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1、数据通信与计算 机网络电信学院信通系 洪伟2.4 模拟传输与数字传输2.4.1 模拟传输系统v长途干线最初采用频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing) 方式v目前我国长途通信线路已实现了数字化，因而现 在的模拟通信电路就只剩下从用户电话机到市话 交换机之间的这一段几公里长的用户线上。2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 v数据经过模拟传输系统后会出现差错。出现差错010010100还原后 的数据t接收到的 失真信号010011100t发送的 基带信号t采样时刻2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 v调制解调器(modem)包括
2、：调制器(MOdulator)：把要发送的数字信号转换为频率 范围在 3003400 Hz 之间的模拟信号，以便在电话用 户线上传送。解调器(DEModulator)：把电话用户线上传送来的模拟 信号转换为数字信号。v本书中的调制解调器是指使用在标准的二线模拟 话路（3.1 kHz 的标准话路带宽）上的调制解调器 。2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 v调制器的主要作用就是个波形变换器，它把基带 数字信号的波形变换成适合于模拟信道传输的波 形 v解调器的作用就是个波形识别器，它将经过调制 器变换过的模拟信号恢复成原来的数字信号。若识别不正确，则产生误码。在调制解调器中还要有差错检
3、测和纠正的设施 。2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 v几种最基本的调制方法v调制就是进行波形变换（频谱变换）。 v最基本的二元制调制方法有以下几种：调幅(AM)：载波的振幅随基带数字信号而变化。 调频(FM)：载波的频率随基带数字信号而变化。调相(PM)：载波的初始相位随基带数字信号而变化。2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 010011100基带信号调频调相调幅2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 v一种正交调制 QAMr(r, )可供选择的相位有 12 种， 而对于每一种相位有 1 或 2 种振幅可供选择。 由于4 bit 编码共有16 种不同的
4、组合，因此这 16 个点中的每个 点可对应于一种 4 bit 的编码。 若每一个码元可表示的比特数越多，则在接收端进行 解调时要正确识别每一种状态就越困难。 2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 2.4 模拟传输与数字传输2.4.2 调制解调器 v同步通信：接受端的时钟频率和发送端时钟频率 相等，以便使接受端对收到的比特流的采样判决 时间是准确的。v异步通信：在发送端将欲发送的数据以字节（8个 比特）为单位进行逐个字节的封装，即对每个字 节增加一个起始比特和一个停止比特，共10比特 ，一起发送出去。接收端接收到一个起始比特， 就知道有一个10比特的数据单元到了。v异步通信是通过增加
5、通信开销使接收端能够使用 廉价的、具有一般精度的时钟来进行数据通信。2.4 模拟传输与数字传输2.4.3 数字传输系统v现在的数字传输系统均采用脉码调制 PCM (Pulse Code Modulation)体制。 采样周期 Tt信号t采样1001001111000010t编码t解码t还原采样频率越高，编码所需要的数据位就越多2.4 模拟传输与数字传输2.4.3 数字传输系统v时分复用v为了有效地利用传输线路，可将多个话路的PCM 信号用时分复用 TDM (Time Division Multiplexing)的方法装成时分复用帧，然后发送 到线路上。v中国采用欧洲体制，以 E1 为一次群。v
6、美国和日本等国采用北美体制，以 T1 为一次群。2.4 模拟传输与数字传输2.4.3 数字传输系统CH0 CH02.048 Mb/s传输线路CH16CH17CH15CH15 CH16CH17CH31CH31CH1CH1时分复用帧 TCH0 CH1 CH2CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T = 125 s15 个话路15 个话路8000帧/秒 * 8bit/时隙*32时隙/帧=2048000bit/s2.5 信道复用技术v频分复用(FDM)所有用户在同时占用不同的带宽资源。 v时分复用(TDM)所有用户分时占用同样的频带宽度。 v统计时分复
7、用 (STDM)改进的时分复用，提高TDM的传输效率。 v波分复用(WDM):DWDM &CWDM光的频(对应波长)分复用。2.5 信道复用技术 2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用v 频分复用：所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 52.5 信道复用技术 2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用v 时分复用：所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。频率时间B C DB C DB C DB C DAAAA在 TDM 帧中的位置不变TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧TDM 帧2.5 信道复用技术 2.5.1 频分复用、时分复用和统
8、计时分复用v时分复用可能会造成线路资源的浪费ABCDaabbcdb cattttt4 个时分复用帧#1 acb cd时分复用#2#3#4用户2.5 信道复用技术 2.5.1 频分复用、时分复用和统计时分复用v统计时分复用 STDM：动态分配时隙t3 个 STDM 帧#1ab bcacd#2#3ABCDabcdttttacbabb cat#1cd#2#3#4 效率提高：(4-2)/2 = 100%2.5 信道复用技术 2.5.2 波分复用WDMv波分复用就是光的频分复用。1550 nm 0 1551 nm 11552 nm 21553 nm 31554 nm 41555 nm 51556 nm
9、61557 nm 70 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm 8 2.5 Gb/s 1310 nm20 Gb/s复 用 器分 用 器EDFA120 km2.5 信道复用技术 2.5.3 码分复用 CDMv常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。v各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此 不会造成干扰。v这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频 谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 v每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称
10、为码片 (chip)。 2.5 信道复用技术 2.5.3 码分复用 CDMv码片序列(chip sequence)v每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列。 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 v例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。 发送比特 1 时，就发送序列 00011011， 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。vS 站的码片序列：(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)其中-1 表示码片序列中的0、+1表示1 2.5 信道复用技术 2.5.3 码分复用 CDMvCDMA 的重要特
11、点：v每个站分配的码片序列不仅必须各不相同， 并且还必须互相正交(orthogonal)。v在实用的系统中是使用伪随机码序列。2.5 信道复用技术 2.5.3 码分复用 CDMv码片序列的正交关系v令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任 何站的码片向量。 v两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的 规格化内积(inner product)都是 0：ST=1/miSiTi=02.5 信道复用技术 2.5.3 码分复用 CDMv码片序列的正交关系举例v令向量 S 为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1)，向量 T 为(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 v把向量
12、 S 和 T 的各分量值代入(2-4)式就可看出这两个码片序列是正交的。 ST=1/miSiTi= (-1*-1)+ (-1*-1)+ (1*-1)+ (-1*1)+ (1*1)+ (1*- 1)+ (1 * 1)+ ( -1*1)= 1 + 1 - 1 - 1 + 1 - 1 + 1 - 1 = 02.5 信道复用技术 2.5.3 码分复用 CDMv任何一个码片向量和该码片向量自己 的规格化内积都是1 。 SS=1/miSiSi=1u 一个码片向量和该码片反码的向量的规格 化内积值是 1。2.5 信道复用技术 2.5.3 码分复用 CDMS 站的码片序列 S110 ttttttm 个码片tS
13、 站发送的信号 SxT 站发送的信号 Tx总的发送信号 Sx + Tx规格化内积 S Sx规格化内积 S Tx数据码元比特发 送 端接 收 端2.6同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH v旧的数字传输系统存在着许多缺点。其中最 主要的是以下两个方面： v速率标准不统一。如果不对高次群的数字传输速率进行标准化， 国际范围的高速数据传输就很难实现。 v不是同步传输。在过去相当长的时间，为了节约经费，各国的 数字网主要是采用准同步方式。 2.6同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH v同步光纤网 SONET (Synchronous Optical Network) 的各级时钟都来
14、自一个 非常精确的主时钟。 v第 1 级同步传送信号 STS-1 (Synchronous Transport Signal)的传输 速率是 51.84 Mb/s。v光信号则称为第 1 级光载波 OC-1，OC 表 示Optical Carrier。2.6同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH vITU-T 以美国标准 SONET 为基础，制订出 国际标准同步数字系列 SDH (Synchronous Digital Hierarchy)。v一般可认为 SDH 与 SONET 是同义词。vSDH 的基本速率为 155.52 Mb/s，称为第 1 级同步传递模块 (Synchronous
15、 Transfer Module)，即 STM-1，相当于 SONET 体系中的 OC-3 速率。线线路速率 (Mb/s)SONET 符号ITU-T 符号表示线线路速率 的常用近似值值51.840OC-1/STS-1155.520*OC-3/STS-3STM-1155 Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080*OC-12/STS-12STM-4622 Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-6 1244.160OC-24/STS-24STM-8 1866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5 Gb/s 4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410 Gb/sSONET 的 OC 级/STS 级与 SDH 的 STM 级的对应关系 2.6同步光纤网 SONET 和同步数字系列 SDH vSONET 的体系结构线路SDH 终端SDH 终端复用器 或 分用器复用器 或 分用器转发器转发器段段段路径光子层路
