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1、第2章 复用与交换基本原理 2.1 PCM基本原理 2.2 电路交换 2.3 分组交换 2.4 ATM交换 1 1 * * 2.1 PCM基本原理 n时分复用 n多路复用的概念 n时分复用原理 n异步时分复用原理 nPCM基本原理 n32路PCM nPCM的高次群 2 2 * * 多路复用的概念 n信号： n模拟信号：是数值上连续变化的信号。例如话音信号，图 像信号等。 n数字信号：是离散的信号 n多路复用 n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 n多路复用的基础是分割原理，信号分割的依据是信号差异 n复用的目的是为了节省介质，提高线路利用率 n根据不同的参
2、量，多路复用的类型有 n频分复用FDM:各路信号频率分开，时间重叠 n时分复用TDM:各路信号时间分开，频率重叠 n码分复用CDM:各路信号时间、频率重叠，特征码不同 3 3 * * 时分复用原理（1） 时分复用TDM（通常指同步时分复用） n把传输信道按时间分割成若干时隙，以传送若干路信号。 n发送方，在抽样脉冲的控制下，时隙1时将第1路信号打入 信道，时隙2是将第2路信号打入信道， 依此类推 n接收方，在发送方同步信号的作用下，在时隙1时接收第1 路信号，时隙2时接收第2路信号. 传输介质 第1路 第2路 第n路 第1路 第2路 第n路 发送接收 4 4 * * 时分复用原理（2） nTD
3、M按帧结构（固定时长，时隙个数固定）传送 n每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置） n每个用户只能在自己的时隙内发送数据 n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 n可能造成线路资源的浪费 aa b c d b c a bb ccad 用户 A B C D t t t t #1#2#3#4 四个时分复用帧 时分复用 t 5 5 * * 统计时分复用原理 nSTDM：Statistic TDM，统计时分复用，又叫异步时分复用 n每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙 nSTDM按帧结构进行传送，帧长固定（不同系统帧长可能不同 ） n组帧按收到数据的先后顺
4、序进行 n一个用户可以连续占用多个时隙 n能显著提高信道的利用率 abbccad aa b c d b c 用户 A B C D t t t t #1#2#3 3个STDM帧 统计时分复用 t 6 6 * * PCM基本原理（1） PCM：Pulse Code Modulation 脉冲编码调制 PCM是一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式 PCM发送端包括：抽样、量化和编码 PCM 接收端包括：解码、量化样值解调 模拟 信源 低通 滤波器 量化 器 抽样 器 编码 器 解码 器 低通 滤波器 模拟 信宿 发送端 接收端 7 7 * * PCM基本原理（2） 抽样 量化 1 2 3 45 6
5、 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 编码 1 011 2 010 001 000 3 4 5 000 6 7 8 001 010 011 9 100 10 101 110 111 11 12 13 111 14 15 16 110 101 100 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 8 8 * * 话音信号的PCM 1、话音的有效带宽：3003400Hz 2、抽样频
6、率8000Hz 即抽样间隔为125us 3、每个抽样值为8位二进制编码 9 9 * * 32路PCM 几个基本概念： n时隙：每路话路抽样所花的时间。 n帧：每32个时隙组成一个帧。 n复帧：16个帧合成一个复帧。 1010 * * 32路PCM的帧结构 F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10 F11F14 F15 TS 0 TS 1 TS 2 TS 3 TS 4 TS 5 TS 6 TS 7 TS 8 TS 9 TS 10 TS 11 TS 12 TS 13 TS 14 TS 15 TS 16 TS 17 TS 18 TS 19 TS 20 TS 21 TS 22 TS
7、23 TS 24 TS 25 TS 26 TS 27 TS 28 TS 29 TS 30 TS 31 1 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 1 0/1 1 11 2 3 4 5 6 7 8 1 1 0/1 1 1 1 1 1 a b c d a b c d 1复帧=16帧 1帧=32时隙 同步时隙标志信号时隙话路时隙 F0 F1 F2 F15 a b c d a b c d a b c d a b c d 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 1111 * * 帧结构描述 n帧重复频率抽
8、样频率8kHz n抽样周期125us n时隙数32，时隙编号TS0TS31 n每路时隙3.91us n每路时隙传送8位码组，位时间488ns n每帧传送位数328=256 n每路数码率8bit/125us64kbit/s n总码率256bit/125us2048kbit/s 1212 * * 帧结构描述 n各时隙内容 nTS1TS15：话路时隙，传送115路话音信号编码 nTS17TS31：话路时隙，传送1630路话音信号编码 nTS0：帧同步时隙，传送同步码组 nTS16：信令时隙，传送30路话路的信令码和复帧码 n信令时隙TS16 n传送信令信号（如摘机、挂机、振铃等） n一帧中只传送8位
9、码组，每路占4位，每帧只能传2路 n提高信道利用率，一个基群有30个话路，一个信令信号控 制2个话路，故引入复帧概念 n信令信号必须按复帧处理（16帧组成一个复帧） n信令4位码组含义a、b、c、d，目前只用了前3位 1313 * * 复帧结构描述 n由16帧组成一个复帧 n复帧频率8000Hz/16500Hz，周期2ms n各帧信令 nF0的TS16 n前4位为复帧同步码0000 n第6位为复帧失步告警码，同步为0,失步为1 n其他位保留，暂定位1 nF1F15的TS16 n前4位依次传送115路话路信令 n后4位依次传送1630路的话路信令 1414 * * 32 PCM帧的传输与处理 n
10、逐帧传输 n按复帧处理 n因为每帧只能传送2个话路的信令 n30路话路的信令在一个复帧内才能包含完 1515 * * 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 1616 * * PCM高次群 n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/s 8448kbit/s 2048kbit/s 2048kbit/s 204
11、8kbit/s 二次群复用设备 8448kbit/s 8448kbit/s 8448kbit/s 34.368Mbit/s 三次群 1717 * * 2.2 电路交换 n电路交换的概念 n电路交换的特点 n电路交换的工作过程 1818 * * 电路交换的概念 用户在相互通信前，根据信令将主、被 叫之间的链路逐段连接起来，形成一条实际 的物理链路（一对实线、时隙或频段），连 接期间通信双方始终使用并独占这条物理链 路，结束后拆除这条物理链路。将这种交换 方式称为电路交换。 1919 * * 电路交换的特点 n一定是面向连接的，且是实连接 n必须有建立连接数据传输释放连接三个过程 n连接后占用的是
12、实际物理电路 n所有信息传输沿着同一路径（建立连接的路径） n信道独占 n在释放连接以前 n两个用户一直占用端到端的固定带宽（资源） n即使这两个用户并没有通信，别的用户也不能占用 n优点：传输可靠、实时，不乱序 n缺点：信道利用率低 n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。 2020 * * 电路交换的工作过程 呼叫请求 呼叫接受 报文 确认 B A CD 建立连接 数据传输 释放连接 2121 * * 2.3 分组交换 n分组交换概念 n分组交换的形式 n虚电路 n数据报 2222 * * 分组交换概念 n分组交换（Packet Switching
13、) 利用存储/转发的方式，将数据报文分割 成一个个分组（包），以分组为单位进行传输 和交换。这种方式称为分组交换。 n分组交换的形式 n虚电路交换 n数据报交换 2323 * * 分组交换虚电路方式 n面向连接的方式，但为虚连接（逻辑连接） n“虚”的含义：只有传送分组时才占用物理电路 n意味着一条物理电路可以同时建立多条虚电路 n信道不独占，采用统计复用方式，实现信道共享 n同一虚电路的分组通信路径相同，故通信有序 n一个用户可与多个用户建立虚连接 n每个虚电路都由一个虚电路号或虚电路标识来表征 n建立虚电路时需要传送源、目地址 n建立虚电路后，则传输数据时，只需携带虚电路号或标识 n虚电路
14、分为两种： n永久性虚电路PVC n事先已建立连接，可直接进行通信，通信后不需拆链 n交换性虚电路SVC n通信前建立连接，通信后拆除连接 2424 * * 虚电路方式 4 5 2 7 3 1 6 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 n 通信前建立连接 n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 n通信结束后拆除连接（PVC除外） 2525 * * 分组交换数据报方式 n无连接方式 n通信前无需建链，通信后也无需拆链 n每个分组单独选路，造成： n不同的分组可能传输路径不同 n到达同一目的地的数据可能乱序 n
15、分组必须携带源、目地址 n不能保证时延和时延抖动，是一种“尽力传送”方式 n特别适合突发的数据传输，不适合实时业务的传输 2626 * * 数据报方式 4 5 2 7 3 1 6 通信网络 主机1 主机2 n主机1到主机2的分组沿不同路径到达主机2 n出现乱序（先发后到） 12 1 1 1 2 2 21 2727 * * 2.4 ATM交换 ATM（asynchronous transfer modeswitching） 异步转移模式 n基本特征： n传输、复用和交换都是以信元为基本单位进行的 n信元长度固定：53字节（5字节头部48字节载荷） n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 n采用虚连接方式，异步时分复用 n按时隙交换，每时隙交换一个信元 n用户信元传输不按固定时隙（无周期性） n信元传递过程中不需源、目地址，只用虚连接标识 VPI/VCI n支持多种业务（实时、非实时、不同速率） 2828 * * ATM信元 ATM对等层实体传送PDU：53字节长信元 ATM层与上层的SDU： 48字节长的信息块 ATM信元头部结构分为两种：UNI信头与NNI信头 48字节载荷 HEC（8） PTI（3）CLPVCI（4） VCI（8） VCI（4） VPI（4） VPI（4） GFC（4） 48字节载荷
