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 1MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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PCMnPCM的高次群2 2MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏多路复用的概念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 象信号等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 3MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏时分复用原理（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 4MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏时分复用原理（2）nTDM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aabcdbca bb ccad用户ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四个时分复用帧时分复用t5 5MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏统计时分复用原理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，且帧长度固定（不同系统帧长可能 不同）n组帧按收到数据的先后顺序进行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abbccadaabcdbc用户ABCDtttt① ②③④#1#2#33个STDM帧统计时分复用t6 6MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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 7MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏PCM基本原理（2）抽样量化123456 789101112 13141516编码10112010 001 000345000678001 010 011910010101 110 111111213111141516110 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 8MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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9 9MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏32路PCM的帧结构F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10 F11F14 F15TS 0TS 1TS 2TS 3TS 4TS 5TS 6TS 7TS 8TS 9TS 10TS 11TS 12TS 13TS 14TS 15TS 16TS 17TS 18TS 19TS 20TS 21TS 22TS 23TS 24TS 25TS 26TS 27TS 28TS 29TS 30TS 311 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 1 0/1 1 11 2 3 4 5 6 7 81 1 0/1 1 1 1 1 1a b c d a b c d1复帧=16帧1帧=32时隙同步时隙标志信号时隙话路时隙F0F1F2F15a b c d a b c da 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1010MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏帧结构描述n帧重复频率＝抽样频率＝8kHzn抽样周期＝125usn时隙数＝32，时隙编号TS0－TS31n每路时隙＝3.91usn每路时隙传送8位码组，位时间＝488nsn每帧传送位数＝32×8=256n每路数码率＝8bit/125us＝64kbit/sn总码率＝256bit/125us＝2048kbit/s1111MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏帧结构描述n各时隙内容nTS1－TS15：话路时隙，传送1－15路话音信号编码nTS17－TS31：话路时隙，传送16－30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TS16n传送信令信号（如摘机、挂机、振铃等）n一帧中只传送8位码组，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1212MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏复帧结构描述n由16帧组成一个复帧n复帧频率＝8000Hz/16＝500Hz，周期＝2msn各帧信令nF0的TS16n前4位为复帧同步吗0000n第6为复帧失步告警码，同步为0,失步为1n其他位保留，暂定位1nF1－F15的TS16n前4位依次传送1－15路话路信令n后4位依次传送16－30路的话路信令1313MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏32 PCM帧的传输与处理n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1414MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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1515MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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/s8448kbit/s2048kbit/s2048kbit/s2048kbit/s一次群复 用 设 备8448kbit/s8448kbit/s8448kbit/s34.368Mbit/s三次群1616MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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1717MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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该条物理链 路，结束后拆除这条物理链路。
将该种交换 方式成为电路交换1818MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏电路交换的特点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1919MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏电路交换的工作过程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2020MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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2121MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏分组交换概念n分组交换（Packet Switching)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2222MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏分组交换——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虚电路分为两种：n永久性虚电路PVCn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SVCn通信前建立连接，通信后拆除连接2323MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏虚电路方式4 527316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2n通信结束后拆除连接（PVC除外）2424MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏分组交换——数据报方式n面向无连接方式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2525MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏数据报方式4 527316通信网络主机1主机2n主机到主机2的分组沿不同路径到达主机2n出现乱序（先发后到）1211122212626MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏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/VCIn支持多种业务（实时、非实时、不同速率）2727MLX 2006MLX 2006年春夏年春夏ATM信元n信元基本格式n信元包括两部分n其中，头部包含VPI、VCI及其它控制信息nVPI ：Virtual Path Identifier，虚通路标识符nVCI：Virtual Channel Identifier，虚通道标识符nVPI/VCI：标识一个信元的路径信息n一个信元在传输过程中，其VP。