第4讲调制解调器概要

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,电力系统通信与网络技术,第四讲,调制解调器,2.4,调制解调器,2.4.1,调制解调器的作用,2.4.2,调制解调器的分类,2.4.3,调制解调器的标准,2.4.4,宽带调制解调器,2.4.1,调制解调器的作用,调制解调器：,MODEM-Modulator and Demodulator,目前大部分通信信道仍是模拟通道。为了充分利用现有模拟通信网进行数据通信，必须在数据终端与信道之间插入数字利用,MODEM,在数据发送端将数字信号转换成便于通道传送的模拟信号，而在接收端再将模拟信号转换为数字信号。,2.4.2,调制解调器的分类,按,工作速率,：低速,Modem(9600bit/s),。,按,调制方式,：频移键控,FSK,，相移键控,PSK,，振幅键控,ASK,几类。在电力系统数据通信中，多采用,FSK,方式。,按,结构分,：机箱式、独立式和插卡式。,按其,应用场合,：有适合四线电路或二线电路的；有使用在全双工或半双工方式的；有使用在全音频通道的,(3003400Hz),，也有使用在上音频频段的,(27003400Hz),，有适用专线的；也有适合交换机的。,按,信号传输方式,：同步传输方式和异步传输方式。,Modem,按传输速率的分类表,名称,低速,中速,高速,传输速率,9600bit/s,调制方式,FSK,PSK,4PSK,，,PCM,等,2.4.3,调制解调器的标准,一、标准与建议,由于调制解调器涉及到通信双方，为使通信能够正确进行,必须对通信过程中所涉及的各种参数、协议、工作方式等作统一的规定。,ITU-T,制定有关调制解调器的标准和建议，称为,V,系列建议。北美地区则使用,BELL,标准。,目前高速,Modem,的标准协议,（一）三种调制协议,ITU-T,建议的高速,Modem,的调制协议有如下几种：,V.32,协议,是,9600bit/s,高速,Modem,的标准调制协议。它采用,QMA,调制，使其传输速率达到,9600bit/s,。,V.32bis,协议是,14400bit/s,高速,Modem,的标准调制协议。是,V.32,协议的增强版本，采用,TCM,调制方式使传输速率达到,14400bit/s,，与是,V.32,兼容。,V.34,协议,采用四维,TCM,编码调制方式等和,V8,协商握手等先进手段先进技术，使其传输速率达到,28.8k bit/s,。,此外，,ITU-T,还制定了一个,56 k bit/s,的数据传输标准,V.90, V.90,使得调制解调器能够在标准公用电话交换网（,PSTN,）上以,56 k bit/s,的速率接收数据。,目前高速,Modem,的标准协议（续）,（二）差错控制协议,差错控制协议是为了保证传输正确而提供的协议，主要有两个工业标准,MNP,和,V.42,。,V.42,是差错控制协议。,MNP,包括,MNP2,，,MNP4,，均为差错控制协议。,（三）数据压缩协议,数据压缩协议是高速,Modem,的关键技术，数据压缩有两个工业标准：,V.42bis,和,MNP5,。,（四）通信软件,对于智能型,Modem,提供很多高级功能，但要靠通信软件完成,2.5,多路复用技术,2.5.1,多路复用的概念,2.5.2,频分多路复用,2.5.3,时分多路复用,2.5.4,波分多路复用,2.5.1,多路复用的概念,多路复用技术,：,为了充分利用信道的传输能力，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰的技术。,复用技术分类：,频分多路复用,：常用于模拟通信，如载波通信,时分多路复用,：常用于数字通信，如,PCM,通信。,2.5.2,频分多路复用（,FDM,）,频分多路复用,（,FDMFrequency Division Multiplex,）,通过对多路调制信号进行不同载频的调制，使得多路信号的频谱在同一个传输信道的频率特性中互不重叠，从而完成在一个信道中同时传输多路信号的目的。,基本原理是,频率搬移,。,频分复用系统示意图,为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率,1,2,n,，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔。,2.5.3,时分多路复用（,TDM,）,时分多路复用,（,TDM Time Division Multiplexing,）,各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。,时隙,：每个信号占一个指定的固定长度的时间间隙。,抽样,是将时间上连续变化的模拟信号变化成离散的数字信号，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号沿同一信道传输提供了条件。,TDM,就是将时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，已达到互相分开，互不干扰的目的。,时分复用示意图,时分复用的特点,时分复用的特点,各路信号在,频谱上是互相重叠,的，但在传输时彼此独立，任一时刻，信道上只有一路信号在传输。,注意两个问题：,一是传输时间间隔必须,满足抽样定理,，即各路样值信号分别传输一次的时间,T,125,s,，但每一路信号传输时所占用的时间（时隙）没有限制，显然，一路信号占用的时间越少，则可复用的信号路数就越多。,二是收信端和发信端的转换开关必须,同步动作,，否则信号传输就会发生混乱。,TDM,的同步技术,位同步,帧同步,位同步（时钟同步）,位同步是,最基本,的同步，是实现帧同步的前提。,位同步的基本含义是收发两端的,时钟频率,必须,同频同相,。这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。,为了达到收发两端频率同频同相，在设计传输码型时，一般要考虑,传输码型中应含有发送端的时钟频率,成分。这样，接收端从接收到的,PCM,码中提取出发端时钟频率来控制收端时钟，就可做到位同步。,帧同步,帧,是传输一段具有固定数据格式数据所占用的时间。,第一，,“,帧,”,是,一段时间,，每一帧中的数据格式是一样的；,第二，,“,帧,”,是一种,数据格式,，一般来说同一种应用每一帧的时间长度和数据格式是一样的，但每一帧的数据内容可以不同。,帧同步,是为了保证收发各对应的,话路在时间上保持一致,，使接收端能正确接收发送端送来的每一路话音信号，必须是在位同步的前提下实现。,为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧（或几帧）中的固定位置插入具有,特定码型的帧同步码,。这样，只要接收端能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的首尾，从而能正确区分出发端送来的各路信号。,时分复用的过程,C,1,、,C,2,、,C,3,为三路模拟语音信号，固定时隙长度为,T=125,s,，,对采样获得的离散值用三位二进制线性编码，,T,时间内必须依次发送完三次抽样获得的编码值，这称为一帧。,数据传输速率为,72kbit/s (8kHz,3,时隙,/,帧,3,比特,/,时隙,),实际使用时在帧前还要插入起始标志，以便接收时用该标志同步，识别一帧的起始。,T1,载波,TDM,有两个国际标准，分别是,T,标准和,E,标准,。,T,标准在北美和日本采用，,E,标准在欧洲和我国采用。,T1,载波,是,T,标准的基群，由,24,路,8kHz,抽样的信号复用而成为帧结构。,每路抽样信息占,8,位,，每帧包括,24,8+1,位,。其中第,193,位是成帧位，用于,帧同步,。,对于话音传输，每个抽样值用,7,位比特编码，另一位用作标志或控制信息位。,数据率,应为,8000,193=1.544Mbps,，,每一路的数据率为,8000,8=64kbps,，净数据率为,8000,7=56kbps,。,T1,载波帧结构,C1 C2,C23 C24,帧,125,s(193bits),7,位数据,1,位控制信号,帧同步编码,E1,载波,E1,载波是,E,标准的基群，又称,PCM30/32,路系统。,E1,载波由,32,路组成，其中,30,路用来传输用户话音信号，,2,路用作信令。,E1,载波帧结构,每路话音信号抽样速率为,f,s,=8000Hz,，故对应的每帧（子帧）时间间隔为,125 s,。,一帧共有,32,个时间间隔,，称为时隙。各个时隙从,0,到,31,按顺序编号，分别记作,TS0,，,TS1,，,TS2,，,，,TS31,。,TS1,至,TS15,和,TS17,至,TS31,这,30,个路时隙用来传送,30,路电话信号的,8,位编码码组，,TS0,分配给帧同步，,TS16,专用于传送话路信令。,每个路时隙包含,8,位码，一帧共包含,256,个比特。,E1,载波,信息传输速率,：,f,b,=8000,(30+2)8,=2.048Mb/s,其中，每比特时间宽度为,b,=1/,f,b,0.448,s,，每路时隙时间宽度为,l,=8b3.91,s,。,E1,载波复帧结构,将,16,个子帧,构成一个复帧：每个子帧开始处,TS0,用作同步，,TS16,用作信令，由于,TS16,的,8,位只能传送,2,个话路的信令，因此，以偶数帧的,TS0,作同步码，奇数帧的,TS0,作同步对告，以第一个子帧的,TS16,作复帧同步及对告，以随后的,15,个子帧的,TS16,依次传送,30,路的信令。,偶帧（,F0,、,F2,、,F4,等）的,TS0,时隙用于帧同步，第一位用于国际通信，第二位为,0,表示偶数帧，第,3,到第,8,位为,011011,，是子帧的帧同步码。奇帧的,TS0,时隙是当帧失步时向对端告警用的，第一位用于国际通信，第二位为,1,表示奇数帧，第,3,位码为帧失步时向对端发送的告警码（对告码），帧同步时该位为,0,，帧失步时为,1,，以便告诉对端，收端已出现帧失步，无法工作。,4,8,位用于业务联络，也可不用。,F0,的,TS16,用于复帧同步和失步告警，前,4,位,0000,用于同步，第,6,位为,0,，表示复帧同步；为,1,表示复帧失步。第,5,、,7,、,8,为可传信令，也可不用。,F1,F15,的,TS16,分别为相应路的信令码（如振铃信号等），由于信令信号频率很低，所以对于每路话路的信令码，只要每隔,16,帧（,1,复帧）轮流传送一次就够了。这样,15,帧（,F1,F15,）的,TS16,时隙可以轮流传送,30,个话路的信令码。,E1,载波的帧结构图,例题,PCM30/32,路系统中第,23,话路信令码的传输时隙位置是,( ) A.F7,帧,TS16,的前,4,位码,B.F7,帧,TS16,的后,4,位码,C.F8,帧,TS16,的前,4,位码,D.F8,帧,TS16,的后,4,位码,B,多级复用,多级复用：,将多个基群信号再按时分的方法多次汇接起来，以便形成更高速率的数据流的复接方法,通常有,3,种复接方法：,按位复接,（,PDHPlesiochronous Digital Hierarchy,）,按路复接,（,SDHSynchronous Digital Hierarchy,）,按帧复接,准同步数字体系（,PDH,）复接,基群,二次群,三次群,四次群,北美,T1: 24,路,1.544Mb/s,T2: T1,4=96,路,6.312Mb/s,T3: T2,7=672,路,44.736Mb/s,T4: T3,6=4032,路,274.176Mb/s,日本,T1: 24,路,1.544Mb/s,T2: T1,4=96,路,6.312Mb/s,T3: T2,5=480,路,32.064Mb/s,T4: T3,3=1440,路,97.728Mb/s,欧洲,中国,E1: 30,路,2.048Mb/s,E2: E1,4=120,路,8.448Mb/s,E3: E2,4=480,路,34.368Mb/s,E4: E3,4=1920,路,139.264Mb/s,速率并非简单的成倍数关系，因为在复接时还要加入了一些比特，用作帧同步控制等。,作业,思考题,19,、,20,