复用与交换基本原理课件

第2章复用与交换基本原理2.1PCM基本原理2.2电路交换2.3分组交换2.4ATM交换本章小结1

2.1PCM基本原理时分复用多路复用的概念时分复用原理异步时分复用原理PCM基本原理32路PCMPCM的高次群2

多路复用的概念信号：模拟信号：是数值上连续变化的信号。例如话音信号，图象信号等。数字信号：是离散的信号多路复用将多个信号源发出的信号组合，并由一个信道传输，传输中各信号之间彼此独立多路复用的基础是分割原理，信号分割的依据是信号差异复用的目的是为了节省介质，提高线路利用率根据不同的参量，多路复用的类型有频分复用FDM:各路信号频率分开，时间重叠时分复用TDM:各路信号时间分开，频率重叠码分复用CDM:各路信号时间、频率重叠，特征码不同3

时分复用原理（2）TDM按帧结构（固定时长，时隙个数固定）传送每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置）每个用户只能在自己的时隙内发送数据当某用户无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，不能作为他用可能造成线路资源的浪费aabcdbcabbccad用户ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四个时分复用帧时分复用t5

统计时分复用原理STDM：StatisticTDM，统计时分复用，又叫异步时分复用每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙STDM按帧结构进行传送，且帧长度固定（不同系统帧长可能不同）组帧按收到数据的先后顺序进行一个用户可以连续占用多个时隙能显著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用户ABCDtttt①②③④#1#2#33个STDM帧统计时分复用t6

PCM基本原理（1）1937年,法国工程师(AlecReeres)最早提出1946贝尔实验室实现第一台PCM数字电话终端机1962年晶体管PCM终端机大量用于市话网中局间中继线,市话电缆传输电话数扩大24-30倍70年代后期,超大规模集成电路的PCM编,解码器出现使PCM在光纤通信,数字微波通信,卫星通信中获得广泛应用PCM已成为数字通信中一个十分基本的问题7

PCM基本原理（2）抽样量化12345678910111213141516编码10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100将时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号。

将时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号。带限信号连续抽样，要求抽样频率不小于所传信号的最高频率的2倍。量化后的信号通过编码器变成一组码元9

量化级：对应一个幅度等级

如：将0~8V范围的模拟量分为8级，每级1V。即0~1V为0级，1~2V为第1级…用这8级的量去量化输入信号。均匀分级量化方法:舍去型、补足型、四舍五入型量化前的值/V量化后输出值/V舍去型补足型四舍五入型6.6V6.1V0.1V660771760均匀分级量化10

量化误差：量化前、后信号幅度之间的差别

量化误差产生的后果：量化噪声

均匀量化：绝对误差相等、量化噪声均匀，小信号的信噪比小。

信噪比：衡量通信质量的重要指标，一般要求大于26DB。解决方法：减少小信号时的量化噪声将量化级分细，减少量化误差从而减少量化噪声。量化级数多，要求有更多位编码及更高的码速，要求更高的编码器。信噪比=10㏒信号/噪声（单位：DB）11

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PCM的实际应用示意图ICABDBCBPCMUHW2Mb/s32TSPCMDHW2Mb/s32TS15

11000111编码规则：正电压：“1”零电压：“0”占空比：100%单极性归零码编码规则：正电压：“1”零电压：“0”占空比：50%11000111单极性不归零码特点：适合短距离传输存在直流分量和丰富的高频分量，占用频带宽多个连0可能引起失步17

双极性归零码（AMI-AlternateMarkInversion交替极性倒置）编码规则：正、负电压：“1”零电压：“0”占空比：50%11000111特点：基本不存在直流分量，高频分量少多个连0可能引起失步18

HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）码编码规则：正、负电压表示“1”,且交替出现零电压表示“0”占空比：50%当连零个数超过4时，作如下操作：依次将4个连0编为一组，每组最后一个0用1取代，用V+或V-表示，与前一个1（B+或B-）同极性。V称作破坏点。保证两个破坏点之间有奇数个1。若为偶数个1，则在前一个破坏点后面的连续0组中的第一个0改为B+或B-，其极性和前一个破坏点相反。（保证B的极性交替）后面的极性依次按上述原则改变。19

HDB3的替换规则正在处理的脉冲的极性(即前一个B)自上次替换后双极性脉冲（比特1）的数目（即V之间的1的数目）奇数偶数000-000++00+-00--+21

时隙和帧时隙：每路话路抽样所花的时间。帧：每32个时隙组成一个帧。复帧：16个帧合成一个复帧。数字信号传输速率调制速率（波特率）=Baud数据速率=*log2nbps信元数单位时间信元数单位时间几个基本概念22

01101111000100111二电平调制四电平调制23

32路PCM的帧结构F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS3110011011000010/11112345678110/111111abcdabcd1复帧=16帧1帧=32时隙同步时隙标志信号时隙话路时隙F0F1F2F15abcdabcdabcdabcd帧定位码组偶帧奇帧区别偶帧帧对告码保留复帧定位码组复帧对告码和备用1路16路2路17路15路30路局间线路信令25

帧结构描述帧重复频率＝抽样频率＝8kHz抽样周期＝125us时隙数＝32，时隙编号TS0－TS31每路时隙＝3.91us每路时隙传送8位码组，位时间＝488ns每帧传送位数＝32×8=256每路数码率＝8bit/125us＝64kbit/s总码率＝256bit/125us＝2048kbit/s26

32PCM帧的传输与处理逐帧传输按复帧处理因为每帧只能传送2个话路的信令30路话路的信令在一个复帧内才能包含完29

PCM高次群北美日本欧洲中国数码率Mbps话路数数码率Mbps话路数基群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

PCM高次群高次群是由低次群通过数字复用设备汇接而成基群（一次群）二次群一次群复用设备2048kbit/s8448kbit/s2048kbit/s2048kbit/s2048kbit/s一次群复用设备8448kbit/s8448kbit/s8448kbit/s34.368Mbit/s三次群31

2.2电路交换电路交换的概念电路交换的特点电路交换示意图电路交换的工作过程32

电路交换的概念

电路交换方式是指用户在相互通信时使用一条实际的物理链路（一对实线、时隙或频段），在通信过程中自始至终使用该条链路进行信息传输，并且不允许其它用户同时共享该链路，通信结束后拆除这条物理链路的通信方式。

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一定是面向连接的，且是实连接必须有建立连接－－数据传输－－释放连接三个过程连接后占用的是实际物理链路所有信息传输沿着同一路径（建立连接的路径）信道独占在释放连接以前两个用户一直占用端到端的固定带宽即使这两个用户并没有通信，别的用户也不能占用优点：传输可靠、实时，不乱序缺点：信道利用率低使用场合：特别适合实时业务，不适合突发性强的数据传输和频繁更换通信对象的场合。电路交换的特点34

呼叫请求呼叫接受报文确认BACD建立连接数据传输释放连接电路交换的工作过程35

分组交换概念分组交换的形式虚电路数据报

2.3分组交换36

分组交换（PacketSwitching)分组交换是利用存储――转发的方式进行交换的。分组交换机先将收到的报文接收、存储，然后将报文划分为分组，并以分组为单位进行传输和交换。分组交换的形式虚电路交换数据报交换分组交换概念37

分组交换——虚电路方式面向连接的方式，但为虚连接（逻辑连接）信道不独占，采用统计复用方式，实现信道共享所有分组通信路径相同，故通信有序一个用户可与多个用户建立虚连接虚电路分为两种：永久性虚电路PVC事先已建立连接，可直接进行通信，通信后不需拆链交换性虚电路SVC通信前建立连接，通信后拆除连接38

虚电路方式4527316通信网络主机2主机1主机1与主机2之间的通信

主机3主机4主机3与主机4之间的通信也类似通信前建立连接所有主机1到主机2的的分组都按同一虚电路（路径）到达主机2

通信结束后拆除连接（PVC除外）39

分组交换——数据报方式面向无连接方式通信前无需建链，通信后也无需拆链每个分组单独选路，造成：不同的分组可能传输路径不同到达同一目的地的数据可能乱序分组必须携带源、目地址不能保证时延和时延抖动，是一种“尽力传送”方式特别适合突发的数据传输，不适合实时业务的传输40

数据报方式4527316通信网络主机1主机2主机到主机2的分组沿不同路径到达主机2出现乱序（先发后到）12111222141

2.4ATM交换ATM（asynchronoustransfermodeswitching）异步转移模式基本特征：传输、复用和交换都是以信元为基本单位进行的信元长度固定：53字节（5字节头部＋48字节载荷）异步是指属于同一用户的信元不一定按固定的时间间隔周期性地出现采用虚连接方式，异步时分复用按时隙交换，每时隙交换一个信元用户信元传输不按固定时隙（无周期性）信元传递过程中不需源、目地址，只用虚拟连接标识VPI/VCI支持多种业务（实时、非实时、不同速率）42

ATM信元信元基本格式信元包括两部分其中，头部包含VPI、VCI及其它控制信息VPI：VirtualPathIdentifier，虚通路标识符VCI：VirtualChannelIdentifier，虚通道标识符VPI/VCI：标识一个信元的路径信息一个信元在传输过程中，其VPI/VCI是变化的信元头有效载荷43

ATM交换原理一个虚连接由多段虚电路（VPI/VCI）串联组成。VPI/VCI标识