码在时间上对准，也需要在第1帧信令码发送前发一个供识别用的标志码。为此在PCM3032路系统中又安排了一个帧，记为F0 。 复帧同步码:F0的TS16时隙传送的信令标志码。 F0的TS16：前4位为“0000”，作复帧同步定位码； 后4位为复帧失步对告码 16个帧F0，F1，F2，F3F15组成了一个复帧，每个复帧占用16*125s=2.0ms的时间。,PCM基群帧结构动画,3.4.3数字复接技术,为了扩大传输容量和提高传输效率，可以采用复用的方式。 为了进一步扩大系统容量，就需要把若干中低速数字信号合并成一个高速数字信号，再通过高速信道传输，传到对方再分离还原为各个中低速数字信号。数字复接就是实现这种数字信号合并与分离的。,数字复接概念 PCM复用和数字复接 PCM基群和高次群复接标准 PDH准同步数字复接系列和SDH同步数字复接系列,1、数字复接概念 数字复接定义：将低速数字信号（低次群）在确定的时间段内，按一定时间关系间插在一起，合成一个高速数字信号（高次群）的过程。 完成此功能的设备为数字复接器，相应地接收端还有数字分接器。 目的：进一步扩大系统容量。 未时分复用：64kbit/s 时分复用： 64kbit/s 32=2.048Mbit/s 数字复接：如二次群（四个基群）2.048 4 8Mbit/s,2、PCM复用和数字复接（形成高次群的方法） PCM复用： 直接将多路信号编码复用，即直接将多路模拟语音信号按125s的周期分别进行抽样，然后合在一起统一编码形成多路数字信号。（如PCM基群的形成。）,例如需要传送120路电话时，可将120路话音信号分别用8kHz抽样频率抽样，然后对每个抽样值编8位码，其数码率Vb : 8000(帧/s)120(时隙/帧)8(bits/时隙）=7680kbit/s。 由于每帧时间为125微秒，每个路时隙的时间只有1微秒左右。这样每个抽样值编8位码的时间只有1微秒时间，其编码速度非常高，对编码电路及元器件的速度和精度要求很高，实现起来非常困难。,数字复接： 将几个低次群在时间空隙上迭加合成高次群。 几个(例 如4个)经PCM复用后的数字信号(例如4个PCM30/32系统)再进行时分复用，形成更多路的数字通信系统。 显然，经过数字复用后的信号的数码率提高了，但是每一个基群编码速度没有提高，实现起来容易，目前广泛采用这种方法提高通信容量。 本质：与时分复用相同。 所不同的是，对于数字复接设备参与处理和处理后的信号都是数字信号，而时分复用设备没有此要求。,数字复接原理方框图,问题：,几个低次群数字信号复接成一个高次群数字信号时，如果各个低次群(例如PCM30 /32系统)的时钟是各自产生的，即使它们的标称数码率相同，都是2048kbit/s，但它们的瞬 时数码率也可能是不同的。 各个支路的晶体振荡器的振荡频率不可能完全相同(CCIT规 定PCM 30/32系统的瞬时数码率在2048kbit/s100bit/s)，几个低次群复接后的数码就会产生重 叠或错位。 这样复接合成后的数字信号流，在接收端是无法分接恢复成原来的低次群信号的。,结论： 由此可见，将几个低次群复接成高次 群时，必须采取适当的措施，以调整各低次群系统的数码率使其同步，同时使复接后的数码率符合高次群帧结构的要求。,数字复接的方法：实际也就是数字复接同步的方法，有同步复接和异步复接两种。 同步复接：是用一个高稳定的主时钟来控制被复接的几个低次群，使这几个低次群的数码率（简称码速）统一在主时钟的频率上（这样就使几个低次群系统达到同步的目的），可直接复接。 这种同步方法的缺点是主时钟一旦出现故障，相关的通信系统将全部中断。 只限于在局部区域内使用。,异步复接：是各低次群各自使用自己的时钟，由于各低次群的时钟频率不一定相等，使得各低次群的数码率不完全相同（这是不同步的），因而先要进行码速调整，使各低次群获得同步，再复接。 PDH大多采用异步复接准同步数字体系。,说明： 不论同步复接或异步复接，都需要码速变换。 虽然同步复接时各低次群的数码率完全一致 ，但复接后的码序列中还要加入帧同步码、告警码等码元，这样数码率就要增加，因此 需要码速变换。,正码速调整：码速调整后的速率高于调整前的速率，称正码速调整。 CCITT规定，PCM30/32系列数码率为2048kbit/s，二次群的数码率为8448kbit/s。 二次群的速率: 4*2.048Mb/s=8.192Mb/s。（） 4*2.048Mb/s+0.256 Mb/s=8.448 Mb/s。 4个PCM一次群在复接时插入了帧同步码、告警码、插入码和插入标志码等码元，使每个基群的数码率由2048kbit/s调整到2112kbit/s，这样42112kbit/s=8448kb it/s。,3、PCM基群和高次群复接标准 关于将PCM数字电话数字复接成各种“群路”的方式，CCITT（现TTU-T）建议了两种标准： 其一是我国和西欧各国主要采用的PCM-30/32路系列标准： 该系列将PCM30/32路群，作为基群（或一次群）， 四个基群组成一个二次群， 四个二次群组成一个三次群， 四个三次群组成一个四次群等等；,其二是日本和北美各国采用的24路系列标准，该系列标准规定： 由24个话路组成一个基群。 四个基群组成一个二次群， 五个或七个二次群组成一个三次群等等。,PCM数字电话的两种复接标准：,注意:表中不同群次的速率不成整数倍关系。,4、 PDH准同步数字复接系列和SDH同步数字复接系列 （1）PDH （Plesiochronous Digital Hierarchy）： PCM技术在复接成一次群时，采用同步复接，但在形成二、三、四群时采用异步复接方式。复接时，采用码速调整和比特间插的准同步方式，由基群逐次复接成的各级高次群称为准同步数字系列。,PDH的缺点： 主要为话音业务设计，不符合目前发展趋势 PDH主要实用于中低速点到点传输。 存在多种标准，就造成国际互通的困难 PDH有1.5Mbps和2Mbps两套标准，难以互通兼容 缺乏统一标准光接口 使国际电信网的建立及网络的管理、运营及维护（OAM）十分困难。 异步复用方式，必须逐级的分解和复接 PCM技术除在复接成一次群（如2048kbit/s 、1544kbit/s）采用同步复接，在形成二、三、四群时采用异步复接方式。,开销比特少，网管能力不强 网络的OAM主要靠人工的数字交叉连接和停业务检测，这种方式已经不能适应不断演变的电信网的要求。,从一个140Mbit/s信号中分出，插入一个2 Mbit/s信号所经历的过程。,SDH的概念,美国贝尔通信研究所，提出了“光同步网络”(SONET)的概念和相应的标准，并于1986年成为美国新数字体系的标准。 1988年，原CCITT(现ITU-T)接受了SONET)的概念加以完善并重新命名为同步数字体系SDH （Synchronous Digital Hierarchy）。 SDH是不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的体制。,SDH的优点： （1）采用统一标准速率等级，具有统一的网络结点接口 SDH以同步传输模块STM为基本传输单位： STM-N，其中N代表不同的传输模块，一般N=1，4，16，64，最低的等级也就是最基本的模块称为STM-1， STM-1：将63个基群复接，155.520Mb/s； STM-4：4个STM1同步复接，622.080 Mb/s； STM-16：4个STM4同步复接，2488.320 Mb/s； STM-64：4个STM16同步复接，9953.280 Mb/s；,（2）同步复用，直接分插 采用同步复用方式和灵活的复用映射结构，净负荷与网络是同步的。因此只要利用软件控制即可使高速信号一次分接出支路信号，即所谓一步复用特性。,（3）开销丰富，网管智能 SDH帧结构中安排了丰富的开销比特（约占信号的5%），因而使得OAM能力大大加强。 （4）标准光接口规范 有了标准的光接口信号，使光接口成为开放型的接口，可以在光路上实现横向兼容，各家产品都可以在光路上互通。 （5）具有兼容性 SDH与现有的PDH网络完全兼容，即可兼容PDH的各种速率，同时还可以方便的容纳各种新业务信号。便于PDH向SDH的过渡。,SDH的缺点：,（1）频带利用率不如传统的PDH系统。 PDH的139.264Mbit/s可以收容64个2.048Mbit/s系统，而SDH的155.520Mbit/s只能收容63个2.048Mbit/s系统； PDH的139.264Mbit/s可以收容4个34.368Mbit/s系统，而SDH的155.520Mbit/s只能收容3个34.368Mbit/s系统。,（2）采用指针调整技术增加了设备的复杂性。 以一个复用映射支路为例，容器和虚容器电路加上指针调整电路，以及POH和SOH的插入功能，大约需要67万个等效门电路。,（3）大规模地采用软件控制和将业务集中在少数几个高速链路和交叉连接点上，这些关键部位出现问题可能导致网络的重大故障，甚至全网瘫痪。,1 .画出数字通信系统的组成框图，并说明各部分作用？ 2 . 简述PCM 脉冲编码调制的三个步骤？ 3 . PCM 电话系统中，CCITT 建议的抽样频率是多少？这样规定的依据是什么？ 4 .非均匀量化的目的、思想、实现方法各是什么？ 5 .语音信号PCM通信系统中一次编码一般采用什么编码？ 6 .在PCM通信系统中，一路带宽为4kHz的模拟语音信号是如何变成64kbit/s的数字语音信号的？ 7 .广泛采用的两种压缩特性是什么？,复习题,11.设折线压缩特性如下表： 当量化级为128，最小量化间隔为 时，试求： （1）各个量化段的量化间隔i？ （2）段落码和段内码的位数个为多少？,8 .计算PCM3032路基群传输速率。 9 .消息代码为：100001011100001分别对其进行曼彻斯特编码， AMI编码，HDB3编码 ，CMI编码。 10. CCITT建议PCM30/32标准系列的基群、二次群、三次群和四次群的线路码型分别是什么。,12 .将PCM数字电话数字复接成各种“群路”的方式，CCITT（现TTU-T）建议了两种标准分别是什么？ 13 .什么是同步复接？什么是异步复接？ 14 . PCM技术在复接成一次群时，采用什么复接方式？但在形成二、三、四群时采用什么复接方式？,