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1、 基础通信知识 第一章通信系统模型第二章通信系统相关概念第三章交换技术介绍 2020 6 20 SongPeng 通信系统模型 通信系统的组成 通信系统的一般模型 描述了消息由发送至接收的流程 1 经典模型 模拟信号和数字信号模拟信号 代表消息的信号参量取值连续 例如麦克风输出电压 通信系统的组成 模拟通信系统模型和数字通信系统模型 话音信号 b 抽样信号 通信系统的组成 数字信号 代表消息的信号参量取值为有限个 例如电报信号 计算机输入输出信号 数字信号 什么是数字信号 什么是模拟信号 一般来说 数字信号必须满足在时间和信号幅值上是离散的 相反模拟信号在幅值上是连续的 模拟通信系统模型模拟通
2、信系统是利用模拟信号来传递信息的通信系统 两种变换 模拟消息 原始电信号 基带信号 基带信号 已调信号 带通信号 模拟通信系统模型和数字通信系统模型 天线 变频 放大 解调等 调制 放大 天线等 模拟通信系统模型 通信系统的组成 通信系统的组成 模拟通信的主要特点抗干扰能力差不易于保密通信设备不易于大规模集成不适应飞速发展的计算机通信的要求简单 易于实现 通信系统的组成 数字通信系统模型 数字通信系统模型 通信系统的组成 抗干扰能力强 传输差错可控 易于与各种数字终端接口 用现代计算技术对信号进行处理 加工 变换 存储 从而形成智能网 易于集成化 从而使通信设备微型化 易于加密处理 且保密强度
3、高 需要较大的传输带宽 对同步要求高 数字通信的主要特点 通信系统分类与通信方式 按通信业务分 话务通信和非话务通信 非话务通信主要是分组数据业务 计算机通信 数据库检索 电子信箱 电子数据交换 传真存储转发 可视图文及会议电视 图像通信等 按调制方式分类 基带传输和频带 调制 传输按信号特征分类 模拟信号还是数字信号按传输媒质分类 有线通信系统和无线通信系统按工作波段分类 长波通信 中波通信 短波通信 微波通信 红外线通信 按信号复用方式分类 频分复用 时分复用和码分复用 通信系统的分类 通信系统分类与通信方式 通信系统的分类 常见调制方式及用途 通信系统分类与通信方式 通信系统的分类 续表
4、1 1 通信系统分类与通信方式 单工 半双工和全双工通信单工通信 消息只能单方向传输的工作方式半双工通信 通信双方都能收发消息 但不能同时收发的工作方式 通信方式 通信系统分类与通信方式 单工 半双工和全双工通信全双工通信 通信双方可同时进行收发消息的工作方式 通信方式 通信系统主要性能指标 有效性 指传输一定信息量时所占用的信道资源 频带宽度和时间间隔 或者说是传输的 速度 问题 可靠性 指接收信息的准确程度 也就是传输的 质量 问题 16 与网络相关的国际标准化组织 国际标准化组织国际标准化组织 ISO 电气电子工程师协会 IEEE Internet标准化组织因特网协会 InternetS
5、ociety ISOC 因特网体系结构研究委员会 InternetArchitectureBoard IAB 因特网工程任务部 InternetEngineeringTaskForce IETF 因特网工程指导组 InternetEngineeringSteeringGroup IESG 因特网研究指导组 InternetResearchSteeringGroup IRSG 因特网编号管理机构 InternetAssignedNumberAuthority IANA 17 与网络相关的国际标准化组织 电信标准化组织国际电信联盟ITU InternationalTelecommunication
6、Union 国际电报电话咨询委员会CCITT ConsultativeCommitteeInternationalTelegraphandTelephone 其它标准化组织欧洲计算机制造协会 ECMAEuropeanComputerManufacturesAssociation 美国国家标准协会 ANSIAmericanNationalStandardsInstitute 美国电子工业协会 EIAElectronicIndustriesAssociation 第一章通信系统模型第二章通信系统相关概念第三章交换技术介绍第四章SP30系统介绍 时分复用技术 PCM Pulse codemodula
7、tion 即脉冲编码调制 数字交换原理信令系统路由设计计费系统编号计划系统同步 通信系统概念 电路交换原理 fs 2BwBw为输入信号带宽 语音信号的能量主要集中在300 3400Hz频率范围内 所以抽样频率至少为6800Hz 国际标准确定为fs 8000Hz 即每秒抽样8000次 或者说每隔125us抽样一次 数字化 时分复用技术 数字化模型 抽样 量化 编码 译码 取样 Sampling 是将时间和幅度都连续的模拟信号变换成时间离散的幅度连续的另一种模拟信号 脉冲幅度调制PAM信号 为了使取样后的PAM信号能在接收端完全无失真地恢复为原始信号 取样周期应该满足如下所述的奈奎斯特定理 Nyq
8、uistTheorem 一个频带受限于BHz的信号可以唯一地用周期为的样值系列确定 只要fs 2B 话音信号频率范围为300 3400Hz 国际统一规定取样频率为8KHz 采样波形 量化就是对取样后的PAM信号的幅值转换成数字的过程 量化产生量化噪声 分均匀量化和非均匀量化 均匀量化 由于对量化范围内的大小信号均采用相等的量化阶距进行量化 造成大信号的信噪比SNR 信号功率与量化噪声功率之比 有富俗 而小信号的SNR又嫌不足 SNR值越大 音质越好 为了提高小信号的SNR 采用非均匀量化 即对大小信号分别采用不等的量化阶距 对小信号采用小的量化阶距 对大信号采用大的量化阶距 从而使大小信号具有
9、基本相同的SNR 量化 常用的压缩特性有A律 欧洲和中国采用 和 律 北美和日本采用 对数压缩 实现上述连续压扩特性需无穷多个量化级 实际上无法加以实现 为此通常采用数字电路分段进行压扩 这样 不仅实现容易 而且成本低 A律压缩采用的就是十三折线法 一象限分8段 在时间轴以1 2递减规律分成8大段 分段点是1 1 2 1 4 1 8 1 16 1 32 1 64 1 128 幅度轴分8均匀段 1 8段斜率分别为1 4 1 2 1 2 4 8 16 16 7 8段斜率一样 一 三象限对称 故共13折线段 A律 A律压扩特性13折线近似图 A律13折线 编码就是把量化的幅度信号变成二进制数据的过程
10、 中国采用A律13折线压缩编码 规则如下 信号样值有正有负 要用一位码来表示 这一位码叫极性码 正极性以比特 1 表示 负极性以比特 0 表示 13折线压缩律在第一象限有8大段 每一段斜率不同 故需要用3位码表示8个不同的段落 这3位叫段落码 它们也表示各段的起始电平 在每段落内再均匀分为16个小段 这4位叫段内码 由于各段长度均不同 均分后各段内的小段的长度也不等 D1D2D3D4D5D6D7D8极性码段落码段内码在PCM32系统中 采用8位码来表示一个样值 最高位是极性码 剩下的7位对应128个量化级 编码 取样 量化 编码后的波形 取样速率8KHz 每路信号编码后速率64KHz 译码为了
11、从数字信号恢复原模拟信号 需要对数字信号进行译码和滤波 译码是编码的逆过程 即将接收的PCM编码信号转换成与发端一样的量化信号 这可以根据码组中的段落码所对应的量化阶距值及四位段内码所对应的段序号值 求出对应的原量化值 绝对值 译码器是一个积分过程 其充电速度快放电速度慢 其输出是一个非平滑的模拟信号 用低通滤波器对其滤波 滤除其高频分量 可使其平滑成模拟信号 尽管模拟信号的数字化及其逆过程经过很多步骤但实现起来很简单 随着大规模集成技术的发展 一片芯片可完成上述功能 译码 1帧 1个TS 二进制码元 N 1 t 125us a b c d e PCM形成 8000 8 32 2048000b
12、it s 125us 8 32 0 488us 第N帧 第N 1帧 同步话路或数据信令话路或数据 PCM的帧结构 话音信号数字化 话音模拟信号 连续时间信号 低通滤波器 采样器 量化器 编码器 再生中继器 再生中继器 再生电路 译码器 低通滤波器 接受器 发送端 接受端 PCM系统的基本单元 码速64kb s 人类语声的基本频率范围是80 1200Hz 但是泛音和子音都包含有大量的比基频高的各种频率成分 试验证明 要正确的重发同样的语言 则频带必须在80 8000Hz范围 在电话传输中 为了减少频带 提高线路利用率 将语声的频带限制在300 3400Hz 便可保证能够听清讲话内容和讲话者的语音
13、特征 因此语声的抽样频率fS选为8000Hz 其抽样周期TS 1 8000 125uS 语音信号数字化 抽样定理 PCM基群格式 PCM基群系统是数字复接的最基本的系统 它由30话路组成 构成的基群帧结构包含32个时隙 通常将TS0作为帧同步时隙 中国一号信令 TS1 15 TS17 31为话路时隙 TS16作为本基群线路信号时隙 30个话路只有8bit线路信号 这显然是不够的 为此采用复帧结构 即由16个单帧组成一个复帧 Multi frame 这样安排就可以保证在2ms时间内为每个话路分配到4个信息比特 即信令速率为2Kb s 这就是30 32PCM复帧结构中的随路信令的线路信号速率 中国
14、七号信令 可从TS1 31时隙中任选1个时隙为信令时隙 其它时隙为话路时隙 PCM基群的主要技术参数 16帧 2ms 复帧结构 32时隙 256bit 125us 帧结构 帧同步时隙 帧同步信号 保留给国内通信用 偶帧TS0 奇帧TS0 CH30 信令时隙 话路时隙 CH1 CH15 话路时隙 CH16 CH29 复帧同步信号 备用比特 F1 F2 F15 CH1 CH16 CH2 CH17 CH15 CH30 488ns 3 91us PCME1复帧结构图 1个取样周期为125 s 1个复帧有16个子帧 其中TS0为帧同步时隙 偶帧TS0用于传送帧同步码 奇帧TS0的比特3为帧失步告警 PC
15、M的高次群 常用的传输与接口 每秒传送8000帧 每帧32个时隙 每个时隙8比特串行码 16帧构成一个复帧 其时间长度为125 s 16 2ms 传送码率为8比特 时隙 32时隙 帧 8000帧 秒 2048kb s 而每一路信号的速率为64kb s PCM帧结构 四路信号复用 同步时钟 数字交换原理 时隙交换 将某数据流中的时隙信息转移到另一信息流中的某时隙上 这个过程称为时系隙交换 时隙交换是由数字接线器完成的 数字接线器有两种 一种叫T接线器 另一种叫S接线器 网络通常由这两者组合 数字交换的基本概念 1 在程控数字交换机中两个用户通话连接示意图 将A用户的话音从上行通路的HWlTS2经
16、过数字交换网络后传送到交换网络下行通路HW3TS31后传送给B用户 将B用户的话音从上行通路的HW3TS31经过数字交换网络后 传送到交换网络的下行通路的HWl TS2后传送给A用户 数字交换网络的基本功能是完成不同复用线之间不同时隙内容的交换 数字交换网络一般由T接线器和S接线器组成 A B 时间 T 接线器 T接线器的基本功能T接线器的基本功能是完成在同一条复用线 母线 上的不同时隙之间的交换 即将T接线器中输入复用线上某个时隙的内容交换至输出复用线的指定时隙 T接线器的基本组成 T接线器的基本组成 T接线器主要由话音存贮器SM 控制存贮器CM 以及必要的接口电路 如串 并 并 串转换等 组成 SM和CM都包含若干个存储器单元 其数量等于复用线的复用度 SM用来存贮话音信号 也可以用来存贮用户的数据信息 以及信号音设备提供的数字化的信号音等 由于SM是用来存放话音信号的PCM编码的 所以每个单元的位元数至少为8位 控制存贮器CM的作用是用来存贮处理机的控制命令字 控制命令字的主要内容是用来指示写入或读出的话音存储器的地址 设控制存储器的位元数为i 复用线的复用度为j 则应满足2i
