通信技術(shù)基礎(chǔ)第8章PPT課件

1、1Multiplexing vs. No Multiplexing。第1頁/共57頁2是一種模擬技術(shù)，在鏈路帶寬大于要是一種模擬技術(shù)，在鏈路帶寬大于要傳輸?shù)乃行盘枎捴蜁r采用，將鏈路的帶寬劃分傳輸?shù)乃行盘枎捴蜁r采用，將鏈路的帶寬劃分為若干個子頻帶，每個子頻帶傳輸一路信號。為若干個子頻帶，每個子頻帶傳輸一路信號。原始信號在接收方可正常恢復(fù)的必要條件：原始信號在接收方可正?；謴?fù)的必要條件：載波頻率之間的頻差能夠容納調(diào)制信號的帶寬；載波頻率之間的頻差能夠容納調(diào)制信號的帶寬；信道之間由信道之間由警戒頻帶警戒頻帶分隔以防止信號交叉；分隔以防止信號交叉；FDM第2頁/共57頁3FDM復(fù)用的過程在

2、媒體上傳輸?shù)男盘柺悄M信號，若是數(shù)字數(shù)據(jù)，需在媒體上傳輸?shù)男盘柺悄M信號，若是數(shù)字數(shù)據(jù)，需要通過數(shù)字調(diào)制技術(shù)轉(zhuǎn)換為模擬信號要通過數(shù)字調(diào)制技術(shù)轉(zhuǎn)換為模擬信號每個發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生的信號通過調(diào)幅或調(diào)頻技術(shù)調(diào)制在每個發(fā)送設(shè)備產(chǎn)生的信號通過調(diào)幅或調(diào)頻技術(shù)調(diào)制在不同的載波頻率上不同的載波頻率上f1 , f2 , fn ，每個被調(diào)制信號都需要具有每個被調(diào)制信號都需要具有以各自載頻為中心以各自載頻為中心的一定的一定的帶寬，稱為的帶寬，稱為信道信道調(diào)制后的信號再被組合成一個可以通過鏈路傳輸?shù)膹?fù)調(diào)制后的信號再被組合成一個可以通過鏈路傳輸?shù)膹?fù)合信號合信號 。不同信號的頻譜之間必須有一定的空隙，所以不同信號的頻譜之間必須

3、有一定的空隙，所以FDM信信號的總帶寬號的總帶寬BBi第3頁/共57頁4第4頁/共57頁5Demultiplexing第5頁/共57頁6FDM 例：通過一媒體通過FDM傳輸三路話音信號第6頁/共57頁7FDM例2：FDM復(fù)用系統(tǒng)共有5個信道，每個信道帶寬為100KHz，如果每個信道之間需要10KHz的防護頻帶隔開，鏈路需要的最小帶寬為多少？第7頁/共57頁8模擬載波系統(tǒng) 長途載波系統(tǒng)是為了傳輸音頻信號而設(shè)計的大容量傳輸鏈路，如同軸電纜、微波系統(tǒng)等。 在模擬載波系統(tǒng)中通常經(jīng)過多級調(diào)制以容納更多的信道 基群 包含4KHz4KHz的1212路語音信道，范圍從60-108KHz60-108KHz； 超

4、群 將將5個基群信號作為整體繼續(xù)進行個基群信號作為整體繼續(xù)進行FDM形成，包含形成，包含60個個語音信道，信號范圍為語音信道，信號范圍為312KHz-552KHz； 主群主群 由10個超群進行FDM形成，包含600個語音信道第8頁/共57頁9Analog Hierarchy將較低帶寬線路上的信號復(fù)用到較高帶寬線路將較低帶寬線路上的信號復(fù)用到較高帶寬線路上，上，AT&T的分級系統(tǒng)由群組、超群組、主群組和巨群組組成。的分級系統(tǒng)由群組、超群組、主群組和巨群組組成。第9頁/共57頁10波分復(fù)用（WDM） 將不同頻率的多路光線在同一光纖上進行傳輸，每種波長的光都攜帶一個獨立的數(shù)據(jù)信道 也是頻分復(fù)

5、用的一種形式 1997年BELL實驗室實現(xiàn)的WDM系統(tǒng)，有100條速率為10Gbps的光束組成，總數(shù)據(jù)率為1Tbps第10頁/共57頁11WDM將不同源生成的波長不同的激光線束發(fā)送到復(fù)將不同源生成的波長不同的激光線束發(fā)送到復(fù)用器上合并起來通過一條光纖傳輸。用器上合并起來通過一條光纖傳輸。光源的組合與分解由棱鏡完成，棱鏡可基于光的入射光源的組合與分解由棱鏡完成，棱鏡可基于光的入射角與頻率將幾束輸入光角與頻率將幾束輸入光(窄帶光窄帶光)合成一道光合成一道光(寬帶光寬帶光)。第11頁/共57頁12時分復(fù)用 復(fù)用的對象是數(shù)字信號或攜帶數(shù)字數(shù)據(jù)的模擬信號 當(dāng)傳輸媒體能夠達到的數(shù)據(jù)率超出了被傳輸?shù)臄?shù)字信號

6、數(shù)據(jù)率時，采用時分復(fù)用技術(shù) 在不同的時間交錯的傳輸每個信號中的一部分 鏈路的分割是在時間上而不是在頻率上 時分復(fù)用技術(shù) 同步時分復(fù)用 統(tǒng)計時分復(fù)用第12頁/共57頁13交錯（Interleaving）同步時分復(fù)用好像快速旋轉(zhuǎn)開關(guān)，開關(guān)打開時同步時分復(fù)用好像快速旋轉(zhuǎn)開關(guān)，開關(guān)打開時對應(yīng)設(shè)備有機會向通路傳輸規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)，開關(guān)以對應(yīng)設(shè)備有機會向通路傳輸規(guī)定數(shù)目的數(shù)據(jù)，開關(guān)以恒定速率和固定順序在設(shè)備間輪轉(zhuǎn)的過程稱為交錯。恒定速率和固定順序在設(shè)備間輪轉(zhuǎn)的過程稱為交錯。交錯可用比特、字節(jié)和任何其他數(shù)據(jù)單元來進行。交錯可用比特、字節(jié)和任何其他數(shù)據(jù)單元來進行。在給定系統(tǒng)中在給定系統(tǒng)中交錯的單元是大小相等的交

7、錯的單元是大小相等的。有有空時隙出空時隙出現(xiàn)?，F(xiàn)。第13頁/共57頁14同步時分復(fù)用復(fù)用器在所有時間為每個設(shè)備分配完全一樣的時隙，不管該設(shè)備有沒有數(shù)據(jù)要傳送，而且分配給某設(shè)備的時隙在一幀中的位置是固定的。第14頁/共57頁15第15頁/共57頁16Synchronous TDM復(fù)用器為每個數(shù)據(jù)源分配的發(fā)送時間；時隙的復(fù)用器為每個數(shù)據(jù)源分配的發(fā)送時間；時隙的長度等于發(fā)送器緩存的長度，通常為一個比特或一個長度等于發(fā)送器緩存的長度，通常為一個比特或一個字節(jié)；字節(jié)；每個信號的時隙組成幀，一幀由時隙的一個完整每個信號的時隙組成幀，一幀由時隙的一個完整循環(huán)組成，包括分配給每個發(fā)送設(shè)備的一個或多個時循環(huán)組成

8、，包括分配給每個發(fā)送設(shè)備的一個或多個時隙。隙。所有為某個數(shù)據(jù)源指定的時隙序列構(gòu)成一個所有為某個數(shù)據(jù)源指定的時隙序列構(gòu)成一個信道信道第16頁/共57頁17TDM鏈路控制 流量控制 復(fù)用線路上的數(shù)據(jù)率是固定的，且復(fù)用器與分用器就是以此數(shù)據(jù)率工作，因此對于復(fù)用和分用器來說，不需要流量控制 若某一信道設(shè)備無法接受數(shù)據(jù)，TDM的數(shù)據(jù)傳輸不會中止；應(yīng)該由該輸出設(shè)備設(shè)法中止相應(yīng)輸入設(shè)備的數(shù)據(jù)流； TDM相應(yīng)信道上會運載一些空時隙，但整體的數(shù)據(jù)率是不變的第17頁/共57頁18TDM鏈路控制 差錯控制 其它信道的設(shè)備不希望進行重傳 不會因為某信道的差錯而要求重傳整個TDM幀 基于單信道的差錯控制 TDM鏈路控制

9、 整個TDM幀不進行鏈路控制 TDM幀不存在首部和尾部 每個信道各自進行鏈路控制第18頁/共57頁19TDM鏈路控制第19頁/共57頁20組幀 TDM幀的幀同步很有必要 若不同步，分用器就無法找準(zhǔn)每個信道的時隙，所有信道上的數(shù)據(jù)都會丟失 由于在同步時分復(fù)用中各幀內(nèi)的時間片順序不變，因而在幀頭上只需要很少的額外開銷，每個TDM幀增加一個控制比特，對應(yīng)的時隙稱為“控制信道”第20頁/共57頁21脈沖填充 同步TDM系統(tǒng)中常見問題： 不同數(shù)據(jù)源的時鐘不同，略有偏差可能造成同步丟失； 不同數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)率不同，而且可能不存在監(jiān)督的比例關(guān)系 解決方案：脈沖填充 復(fù)用器通過在設(shè)備的源數(shù)據(jù)流中插入附加的比特脈

10、沖，來強制使各個設(shè)備之間地速度關(guān)系是整數(shù)倍的。 填充脈沖被插入到復(fù)用器幀格式的固定位置上，以便分用器能夠識別并刪除它們第21頁/共57頁22第22頁/共57頁23數(shù)字載波系統(tǒng) 采用同步TDM系統(tǒng)的大容量傳輸鏈路，如光纖、同軸電纜等。 美國AT&T以及ITU-T標(biāo)準(zhǔn)開發(fā)了不同容量的分級TDM結(jié)構(gòu)。 TDM分級結(jié)構(gòu)以DS-1傳輸格式為基礎(chǔ)第23頁/共57頁24第24頁/共57頁25DS-1 數(shù)字化語音數(shù)據(jù)（抽樣速率為8kbps） 數(shù)據(jù)率為 8000 x193 = 1.544Mbps 每6幀中的5幀采用8bitPCM量化編碼，第6幀采用7bitPCM量化編碼，加一位信令比特 信令比特形成網(wǎng)絡(luò)

11、控制信息和路由信息的信道 數(shù)字數(shù)據(jù) 數(shù)據(jù)率為1.544Mbps 23個信道為數(shù)據(jù)信息，第24是同步信息第25頁/共57頁26T-1 Line是為傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)、語音是為傳輸數(shù)字數(shù)據(jù)、語音和音頻信號而設(shè)計的數(shù)字線路，但可以用在模擬傳輸和音頻信號而設(shè)計的數(shù)字線路，但可以用在模擬傳輸上，只需先采樣再時分復(fù)用即可，上，只需先采樣再時分復(fù)用即可，北美使用北美使用?？梢詫⒍鄺l語音信道復(fù)用到一條可以將多條語音信道復(fù)用到一條T-1線路上。線路上。第26頁/共57頁27DS Hierarchy是數(shù)字是數(shù)字信號的一個分級體系下信號的一個分級體系下圖顯示了各級別支持的圖顯示了各級別支持的數(shù)據(jù)速率。數(shù)據(jù)速率。第27頁/

12、共57頁28 E體系的速率： 基本層(E-1)：30路PCM數(shù)字電話信號，每路PCM信號的比特率為64 kb/s。由于需要加入群同步碼元和信令碼元等額外開銷(overhead)，所以實際占用32路PCM信號的比特率。故其輸出總比特率為2.048 Mb/s，此輸出稱為一次群信號。 E-2層：4個一次群信號進行二次復(fù)用，得到二次群信號，其比特率為8.448 Mb/s。 E-3層：按照同樣的方法再次復(fù)用，得到比特率為34.368 Mb/s的三次群信號 E-4層：比特率為139.264 Mb/s。 由此可見，相鄰層次群之間路數(shù)成4倍關(guān)系，但是比特率之間不是嚴格的4倍關(guān)系。 第28頁/共57頁29TS1

13、6信令偶幀TS0* 1A1 1 1 1 1幀同步碼奇幀TS0* 0 0 1 1 0 1 1話路(CH1 CH15)話 路 ( C H 1 6 CH30)125s16幀1復(fù)幀16幀32個時隙F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F158 bit CH30(1 bit = 488.3ns)8 bit(1 bit = 488.3ns)保留TS10TS12TS14TS16TS18TS9TS11TS13TS15TS17TS4TS6TS2TS0TS8TS5TS7TS3TS1TS20TS22TS28TS26TS24TS30TS19TS21TS23TS29TS27TS25TS3

14、1 E體系的一次群結(jié)構(gòu)第29頁/共57頁30 E體系的結(jié)構(gòu)圖 130( 3 0 路 6 4 kb/s)一次群 2.048 Mb/s復(fù)用設(shè)備14 路 2 . 0 4 8 Mb/s二次群 8.448 Mb/s二次復(fù)用4復(fù)用設(shè)備三次群 34.368 Mb/s三次復(fù)用復(fù)用設(shè)備144 路 8 . 4 4 8 Mb/s五次復(fù)用復(fù)用設(shè)備五次群 565.148 Mb/s4路139.264 Mb/s四次群 139.264 Mb/s復(fù)用設(shè)備144路34.368 Mb/s四次復(fù)用第30頁/共57頁31SONET/SDH SONET(同步光纖網(wǎng)絡(luò))，由貝爾通信研究所提議，形成標(biāo)準(zhǔn) SDH（同步數(shù)字系列）ITU-T國際

15、標(biāo)準(zhǔn) 規(guī)定了標(biāo)準(zhǔn)化的數(shù)字數(shù)據(jù)率分級結(jié)構(gòu) SONET規(guī)定的最低頻率為最低層STS-1（OC-1）51.84Mbps，SDH規(guī)定的最低頻率為155.52Mbps，對應(yīng)于SONET中的STS-3。 可以承載DS3或以下的低速率信號 多個STS-1信號可以通過TDM復(fù)用，組合形成一個STS-N信號第31頁/共57頁32SONET/SDH幀格式第32頁/共57頁33統(tǒng)計時分復(fù)用 并不是所有的設(shè)備在任何時間都在傳輸數(shù)據(jù)! 在同步時分復(fù)用中，時隙分配是固定的，即使某個發(fā)送設(shè)備不發(fā)送數(shù)據(jù)，也要占用時隙，造成多個時隙被浪費，傳輸效率不高; 統(tǒng)計時分復(fù)用按需分配時隙，充分利用了數(shù)據(jù)傳輸?shù)幕咎匦裕?在統(tǒng)計時分復(fù)用

16、中，有n個I/O線路，只有kn個有效時隙，只要這k個時隙被填滿，就發(fā)送這個TDM幀 時隙不是固定的，而是動態(tài)分配的！第33頁/共57頁34統(tǒng)計時分復(fù)用 復(fù)用線路的數(shù)據(jù)率小于鏈接設(shè)備數(shù)據(jù)率的總和； 統(tǒng)計復(fù)用器可以以較低的數(shù)據(jù)率支持與同步復(fù)用一樣多的設(shè)備； 若統(tǒng)計復(fù)用器和同步復(fù)用器使用相同數(shù)據(jù)率的鏈路，那么統(tǒng)計復(fù)用器可以支持更多的設(shè)備a. Only three lines sending data第34頁/共57頁b. Only four lines sending datac. All five lines sending data在第二、三種情況下，如果線路速度等于輸入線路速在第二、三種情況下

17、，如果線路速度等于輸入線路速度的度的3倍，則倍，則數(shù)據(jù)到達的速率數(shù)據(jù)到達的速率可能會快于可能會快于復(fù)用器將數(shù)據(jù)復(fù)用器將數(shù)據(jù)發(fā)送到鏈路的速率發(fā)送到鏈路的速率，此時需要一個，此時需要一個緩沖區(qū)緩沖區(qū)在復(fù)用器可在復(fù)用器可以發(fā)送之前緩存數(shù)據(jù)。以發(fā)送之前緩存數(shù)據(jù)。第35頁/共57頁36尋址 統(tǒng)計TDM中，時隙是動態(tài)分配的，事先無法知道某個源的數(shù)據(jù)會存放在哪個時隙中 需要在相應(yīng)的時隙中存放數(shù)據(jù)的地址信息，告訴分用器數(shù)據(jù)的去向； 地址會產(chǎn)生額外的開銷 不同的幀結(jié)構(gòu)具有不同的開銷，希望將額外開銷降到最小，提高吞吐能力Asynchronous TDM第36頁/共57頁37幀結(jié)構(gòu)第37頁/共57頁38性能 輸入的

18、平均量低于復(fù)用線路的容量，仍然存在某些輸入超過容量的尖峰時期 需要在復(fù)用器中設(shè)置一個緩存，暫時保存超量的輸入。 線路的容量越小，所需緩存就越大，系統(tǒng)的時延就越大。 需要在系統(tǒng)時延和線路速率之間找到一個折中點。第38頁/共57頁39性能 線路利用率 為系統(tǒng)的負荷 M為系統(tǒng)的總?cè)萘?利用率越高，所需緩存越大，=0.8后，緩存極具升高M緩存和利用率之間的關(guān)系第39頁/共57頁40性能時延和利用率的關(guān)系對于給定容量的鏈路，利用率越高，時延越大，尤其是在大于0.8時；對于不同鏈路，容量越大，時延越小緩存越大，溢出概率越??；利用率越高，溢出概率越大第40頁/共57頁41電纜調(diào)制解調(diào)器（cable mode

19、m） 利用有線電視網(wǎng)連接互聯(lián)網(wǎng)設(shè)備 提供兩條專用信道進行數(shù)據(jù)的往返傳輸，一個傳輸方向一條； 每條信道被多個用戶共享，通過統(tǒng)計時分復(fù)用來分配信道的容量； 每個用戶的訪問速度可達500kbps-1.5Mbps之間第41頁/共57頁42第42頁/共57頁43DSL是一種較新的技術(shù)，使用已有電信是一種較新的技術(shù)，使用已有電信網(wǎng)絡(luò)如本地回路的電話線去完成數(shù)據(jù)、語音、視頻與網(wǎng)絡(luò)如本地回路的電話線去完成數(shù)據(jù)、語音、視頻與多媒體的高速傳遞。多媒體的高速傳遞。五種：五種：非對稱數(shù)字用戶線非對稱數(shù)字用戶線ADSL高比特數(shù)字用戶線高比特數(shù)字用戶線HDSL單線數(shù)字用戶數(shù)據(jù)線路單線數(shù)字用戶數(shù)據(jù)線路SDSL甚高數(shù)據(jù)率數(shù)字

20、用戶線甚高數(shù)據(jù)率數(shù)字用戶線VDSL第43頁/共57頁44非對稱，下行比上行速率高。非對稱，下行比上行速率高。ADSLADSL將雙絞線電纜的帶寬劃分成三個頻帶：將雙絞線電纜的帶寬劃分成三個頻帶：其中語音頻帶只占其中語音頻帶只占用用4KHz4KHz，余下的做警戒帶寬。，余下的做警戒帶寬。無載波振幅無載波振幅/相位相位CAP：與與QAM相似，但主要區(qū)別是沒有載波相似，但主要區(qū)別是沒有載波信號，比信號，比QAM更復(fù)雜。更復(fù)雜。離散多音調(diào)技術(shù)離散多音調(diào)技術(shù)DMT：QAM與與FDM的結(jié)合，每個方向劃分的結(jié)合，每個方向劃分為為4KHz信道信道,每個信道都有自己的載波頻率。每個信道都有自己的載波頻率。ADSL

21、0 25 25 200 250 1000 KHz第44頁/共57頁45ADSL 利用普通電話線提供高速數(shù)字數(shù)據(jù)的傳輸 非對稱性：下行流量遠遠高于上行流量 ADSL利用FDM充分利用雙絞線的1MHz容量 最低的25KHz用于話音傳輸，POTS業(yè)務(wù)，保留額外的帶寬用于防止話音和數(shù)據(jù)信道間的串?dāng)_ 上行流和下行流內(nèi)部采用FDM容納多個信道傳輸 上行流頻帶和下行流頻帶之間或采用FDM或采用回聲抵消技術(shù) 回聲抵消：使用自適應(yīng)濾波技術(shù)從收到的信號中減去自己的回聲信號，恢復(fù)對方發(fā)送的信號，使得可以在一條傳輸線路上同時在兩個方向上傳輸信號第45頁/共57頁46第46頁/共57頁47ADSL 回聲抵消的好處 有更多的下行流帶寬位于較低的頻譜區(qū)內(nèi)； 回聲抵消設(shè)計在改變上行流容量時靈活性更大，上行流可以擴展至下行流，重疊區(qū)被擴展 缺點 兩端都需要回聲抵消裝置第47頁/共57頁48離散多音調(diào)（DMT） DMT在不同頻率上使用多個載波信號，分成若干個信道 DMT調(diào)制器在每路信道上發(fā)送測試信號，判斷信噪比 在信噪比高的信道上多分配一些比特，信噪比低的信道上少分配一些比特第48頁/共57頁49第49頁/共57頁50DMT由源產(chǎn)生的比特經(jīng)過由源產(chǎn)生的比特經(jīng)過串并轉(zhuǎn)換器串并轉(zhuǎn)換器，將，將N比特組成的數(shù)據(jù)劃分成比特組成的數(shù)