程控交換課件(電子科大)復(fù)用與交換基本原理

1、第第2章章 復(fù)用與交換基本原理復(fù)用與交換基本原理2.1 PCM基本原理基本原理2.2 電路交換電路交換2.3 分組交換分組交換2.4 ATM交換交換2.1 PCM基本原理基本原理n時分復(fù)用時分復(fù)用n多路復(fù)用的概念多路復(fù)用的概念n時分復(fù)用原理時分復(fù)用原理n異步時分復(fù)用原理異步時分復(fù)用原理nPCM基本原理基本原理n32路路PCMnPCM的高次群的高次群多路復(fù)用的概念多路復(fù)用的概念n信號：信號：n模擬信號：是數(shù)值上連續(xù)變化的信號。例如話音信號，模擬信號：是數(shù)值上連續(xù)變化的信號。例如話音信號，圖象信號等。圖象信號等。n數(shù)字信號：是離散的信號數(shù)字信號：是離散的信號n多路復(fù)用多路復(fù)用n將多個信號源發(fā)出的信

2、號組合，并由一個信道傳輸，傳將多個信號源發(fā)出的信號組合，并由一個信道傳輸，傳輸中各信號之間彼此獨立輸中各信號之間彼此獨立n多路復(fù)用的基礎(chǔ)是分割原理，信號分割的依據(jù)是信號差多路復(fù)用的基礎(chǔ)是分割原理，信號分割的依據(jù)是信號差異異n復(fù)用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線路利用率復(fù)用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線路利用率n根據(jù)不同的參量，多路復(fù)用的類型有根據(jù)不同的參量，多路復(fù)用的類型有n頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM：各路信號頻率分開，時間重疊：各路信號頻率分開，時間重疊n時分復(fù)用時分復(fù)用TDM：各路信號時間分開，頻率重疊：各路信號時間分開，頻率重疊n碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM：各路信號時間、頻率重疊，特征碼不同：各路信號

3、時間、頻率重疊，特征碼不同時分復(fù)用原理（時分復(fù)用原理（1）傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì)第第1路路第第2路路第第n路路第第1路路第第2路路第第n路路發(fā)送發(fā)送接收接收時分復(fù)用時分復(fù)用TDM（通常指同步時分復(fù)用）（通常指同步時分復(fù)用）n把傳輸信道按時間分割成若干時隙，以傳送若干路信號。把傳輸信道按時間分割成若干時隙，以傳送若干路信號。n發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時隙發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時隙1時將第時將第1路信號路信號打入信道，時隙打入信道，時隙2是將第是將第2路信號打入信道，路信號打入信道， 依此類推依此類推n接收方，在發(fā)送方同步信號的作用下，在時隙接收方，在發(fā)送方同步信號的作用下，在時隙1時接收時接

4、收第第1路信號，時隙路信號，時隙2時接收第時接收第2路信號路信號.時分復(fù)用原理（時分復(fù)用原理（2）nTDM按幀結(jié)構(gòu)（固定時長，時隙個數(shù)固定）傳送按幀結(jié)構(gòu)（固定時長，時隙個數(shù)固定）傳送n每個用戶分配固定時隙（在幀結(jié)構(gòu)中占固定位置）每個用戶分配固定時隙（在幀結(jié)構(gòu)中占固定位置）n每個用戶只能在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)每個用戶只能在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)n當(dāng)某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送時，分配給該用戶的時隙只能處于當(dāng)某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送時，分配給該用戶的時隙只能處于空閑狀態(tài)，不能作為他用空閑狀態(tài)，不能作為他用n可能造成線路資源的浪費可能造成線路資源的浪費aabcdbca bb ccad用戶用戶ABCDtttt#1#2#3#

5、4四個時分復(fù)用幀四個時分復(fù)用幀時分復(fù)用時分復(fù)用t統(tǒng)計時分復(fù)用原理統(tǒng)計時分復(fù)用原理nSTDM：Statistic TDM，統(tǒng)計時分復(fù)用，又叫異步時分復(fù)用，統(tǒng)計時分復(fù)用，又叫異步時分復(fù)用n每個用戶不分配固定時隙，按需動態(tài)分配時隙每個用戶不分配固定時隙，按需動態(tài)分配時隙nSTDM按幀結(jié)構(gòu)進行傳送，且?guī)L度固定（不同系統(tǒng)幀長可按幀結(jié)構(gòu)進行傳送，且?guī)L度固定（不同系統(tǒng)幀長可能不同）能不同）n組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進行組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進行n一個用戶可以連續(xù)占用多個時隙一個用戶可以連續(xù)占用多個時隙n能顯著提高信道的利用率能顯著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用戶用戶ABCDtttt#1

6、#2#33個個STDM幀幀統(tǒng)計時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用tPCM基本原理（基本原理（1）PCM：Pulse Code Modulation 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制PCM是一種將模擬信號變換成數(shù)字信號的編碼方式是一種將模擬信號變換成數(shù)字信號的編碼方式PCM發(fā)送端包括：抽樣、量化和編碼發(fā)送端包括：抽樣、量化和編碼PCM 接收端包括：解碼、量化樣值解調(diào)接收端包括：解碼、量化樣值解調(diào)模擬模擬信源信源低通低通濾波器濾波器量化量化器器抽樣抽樣器器編碼編碼器器解碼解碼器器低通低通濾波器濾波器模擬模擬信宿信宿發(fā)送端發(fā)送端接收端接收端PCM基本原理（基本原理（2）抽樣量化123456789101112 131415

7、16編碼10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100 將時間離散、將時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信幅度連續(xù)的抽樣信號轉(zhuǎn)換成時間離散、號轉(zhuǎn)換成時間離散、幅度離散的數(shù)字信幅度離散的數(shù)字信號。號。 將時間連續(xù)的模擬將時間連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成時間離散、信號轉(zhuǎn)換成時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號。幅度連續(xù)的抽樣信號。 帶限信號連續(xù)抽樣，帶限信號連續(xù)抽樣，要求抽樣頻率不小于所要求抽樣頻率不小于所傳信號的最高頻率的傳信號的最高頻率的2倍。倍。量化后的信號通量化后的信號通過編碼器變成一過編碼器變成一組碼元組碼元32路路P

8、CM幾個基本概念：幾個基本概念：n時隙：每路話路抽樣所花的時間。時隙：每路話路抽樣所花的時間。n幀：每幀：每32個時隙組成一個幀。個時隙組成一個幀。n復(fù)幀：復(fù)幀：16個幀合成一個復(fù)幀。個幀合成一個復(fù)幀。32路路PCM的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu)F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10 F11F14 F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS311 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 1 0

9、/1 1 11 2 3 4 5 6 7 81 1 0/1 1 1 1 1 1a b c d a b c d 1復(fù)幀復(fù)幀=16幀幀 1幀幀=32時隙時隙同步時隙同步時隙標(biāo)志信號時隙標(biāo)志信號時隙話路時隙話路時隙F0F1F2F15a b c d a b c da b c d a b c d幀定位碼組幀定位碼組偶幀偶幀奇幀奇幀區(qū)別偶幀區(qū)別偶幀幀對告碼幀對告碼保留保留復(fù)幀復(fù)幀定位碼組定位碼組復(fù)幀復(fù)幀對告碼和備用對告碼和備用1路路16路路2路路17路路15路路30路路局間線路信令局間線路信令幀結(jié)構(gòu)描述幀結(jié)構(gòu)描述n幀重復(fù)頻率抽樣頻率幀重復(fù)頻率抽樣頻率8kHzn抽樣周期抽樣周期125usn時隙數(shù)時隙數(shù)32，時

10、隙編號，時隙編號TS0TS31n每路時隙每路時隙3.91usn每路時隙傳送每路時隙傳送8位碼組，位時間位碼組，位時間488nsn每幀傳送位數(shù)每幀傳送位數(shù)328=256n每路數(shù)碼率每路數(shù)碼率8bit/125us64kbit/sn總碼率總碼率256bit/125us2048kbit/s幀結(jié)構(gòu)描述幀結(jié)構(gòu)描述n各時隙內(nèi)容各時隙內(nèi)容nTS1TS15：話路時隙，傳送：話路時隙，傳送115路話音信號編碼路話音信號編碼nTS17TS31：話路時隙，傳送：話路時隙，傳送1630路話音信號編碼路話音信號編碼nTS0：幀同步時隙，傳送同步碼組：幀同步時隙，傳送同步碼組nTS16：信令時隙，傳送：信令時隙，傳送30路

11、話路的信令碼和復(fù)幀碼路話路的信令碼和復(fù)幀碼n信令時隙信令時隙TS16n傳送信令信號（如摘機、掛機、振鈴等）傳送信令信號（如摘機、掛機、振鈴等）n一幀中只傳送一幀中只傳送8位碼組，每路占位碼組，每路占4位，每幀只能傳位，每幀只能傳2路路n提高信道利用率，一個基群有提高信道利用率，一個基群有30個話路，一個信令信號控個話路，一個信令信號控制制2個話路，故引入復(fù)幀概念個話路，故引入復(fù)幀概念n信令信號必須按復(fù)幀傳送（信令信號必須按復(fù)幀傳送（16幀組成一個復(fù)幀）幀組成一個復(fù)幀）n信令信令4位碼組含義位碼組含義a、b、c、d，目前只用了前，目前只用了前3位位復(fù)幀結(jié)構(gòu)描述復(fù)幀結(jié)構(gòu)描述n由由16幀組成一個復(fù)幀

12、幀組成一個復(fù)幀n復(fù)幀頻率復(fù)幀頻率8000Hz/16500Hz，周期，周期2msn各幀信令各幀信令nF0的的TS16n前前4位為復(fù)幀同步碼位為復(fù)幀同步碼0000n第第6位復(fù)幀失步告警碼，同步為位復(fù)幀失步告警碼，同步為0，失步為，失步為1n其他位保留，暫定位其他位保留，暫定位1nF1F15的的TS16n前前4位依次傳送位依次傳送115路話路信令路話路信令n后后4位依次傳送位依次傳送1630路的話路信令路的話路信令32 PCM幀的傳輸與處理幀的傳輸與處理n逐幀傳輸逐幀傳輸n按復(fù)幀處理按復(fù)幀處理n因為每幀只能傳送因為每幀只能傳送2個話路的信令個話路的信令n30路話路的信令在一個復(fù)幀內(nèi)才能包含完路話路的

13、信令在一個復(fù)幀內(nèi)才能包含完P(guān)CM高次群高次群北美北美 日本日本歐洲歐洲 中國中國數(shù)碼率數(shù)碼率Mbps話路數(shù)話路數(shù) 數(shù)碼率數(shù)碼率Mbps話路數(shù)話路數(shù)基群基群1.544242.04830二次群二次群6.312968.448120三次群三次群32.06448034.368480四次群四次群139.2641920五次群五次群5657680制式制式群路群路PCM高次群高次群n高次群是由低次群通過數(shù)字復(fù)用設(shè)備匯接而成高次群是由低次群通過數(shù)字復(fù)用設(shè)備匯接而成 基群基群（一次群）（一次群）二次群二次群一次群復(fù)用設(shè)備一次群復(fù)用設(shè)備2048kbit/s8448kbit/s2048kbit/s2048kbit/s2

14、048kbit/s一次群復(fù)用設(shè)備一次群復(fù)用設(shè)備8448kbit/s8448kbit/s8448kbit/s34.368Mbit/s三次群三次群2.2 電路交換電路交換n電路交換的概念電路交換的概念n電路交換的特點電路交換的特點n電路交換示意圖電路交換示意圖n電路交換的工作過程電路交換的工作過程電路交換的概念電路交換的概念 電路交換方式是指用戶在相互通信時使電路交換方式是指用戶在相互通信時使用一條實際的物理鏈路（用一條實際的物理鏈路（一對實線、時隙或一對實線、時隙或頻段頻段），在通信過程中自始至終使用該條鏈），在通信過程中自始至終使用該條鏈路進行信息傳輸，并且不允許其它用戶同時路進行信息傳輸，并

15、且不允許其它用戶同時共享該鏈路，通信結(jié)束后拆除這條物理鏈路共享該鏈路，通信結(jié)束后拆除這條物理鏈路的通信方式。的通信方式。 n一定是面向連接的，且是實連接一定是面向連接的，且是實連接n必須有必須有建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接建立連接、數(shù)據(jù)傳輸、釋放連接三個過程三個過程n連接后占用的是實際物理鏈路連接后占用的是實際物理鏈路n所有信息傳輸沿著同一路徑（建立連接的路徑）所有信息傳輸沿著同一路徑（建立連接的路徑）n信道獨占信道獨占n在釋放連接以前在釋放連接以前n兩個用戶一直占用端到端的固定帶寬兩個用戶一直占用端到端的固定帶寬n即使這兩個用戶并沒有通信，別的用戶也不能占用即使這兩個用戶并沒有通信，別的用戶

16、也不能占用n優(yōu)點：傳輸可靠、實時，不亂序優(yōu)點：傳輸可靠、實時，不亂序n缺點：信道利用率低缺點：信道利用率低n使用場合：特別適合實時業(yè)務(wù)，不適合突發(fā)性強的使用場合：特別適合實時業(yè)務(wù)，不適合突發(fā)性強的數(shù)據(jù)傳輸和頻繁更換通信對象的場合。數(shù)據(jù)傳輸和頻繁更換通信對象的場合。電路交換的特點電路交換的特點呼叫請求呼叫請求呼叫接受呼叫接受報文報文確認確認BACD建立連接建立連接數(shù)據(jù)傳輸數(shù)據(jù)傳輸釋放連接釋放連接電路交換的工作過程電路交換的工作過程n分組交換概念分組交換概念n分組交換的形式分組交換的形式n虛電路虛電路n數(shù)據(jù)報數(shù)據(jù)報 2.3 分組交換分組交換n分組交換（分組交換（Packet Switching)

17、分組交換是利用分組交換是利用存儲存儲轉(zhuǎn)發(fā)轉(zhuǎn)發(fā)的方式進行交的方式進行交換的。分組交換機先將收到的報文接收、存儲換的。分組交換機先將收到的報文接收、存儲 ，然后將報文劃分為分組，并以分組為單位進行然后將報文劃分為分組，并以分組為單位進行傳輸和交換。傳輸和交換。n分組交換的形式分組交換的形式n虛電路交換虛電路交換n數(shù)據(jù)報交換數(shù)據(jù)報交換分組交換概念分組交換概念 分組交換分組交換虛電路方式虛電路方式n面向連接的方式，但為虛連接（邏輯連接）面向連接的方式，但為虛連接（邏輯連接）n信道不獨占，采用統(tǒng)計復(fù)用方式，實現(xiàn)信道共享信道不獨占，采用統(tǒng)計復(fù)用方式，實現(xiàn)信道共享n所有分組通信路徑相同，故通信有序所有分組通

18、信路徑相同，故通信有序n一個用戶可與多個用戶建立虛連接一個用戶可與多個用戶建立虛連接n虛電路分為兩種：虛電路分為兩種：n永久性虛電路永久性虛電路PVCn事先已建立連接，可直接進行通信，通信后不需拆事先已建立連接，可直接進行通信，通信后不需拆鏈鏈n交換性虛電路交換性虛電路SVCn通信前建立連接，通信后拆除連接通信前建立連接，通信后拆除連接虛電路方式虛電路方式4527316通信網(wǎng)絡(luò)主機2主機1主機主機1與主機與主機2之間的通信之間的通信 主機3主機4主機主機3與主機與主機4之之間的通信也類似間的通信也類似n 通信前建立連接通信前建立連接n 所有主機所有主機1到主機到主機2的的分組都按同的的分組都按

19、同一虛電路（路徑）到達主機一虛電路（路徑）到達主機2n 通信結(jié)束后拆除連接（通信結(jié)束后拆除連接（PVC除外）除外） 分組交換分組交換數(shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式n面向無連接方式面向無連接方式n通信前無需建鏈，通信后也無需拆鏈通信前無需建鏈，通信后也無需拆鏈n每個分組單獨選路，造成：每個分組單獨選路，造成：n不同的分組可能傳輸路徑不同不同的分組可能傳輸路徑不同n到達同一目的地的數(shù)據(jù)可能亂序到達同一目的地的數(shù)據(jù)可能亂序n分組必須攜帶源、目地址分組必須攜帶源、目地址n不能保證時延和時延抖動，是一種不能保證時延和時延抖動，是一種“盡力傳盡力傳送送”方式方式n特別適合突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，不適合實時業(yè)務(wù)特別適合突發(fā)的

20、數(shù)據(jù)傳輸，不適合實時業(yè)務(wù)的傳輸?shù)膫鬏敂?shù)據(jù)報方式數(shù)據(jù)報方式4527316通信網(wǎng)絡(luò)主機1主機2n主機到主機主機到主機2的分組沿不同路徑到達主機的分組沿不同路徑到達主機2n出現(xiàn)亂序（先發(fā)后到）出現(xiàn)亂序（先發(fā)后到）1211122212.4 ATM交換交換ATM（asynchronous transfer modeswitching） 異步轉(zhuǎn)移模式異步轉(zhuǎn)移模式n基本特征：基本特征：n傳輸、復(fù)用和交換都是以信元為基本單位進行的傳輸、復(fù)用和交換都是以信元為基本單位進行的n信元長度固定：信元長度固定：53字節(jié)（字節(jié)（5字節(jié)頭部字節(jié)頭部48字節(jié)載荷）字節(jié)載荷）n異步是指屬于同一用戶的信元不一定按固定的時間間隔周異步是指屬于同一用戶的信元不一定按固定的時間間隔周期性地出現(xiàn)期性地出現(xiàn)n采用虛連接方式，異步時分復(fù)用采用虛連接方式，異步時分復(fù)用n按時隙交換，每時隙交換一個信元按時隙交換，每時隙交換一個信元n用戶信元傳輸不按固定時隙（無周期性