基本交換方式和原理

基本交換方式和原理1第一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2.1PCM基本原理時分復用多路復用的概念時分復用原理異步時分復用原理PCM基本原理32路PCMPCM的高次群2第二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五多路復用的概念信號：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。數(shù)字信號：是離散的信號多路復用將多個信號源發(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多路復用的基礎是分割原理，信號分割的依據(jù)是信號差異復用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線路利用率根據(jù)不同的參量，多路復用的類型有頻分復用FDM:各路信號頻率分開，時間重疊時分復用TDM:各路信號時間分開，頻率重疊碼分復用CDM:各路信號時間、頻率重疊，特征碼不同3第三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五時分復用原理（1）傳輸介質(zhì)第1路第2路第n路第1路第2路第n路發(fā)送接收時分復用TDM（通常指同步時分復用）把傳輸信道按時間分割成若干時隙，以傳送若干路信號。發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時隙1時將第1路信號打入信道，時隙2是將第2路信號打入信道，依此類推接收方，在發(fā)送方同步信號的作用下，在時隙1時接收第1路信號，時隙2時接收第2路信號……….4第四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五時分復用原理（2）TDM按幀結構（固定時長，時隙個數(shù)固定）傳送每個用戶分配固定時隙（在幀結構中占固定位置）每個用戶只能在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)當某用戶無數(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)，不能作為他用可能造成線路資源的浪費aabcdbcabbccad用戶ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四個時分復用幀時分復用t5第五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五統(tǒng)計時分復用原理STDM：StatisticTDM，統(tǒng)計時分復用，又叫異步時分復用每個用戶不分配固定時隙，按需動態(tài)分配時隙STDM按幀結構進行傳送，且?guī)L度固定（不同系統(tǒng)幀長可能不同）組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進行一個用戶可以連續(xù)占用多個時隙能顯著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用戶ABCDtttt①②③④#1#2#33個STDM幀統(tǒng)計時分復用t6第六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五PCM基本原理（1）1937年,法國工程師(AlecReeres)最早提出1946貝爾實驗室實現(xiàn)第一臺PCM數(shù)字電話終端機1962年晶體管PCM終端機大量用于市話網(wǎng)中局間中繼線,市話電纜傳輸電話數(shù)擴大24-30倍70年代后期,超大規(guī)模集成電路的PCM編,解碼器出現(xiàn)使PCM在光纖通信,數(shù)字微波通信,衛(wèi)星通信中獲得廣泛應用PCM已成為數(shù)字通信中一個十分基本的問題7第七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五PCM基本原理（1）PCM：PulseCodeModulation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PCM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)模擬信源低通濾波器量化器抽樣器編碼器解碼器低通濾波器模擬信宿發(fā)送端接收端8第八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五PCM基本原理（2）抽樣量化12345678910111213141516編碼10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100將時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號轉換成時間離散、幅度離散的數(shù)字信號。

將時間連續(xù)的模擬信號轉換成時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號。帶限信號連續(xù)抽樣，要求抽樣頻率不小于所傳信號的最高頻率的2倍。量化后的信號通過編碼器變成一組碼元9第九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五量化級：對應一個幅度等級

如：將0~8V范圍的模擬量分為8級，每級1V。即0~1V為0級，1~2V為第1級…用這8級的量去量化輸入信號。均勻分級量化方法:舍去型、補足型、四舍五入型量化前的值/V量化后輸出值/V舍去型補足型四舍五入型6.6V6.1V0.1V660771760均勻分級量化10第十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五量化誤差：量化前、后信號幅度之間的差別

量化誤差產(chǎn)生的后果：量化噪聲

均勻量化：絕對誤差相等、量化噪聲均勻，小信號的信噪比小。

信噪比：衡量通信質(zhì)量的重要指標，一般要求大于26DB。解決方法：減少小信號時的量化噪聲將量化級分細，減少量化誤差從而減少量化噪聲。量化級數(shù)多，要求有更多位編碼及更高的碼速，要求更高的編碼器。信噪比=10㏒

信號/噪聲（單位：DB）11第十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五采用不均勻量化，（壓擴法）-小信號的量化級分細些，大信號量化級分粗些。使在保持原來的量化級數(shù)下將信噪比做得高于26DB。兩種壓擴律：

u律和A律A律：通用于歐洲，為30/32路PCM采用，E1線路

2.048Mb/s

u律：通用于北美和日本，為24路PCM采用，T1線路

1.544Mb/s我國采用A律12第十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五13第十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五14第十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五PCM的實際應用示意圖ICABDBCBPCMUHW2Mb/s32TSPCMDHW2Mb/s32TS15第十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五目的：為了更好地在信道上傳輸基本要求：直流分量為零頻帶寬度小沒有較長的零電平信號序列可提供差錯檢測能力幾種常用碼型單極性不歸零碼（NRZ）單極性歸零碼（RZ）雙極性歸零碼（AMI）三階高密度雙極性碼（HDB3）信號傳輸碼型16第十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五11000111編碼規(guī)則：正電壓：“1”零電壓：“0”占空比：100%單極性歸零碼編碼規(guī)則：正電壓：“1”零電壓：“0”占空比：50%11000111單極性不歸零碼特點：適合短距離傳輸存在直流分量和豐富的高頻分量，占用頻帶寬多個連0可能引起失步17第十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五雙極性歸零碼（AMI-AlternateMarkInversion交替極性倒置）編碼規(guī)則：正、負電壓：“1”零電壓：“0”占空比：50%11000111特點：基本不存在直流分量，高頻分量少多個連0可能引起失步18第十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）碼編碼規(guī)則：正、負電壓表示“

1”,且交替出現(xiàn)零電壓表示“

0”占空比：50%當連零個數(shù)超過4時，作如下操作：依次將4個連0編為一組，每組最后一個0用1取代，用V+或V-表示，與前一個1（B+或B-）同極性。V稱作破壞點。保證兩個破壞點之間有奇數(shù)個1。若為偶數(shù)個1，則在前一個破壞點后面的連續(xù)0組中的第一個0改為B+或B-，其極性和前一個破壞點相反。（保證B的極性交替）后面的極性依次按上述原則改變。19第十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五010000100000000HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）碼110000010001000010000000011000001000100001000000001100000100B+B-B+B-B+B+B-B+B-B+V+V-V-0100001000000001100000100B+B-B+B-B+V+V-V+B+B-V-0100001000000001100000100B+B-B+B-B+V-V+V-B-B-B+V+單極性碼AMI碼HDB3碼HDB3碼HDB3碼V-V+V-20第二十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五HDB3的替換規(guī)則正在處理的脈沖的極性(即前一個B)自上次替換后雙極性脈沖（比特1）的數(shù)目（即V之間的1的數(shù)目）奇數(shù)偶數(shù)000-000++00+-00--+21第二十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五時隙和幀時隙：每路話路抽樣所花的時間。幀：每32個時隙組成一個幀。復幀：16個幀合成一個復幀。數(shù)字信號傳輸速率調(diào)制速率（波特率）=Baud數(shù)據(jù)速率=*log2nbps信元數(shù)單位時間信元數(shù)單位時間幾個基本概念22第二十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五01101111000100111二電平調(diào)制四電平調(diào)制23第二十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五32路PCM幾個基本概念：時隙：每路話路抽樣所花的時間。幀：每32個時隙組成一個幀。復幀：16個幀合成一個復幀。24第二十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五32路PCM的幀結構F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS3110011011000010/11112345678110/111111abcdabcd

1復幀=16幀

1幀=32時隙同步時隙標志信號時隙話路時隙F0F1F2F15abcdabcdabcdabcd幀定位碼組偶幀奇幀區(qū)別偶幀幀對告碼保留復幀定位碼組復幀對告碼和備用1路16路2路17路15路30路局間線路信令25第二十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五幀結構描述幀重復頻率＝抽樣頻率＝8kHz抽樣周期＝125us時隙數(shù)＝32，時隙編號TS0－TS31每路時隙＝3.91us每路時隙傳送8位碼組，位時間＝488ns每幀傳送位數(shù)＝32×8=256每路數(shù)碼率＝8bit/125us＝64kbit/s總碼率＝256bit/125us＝2048kbit/s26第二十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五幀結構描述各時隙內(nèi)容TS1－TS15：話路時隙，傳送1－15路話音信號編碼TS17－TS31：話路時隙，傳送16－30路話音信號編碼TS0：幀同步時隙，傳送同步碼組TS16：信令時隙，傳送30路話路的信令碼和復幀碼信令時隙TS16傳送信令信號（如摘機、掛機、振鈴等）一幀中只傳送8位碼組，每路占4位，每幀只能傳2路提高信道利用率，一個基群有30個話路，一個信令信號控制2個話路，故引入復幀概念信令信號必須按復幀傳送（16幀組成一個復幀）信令4位碼組含義a、b、c、d，目前只用了前3位27第二十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五復幀結構描述由16幀組成一個復幀復幀頻率＝8000Hz/16＝500Hz，周期＝2ms各幀信令F0的TS16前4位為復幀同步碼0000第6位復幀失步告警碼，同步為0，失步為1其他位保留，暫定位1F1－F15的TS16前4位依次傳送1－15路話路信令后4位依次傳送16－30路的話路信令28第二十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五32PCM幀的傳輸與處理逐幀傳輸按復幀處理因為每幀只能傳送2個話路的信令30路話路的信令在一個復幀內(nèi)才能包含完29第二十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五PCM高次群北美日本歐洲中國數(shù)碼率Mbps話路數(shù)數(shù)碼率Mbps話路數(shù)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30第三十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五PCM高次群高次群是由低次群通過數(shù)字復用設備匯接而成基群（一次群）二次群一次群復用設備2048kbit/s8448kbit/s2048kbit/s2048kbit/s2048kbit/s一次群復用設備8448kbit/s8448kbit/s8448kbit/s34.368Mbit/s三次群31第三十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2.2電路交換電路交換的概念電路交換的特點電路交換示意圖電路交換的工作過程32第三十二頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五電路交換的概念

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（一對實線、時隙或頻段），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共享該鏈路，通信結束后拆除這條物理鏈路的通信方式。

33第三十三頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五一定是面向連接的，且是實連接必須有建立連接－－數(shù)據(jù)傳輸－－釋放連接三個過程連接后占用的是實際物理鏈路所有信息傳輸沿著同一路徑（建立連接的路徑）信道獨占在釋放連接以前兩個用戶一直占用端到端的固定帶寬即使這兩個用戶并沒有通信，別的用戶也不能占用優(yōu)點：傳輸可靠、實時，不亂序缺點：信道利用率低使用場合：特別適合實時業(yè)務，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。電路交換的特點34第三十四頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五呼叫請求呼叫接受報文確認BACD建立連接數(shù)據(jù)傳輸釋放連接電路交換的工作過程35第三十五頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五分組交換概念分組交換的形式虛電路數(shù)據(jù)報

2.3分組交換36第三十六頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五分組交換（PacketSwitching)

分組交換是利用存儲――轉發(fā)的方式進行交換的。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傳輸和交換。分組交換的形式虛電路交換數(shù)據(jù)報交換分組交換概念37第三十七頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五

分組交換——虛電路方式面向連接的方式，但為虛連接（邏輯連接）信道不獨占，采用統(tǒng)計復用方式，實現(xiàn)信道共享所有分組通信路徑相同，故通信有序一個用戶可與多個用戶建立虛連接虛電路分為兩種：永久性虛電路PVC事先已建立連接，可直接進行通信，通信后不需拆鏈交換性虛電路SVC通信前建立連接，通信后拆除連接38第三十八頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五虛電路方式4527316通信網(wǎng)絡主機2主機1主機1與主機2之間的通信

主機3主機4主機3與主機4之間的通信也類似通信前建立連接所有主機1到主機2的的分組都按同一虛電路（路徑）到達主機2

通信結束后拆除連接（PVC除外）39第三十九頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五分組交換——數(shù)據(jù)報方式面向無連接方式通信前無需建鏈，通信后也無需拆鏈每個分組單獨選路，造成：不同的分組可能傳輸路徑不同到達同一目的地的數(shù)據(jù)可能亂序分組必須攜帶源、目地址不能保證時延和時延抖動，是一種“盡力傳送”方式特別適合突發(fā)的數(shù)據(jù)傳輸，不適合實時業(yè)務的傳輸40第四十頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五數(shù)據(jù)報方式4527316通信網(wǎng)絡主機1主機2主機到主機2的分組沿不同路徑到達主機2出現(xiàn)亂序（先發(fā)后到）12111222141第四十一頁，共四十五頁，編輯于2023年，星期五2.4ATM交換ATM（asynchronou