现代通信技术及应用教材配套课件第三章电话通信

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1、第三章 电话通信,本章重点： 多路复用技术 数字电话通信过程 PCM30/32系统 数字程控交换技术,本章内容： 多路复用技术 电话通信过程 数字程控交换 信令系统 电话业务,3.1 多路复用技术,为了提高线路利用率，使多个信号沿同一信道传输而互不干扰的通信方式。 主要包括频分多路复用（Frequency Division Multiple，FDM）、时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）和波分多路复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）。,3.1.1频分多路复用技术FDM,在同一信道上利用频率分割技术把多个信号调制

2、在不同的载波频率上，从而在同一信道上实现同时传送多路信号而互不干扰，通常用于模拟传输中。,利用各路信号在一条传输信道上占有不同时间间隙，以把各路信号分开，具体说就是把时间分成均匀的时间间隙，将每一路信号的传输分配在不同的时间间隙内，以达到互相分开的目的，时分多路复用多用于数字传输。,3.1.2时分多路复用技术TDM,每一路信号所占的时间间隙称为“路时隙”，简称为“时隙”（Time Slot，TS）。,发送端的各路话音信号经低通滤波器将带宽限制在3400Hz以内，然后加到匀速旋转的电子开关K1上，依次接通各路信号。K1旋转一周的时间为1帧长。发送端电子开关K1不仅起到抽样作用，同时还要起到合路的

3、作用，将信号码流送往信道。,将各分路信号码进行统一译码，还原后的信号由分路开关K2依次接通各分路，在各分路中经低通滤波器将重建的话音信号送往收端用户。,发、收双方的电子开关的起始位置和旋转速率都必须一致，否则将会造成错收，这就是时分多路复用系统中的同步要求。 收、发两端的数码率或时钟频率相同叫位同步或称比特同步，也可通俗的理解为两电子开关旋转速率相同； 收、发两端的起始位置是每隔1帧长（即每旋转一周）核对一次的，此称帧同步。这样才能保证正确区分收到的哪8位码是属于同一个样值的，又是属于哪一路的信号。,3.1.3波分多路复用,将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器汇合在

4、一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。,频分多路复用是通过不同的频段区分不同的信道； 时分多路复用是通过不同的时隙区分不同的信道； 波分多路复用是通过不同的波长区分不同的信道。,归纳思考,3.2 电话通信过程,3.2.1 数字电话通信过程 3.2.2 PCM基带传输 3.2.3 数字复接,3.2.1 数字电话通信过程,电话通信是利用电的方法传送人的语言并完成远距离语音通信过程。一般使用的固定电话为模拟电话终端，通过用户线连接到交换机，交换机之间中继线传输的是数字信号。 数字通信过程包括发送端的模/数

5、变换、信道传输和接收端的数/模变换三部分。,模拟信号转换为数字信号设备称为模/数转换设备。 将模拟信号转换为数字信号的方法有 PCM脉冲编码调制（Pulse Code Modulation 差值编码调制（Difference Pulse Code Modulation，DPCM） 自适应差值编码（Adaptive Difference Pulse Code Modulation，ADPCM） 增量调制（Delta Modulation，M）,PCM数字通信过程,PCM,图3-6 数字电话通信过程示意图,1.发送端的模/数变换,（1）抽样 （2）量化 （3）编码,（1）抽样,模拟信号数字化的第一

6、步是在时间上对信号进行离散化处理，即将时间上连续的信号处理成时间上离散的信号，这一过程称之为抽样。 通过抽样得到一系列在时间上离散的幅值序列称为样值序列。这些样值序列的包络线仍与原模拟信号波形相似，我们把它称之为脉冲幅度调制（Pulse Amplitude Modulation，PAM）信号。,话音信号的离散化处理 时间上的离散性,使连续信号f(t)变成了离散的f(t0)、 f(t1)、 f(t2)、 f(t3) ,（a） （b） 图3-7 抽样信号,设时间连续信号f（t），其最高截止频率为fm。要从样值序列无失真地恢复原时间连续信号，其抽样频率应选为fs2fm。这就是著名的奈奎斯特抽样定理，

7、简称抽样定理。 人的话音信号频率为3003400Hz，考虑防卫带的预留： fs8KHz，抽样周期T125s。,（2）量化,抽样后的PAM信号的幅度仍然是连续的，因此还是模拟信号。 幅值在一定范围内为无限多个值，若直接转换成二进制数字信号表示需要无限多位二进制信号与之对应，这是不可能实现的，为此要采用量化的办法。 量化是把信号在幅度域上连续的样值序列用近似的办法将其变换成幅度离散的样值序列。 具体的定义是，将幅度域连续取值的信号在幅度域上划分为若干个分级（量化间隔），在每一个分级范围内的信号值取某一个固定的值用m(t)来表示。 量化误差 这一近似过程一定会产生误差，称为量化误差。量化误差就是指量

8、化前后信号之差，会产生量化噪声。,同样伏值的噪声，对不同功率的信号影响是否相同？,均匀量化原理图,非均匀量化,图3-9 A律13折线,（3）编码,编码是把抽样并量化的量化值变换成一组（8位）二进制码组 对于一个数字话路来说，每秒钟抽取8000个样值，每个样值编为8位二进制代码，则每一话路的数码率为：8800064kbit/s。,图3-10 模/数转换过程示意图,2信道及再生中继,（1）信道传输的码型变换 PCM编码器输出的信号码型不符合长距离传输，通过码型变换转换成适合信道传输的线路码型。 （2）再生中继 PCM数字信号在信道上传输的过程中会受到衰减和噪声干扰的影响，使得波形失真。在信道上每隔

9、一段距离就要对数字信号波形进行一次“修整”，再生出与原发送信号相同的波形，然后,再进行传输。,3接收端的数/模变换,（1）再生、解码 接收端收到数字信号后，首先经整形再生，然后将线路码型转换为终端设备处理的码型。 解码与编码相反，是数/模变换，它把PCM信号还原为PAM信号，即把二进制码元还原成与发送端抽样、量化后的PAM近似的重建信号。 （2）低通滤波（平滑） 解码后的PAM信号送入低通滤波器，输出PAM信号的包络线。这包络线与原始的模拟信号极其相似，即还原为（或称重建）为原始话音的模拟信号，送给收端用户。,数字通信过程包括以下三个过程： 发送端的模/数变换包括抽样、量化和编码三个过程； 信

10、道传输包括码型变换和再生中继； 接收端的数/模变换包括再生、解码和低通滤波三个过程。,归纳思考,3.2.2 PCM基群传输,1PCM3032路系统的时隙分配和帧结构方式 2PCM30/32路设备在我国市话通信中的应用 3. PCM24路基群传输,1PCM3032路系统的时隙分配和帧结构方式,我国采用典型的时分复用设备是PCM30/32路系统，称为一次群或基群。 PCM30/32的含义 整个系统共分为32个时隙，其中30个路时隙分别用来传送30路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码，称为E1信道，用于北美和日本以外地区，包括中国。,PCM30/32的每一帧占用的时间是

11、125s，每帧的频率为8000帧/秒。一帧包含32个时隙，其编号为TS0 ，TS1 ，TS2TS31，则每一路时隙所占用的时间为3.9s，包含8bit，则PCM30/32路系统的总数码率是： fb=8000帧/秒32路时隙/帧8比特/路时隙2048kbit/s（即2.048Mbit/s） 而每一路的数码率则为：8bit8000/s=64kbit/s,2PCM30/32路设备在市话通信中的应用,PCM30/32路设备最初用于市话中继线的扩容。一个话路要占用一对中继线，若拿出两对中继线开通一套PCM30/32路系统，在这两对线上就可以同时传送30个话路，线路的利用率为原来的15倍。,3. PCM2

12、4路基群传输,PCM24路系统，也叫T1信道，广泛用于北美和日本的电话系统中，是把24路话音信道按时分多路的原理复合在一条1.544Mb/s的高速信道上。 该系统用一个编码解码器轮流对24路话音信道抽样、量化和编码，一个取样周期中（125s）得到的7位一组的数字合成一串，共724位长。这样的数字串在送入高速信道前要在每一个7位组的后面插入一个信令位，于是变成了824=192位长的数字串。这192位数字组成一帧，最后再加入一个帧同步位，故帧长为193位，如图3-13所示。,3.2.3 数字复接,扩大数字通信容量有两种方法。 一种方法是采用PCM30/32系统(又称基群或一次群)复用的方法。 另一

13、种方法是将几个（例如4个）经PCM复用后的数字信号（例如4个PCM30/32系统）再进行时分复用，形成更多路的数字通信系统。 国际上有两种标准系列与速率 我国和欧洲等国采用PCM30/32路，2.048Mbit/s作为一次群； 日本、美国采用24路，1.544Mbit/s作为一次群； 然后，分别以一次群为基础，构成更高速率的二、三、四、五次群。,复接方式有按位复接、按字节复接和按路复接三种方式，如图3-15所示。,从总体上说复接方法有两种：同步复接和异步复接。 如果被复接支路的时钟都是由同一个主振荡源所供给的，这时的复接就是同步时钟复接。在同步时钟复接中各被复接信号的时钟源是同一个，所以可保证

14、各支路的时钟频率相等。 异步时钟复接也叫准同步复接，指的是参与复接的各支路码流时钟不是出于同一时钟源。对异源基群信号的复接首先要解决的问题就是使被复接的各基群信号在复接前有相同的数码率，这一过程叫做码速调整。我国在异步复接中，采用的是正码速调整的技术。,3.3 数字程控交换,程控交换机是存储程序控制交换机（Stored Program Contro1，SPC） 的简称。 是利用电子计算机进行控制的，它把电话交换机各种控制功能按步骤编成程序存入存储器，利用存储器内所存的程序来控制整个交换机工作。,3.3.1程控数字交换机的组成,1程控交换机组成 2各组成部分功能 3程控交换机的用户服务功能,1程

15、控交换机组成,是由硬件系统和软件系统组成，其硬件总体结构图如图3-16所示。程控交换机的硬件系统包括话路部分、控制部分。程控交换系统中的硬件动作均由软件进行控制完成。,2各组成部分功能,（1）话路系统 （2）控制系统,（1）话路系统,话路系统可以分为用户级和选组级两部分，主要包括用户电路、用户集线器、中继线接口、信号设备、用户处理机以及数字交换网络（即选组级）等部件。,模拟用户电路 用户电路是用户线与交换机的接口电路，若用户线连接的终端是模拟话机，则用户线称为模拟用户线，其用户电路称为模拟用户电路，应有模/数（A/D）转换和数/模（D/A）转换的功能。 模拟用户电路板实物如图3-17所示。,用

16、户电路的主要功能“BORSCHT”功能： B（Battery Feed）：馈电。为用户线提供通话和监视电流,向用户话机馈电是采用 48V（或 60V）的直流电源供电。 O（Over voltage Protection）：过压保护。. R（Ringing）：振铃。由被叫侧的用户模块向被叫用户话机馈送铃流信号，同时向主叫用户送出回铃音。 S（Supervision）：监视。通过扫描点监视用户回路通、断状态，以监测用户摘机、挂机、拨号脉冲等用户线信号。 C（Codec Filtees）：编译码和滤波。把电话机发出模拟信号和信道接收的数字信号进行转换。 H（Hybird Circuit）：混合电路 。完成2线的模拟用户线与交换机内部4线的PCM传输线之间的转换。 T（Test）：测试。通过软件控制用户电路中的测试转换开关，对用户可进行局内侧和外线侧的测试。,用户集线器 用户集线器（Subscriber Line Concentrator，S