第7課 多路復(fù)用(2)n

PSTN互聯(lián)網(wǎng)是指用多個(gè)路由器將多個(gè)網(wǎng)絡(luò)互聯(lián)起來(lái)。由于以太網(wǎng)的技術(shù)特性，它所覆蓋的地理范圍有限，如果用以太網(wǎng)作為路由器之間的傳輸網(wǎng)絡(luò)，無(wú)法實(shí)現(xiàn)兩個(gè)相距很遠(yuǎn)的路由器之間的遠(yuǎn)距離通信。要實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)距離通信，就要用到廣域網(wǎng)。常用的廣域網(wǎng)技術(shù)有：PSTNSDHATMx.25幀中繼PSTNPSTN公共交換電話(huà)網(wǎng)主叫和被叫進(jìn)行通信的前提是它們之間必須建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)的連接，保證任何兩個(gè)用戶(hù)之間都能建立點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接的關(guān)鍵設(shè)備是程控交換機(jī)。這種交換機(jī)能夠自動(dòng)根據(jù)主叫和被叫號(hào)碼在交換機(jī)對(duì)應(yīng)輸入端口和輸出端口之間建立連接。((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機(jī)用戶(hù)線(xiàn)用戶(hù)線(xiàn)中繼線(xiàn)中繼線(xiàn)BDCAPSTNPSTN公共交換電話(huà)網(wǎng)主叫為了建立和被叫之間的點(diǎn)對(duì)點(diǎn)連接，它必須向連接它的交換機(jī)傳輸一些相關(guān)信息（這些信息至少包含被叫號(hào)碼、用戶(hù)線(xiàn)狀態(tài)等內(nèi)容），交換機(jī)與交換機(jī)之間也需要傳遞一些信息，這種信息稱(chēng)為信令。((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機(jī)用戶(hù)線(xiàn)用戶(hù)線(xiàn)中繼線(xiàn)中繼線(xiàn)BDCAPSTN((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機(jī)用戶(hù)線(xiàn)用戶(hù)線(xiàn)中繼線(xiàn)中繼線(xiàn)BDCAPSTN公共交換電話(huà)網(wǎng)主叫和連接它的交換機(jī)之間的線(xiàn)路稱(chēng)為用戶(hù)線(xiàn)。在用戶(hù)線(xiàn)上傳輸?shù)男盘?hào)都是模擬信號(hào)。而PSTN的交換機(jī)與交換機(jī)之間傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)。因此，則要求連接話(huà)機(jī)的交換機(jī)（本地局交換機(jī)）必須具有模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)的雙向轉(zhuǎn)換功能。A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換PSTN((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機(jī)用戶(hù)線(xiàn)用戶(hù)線(xiàn)中繼線(xiàn)中繼線(xiàn)BDCAPSTN公共交換電話(huà)網(wǎng)將模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號(hào)采用的是PCM脈沖編碼調(diào)制技術(shù)。最終產(chǎn)生的數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)稱(chēng)為PCM信號(hào)（或PCM碼）。64kbps的傳輸速率是PSTN的基本參數(shù)。A/D轉(zhuǎn)換D/A轉(zhuǎn)換PSTN((((本地交換局廣州交換局北京交換局本地交換機(jī)用戶(hù)線(xiàn)用戶(hù)線(xiàn)中繼線(xiàn)中繼線(xiàn)BDCAPSTN公共交換電話(huà)網(wǎng)交換機(jī)之間必須有多條線(xiàn)路相連，因?yàn)楸镜鼐纸粨Q機(jī)和長(zhǎng)話(huà)局交換機(jī)之間的線(xiàn)路數(shù)決定了本地局交換機(jī)所連接的用戶(hù)同時(shí)可以進(jìn)行長(zhǎng)話(huà)呼叫的數(shù)目。為了節(jié)省線(xiàn)路資源，采用了時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)。時(shí)分多路復(fù)用的應(yīng)用問(wèn)題1：語(yǔ)音是模擬信號(hào)，一般其最高頻率fh取4kHz，現(xiàn)將語(yǔ)音信號(hào)轉(zhuǎn)數(shù)字信號(hào)，采樣頻率是多少？采樣周期又是多少？采樣頻率fs>=2fh即fs>=

8kHz如果采樣頻率取8kHz,則采樣周期=1/fs=1/8000=125us可每隔125us采樣模擬語(yǔ)音信號(hào)，然后量化、編碼，如果按照A律PCM編碼，將每個(gè)量化值轉(zhuǎn)為一個(gè)8位的二進(jìn)制碼組。然后在線(xiàn)路上傳送二進(jìn)制數(shù)據(jù)序列。接收時(shí)可將數(shù)字信號(hào)恢復(fù)成原始信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用的應(yīng)用問(wèn)題2：如果一個(gè)傳輸介質(zhì)的傳輸速率可達(dá)2Mbps,在這個(gè)傳輸介質(zhì)上只傳一路數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，有什么缺點(diǎn)？從時(shí)間的角度講，按照采樣周期，每隔125us才進(jìn)行一次采樣，轉(zhuǎn)成8位數(shù)據(jù)序列，因此數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)的到達(dá)速率是64kbps，即每隔15.6us到達(dá)一個(gè)數(shù)據(jù)位，而傳輸介質(zhì)每隔0.5us（1/2×106)可發(fā)一個(gè)數(shù)據(jù)位。這就造成了傳輸介質(zhì)的利用率低。時(shí)分多路復(fù)用的應(yīng)用問(wèn)題3：如果一個(gè)傳輸介質(zhì)的傳輸速率較高,若采用同步時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)，傳輸多路數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)，可復(fù)用多少路呢？復(fù)用的路數(shù)和兩個(gè)因素有關(guān)：每路信號(hào)的到達(dá)速率，傳輸介質(zhì)的傳輸速率。例如：一個(gè)傳輸介質(zhì)的傳輸速率是2.048Mbps，則可復(fù)用的路數(shù)為：2.048*106/64*103=32E1線(xiàn)路E1線(xiàn)路(E1載波A律壓擴(kuò)特性)歐洲一種PCM傳輸標(biāo)準(zhǔn)，用于北美和日本以外地區(qū)的固定電話(huà)系統(tǒng)中（包括中國(guó)）。每一幀復(fù)用32路信號(hào)(其中2路作信令同步)。每路信號(hào)每秒8000次采樣，采用8位編碼?？赏茖?dǎo)出E1線(xiàn)路的傳輸速率：8*32*8000=2.048Mbps時(shí)分多路復(fù)用器32路輸入信號(hào)每幀含有32個(gè)時(shí)間片PCMPCMPCM數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)幀幀幀32路E1線(xiàn)路每一幀有32個(gè)時(shí)隙。每一幀分配的時(shí)間是125us。每個(gè)時(shí)隙分配的時(shí)間是3.9us（125us/32=3.9us）。每個(gè)時(shí)隙傳的是8位bit，每一位分配的時(shí)間是0.488us(3.9/8=0.488us)

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS30TS31……E1線(xiàn)路

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS30TS31……每一幀中時(shí)隙TS1~TS15、TS17~TS31用來(lái)傳語(yǔ)音信號(hào)。時(shí)隙TS0用作幀同步，TS16用來(lái)傳送信令。所以，32路中只有30路用作話(huà)路，其他2路用作控制。該幀也稱(chēng)為30/32路PCM基群幀E1線(xiàn)路T1線(xiàn)路(T1載波μ律壓擴(kuò)特性)一種PCM傳輸標(biāo)準(zhǔn)，在北美和日本的固定電話(huà)系統(tǒng)中廣泛使用。每一幀復(fù)用24路語(yǔ)音信號(hào)，每路信號(hào)每秒8000次采樣，采用7位編碼，再加上一位信令位。因此，每一幀中有24個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙8位，每一幀后再加入一個(gè)幀同步位。故幀長(zhǎng)為193位。

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS23……B幀同步位該幀也稱(chēng)為24路PCM基群幀T1線(xiàn)路時(shí)分多路復(fù)用器24路輸入信號(hào)每幀含有24個(gè)時(shí)間片PCMPCMPCM數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)數(shù)字信號(hào)幀幀幀24路T1線(xiàn)路每一幀分配的時(shí)間仍然是125us。因?yàn)橐粠袀?93位，因此T1線(xiàn)路的傳輸速率為：

TS0

TS1

TS2…

TS15

TS16

TS17

TS23……B幀同步位193/125us=1.544MbpsT1線(xiàn)路

比較E1與T1E1線(xiàn)路的總速率為=32*8/125us=2.048MbpsE1線(xiàn)路中，對(duì)于每一路語(yǔ)音信號(hào)，傳輸數(shù)據(jù)的速率是8/125us=64kbpsT1線(xiàn)路的總速率為=193/125us=1.544MbpsT1線(xiàn)路中，對(duì)于每一路語(yǔ)音信號(hào)，傳輸數(shù)據(jù)的速率是7/125us=56kbpsT1線(xiàn)路與E1線(xiàn)路的比較高次群隨著發(fā)展，用戶(hù)量劇增，傳輸介質(zhì)的傳輸速率有很大提高。原來(lái)的E1線(xiàn)路、T1線(xiàn)路已無(wú)法滿(mǎn)足實(shí)際需要，因此需要線(xiàn)路上能同時(shí)傳更多用戶(hù)的信號(hào)。就有了E2、E3、E4、E5、T2、T3、T4、T5等。線(xiàn)路語(yǔ)音路數(shù)傳輸速率DS01路56kT1(DS1)24路1.544MT2(DS2)24*4=96路6.312MT3(DS3)96*7=672路44.736MT4(DS4)672*6=4032路274.176MT5(DS5)4032*2=8064路560.160M線(xiàn)路語(yǔ)音路數(shù)傳輸速率DS01路64kE1(DS1)30路2.048ME2(DS2)30*4=120路8.448ME3(DS3)120*4=480路34.368ME4(DS4)480*4=1920路139.264ME5(DS5)1920*4=7680路565.148M高次群?jiǎn)栴}：E2、E3…、T2、T3…是不是也是采用多路復(fù)用技術(shù)？不是多路復(fù)用技術(shù)，而是采用的數(shù)字復(fù)接技術(shù)。因?yàn)橐?25us內(nèi)完成多路信號(hào)的復(fù)用。如果路數(shù)很多，則對(duì)每路信號(hào)的處理時(shí)間很短，假設(shè)120路，則每路信號(hào)的處理時(shí)間不到1us，這對(duì)電路元器件的要求很高，在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來(lái)很困難。因此，對(duì)于一定路數(shù)的信號(hào)，直接采用多路復(fù)用技術(shù)可行，但是對(duì)于較多路的信號(hào)，卻難以實(shí)現(xiàn)。高次群數(shù)字復(fù)接技術(shù)（不介紹）一次群二次群三次群四次群SDH交換機(jī)間的線(xiàn)路可以是E1E2..E5或T1T2…T5?？梢钥闯鼋粨Q機(jī)間的線(xiàn)路傳輸速率不是任意的，目的是為了使交換機(jī)標(biāo)準(zhǔn)化。在PSTN中可以用一對(duì)點(diǎn)到點(diǎn)的光纖互聯(lián)兩個(gè)交換機(jī)。而其他網(wǎng)絡(luò)中也需要用光纖來(lái)互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)（如路由器）。每一種網(wǎng)絡(luò)都需要單獨(dú)用于互聯(lián)網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)的光纖?；谝陨峡紤]，必須提供一種標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)字傳輸系統(tǒng)，由它統(tǒng)一為PSTN和其他網(wǎng)絡(luò)提供數(shù)字傳輸服務(wù)。這就是SDH（同步數(shù)字體系）。SDH同步光纖網(wǎng)SONET：SDH的前身，定義了一組在光纖上傳輸光信號(hào)的速率和格式，其傳輸速率以51.840Mbps為基礎(chǔ)。此速率對(duì)于電信號(hào)稱(chēng)為第1級(jí)同步傳送信號(hào)，即STS-1；對(duì)于光信號(hào)則稱(chēng)為第1級(jí)光載波，即OC-1同步數(shù)字系列SDH：以SONET為基礎(chǔ)制定，SDH的基本速率是155.52Mbps,稱(chēng)為第1級(jí)同步傳遞模塊，即STM-1，相當(dāng)于OC-3速率。線(xiàn)路速率(Mbps)SONETSDH51.840OC-1/STS-1155.520OC-3/STS-3STM-1466.560OC-9/STS-9STM-3622.080OC-12/STS-12STM-4933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320OC-48/STS-48STM-164976.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6424SDH為了和PSTN中的8kHz的采樣頻率相吻合，SDH每一幀的傳輸時(shí)間為125us。MSOHRSOH1幀9×270字節(jié)1

3

4

5

99261270STM-1信息凈負(fù)荷STM-1幀開(kāi)銷(xiāo)STM-1幀由9行、270列共2430個(gè)字節(jié)組成。傳送時(shí)按由左到右、由上至下的順序進(jìn)行，直到整個(gè)幀傳送完畢。每秒傳送8000幀。8000×9×270×8=155.520Mbit/s轉(zhuǎn)接表和時(shí)隙交換代表在第2個(gè)時(shí)隙中將數(shù)據(jù)輸出到1號(hào)線(xiàn)上代表在第2個(gè)時(shí)隙中發(fā)送來(lái)自3號(hào)線(xiàn)的數(shù)據(jù)時(shí)隙交換的本質(zhì)是每一個(gè)時(shí)隙相當(dāng)于64Kbps的物理鏈路，轉(zhuǎn)接表給出的輸入、輸出時(shí)隙的對(duì)應(yīng)關(guān)系，完全等同于輸入、輸出端口之間的連接。轉(zhuǎn)接表和時(shí)隙交換語(yǔ)音信道占用交換機(jī)間線(xiàn)路的一個(gè)時(shí)隙；建立呼叫連接時(shí)創(chuàng)建的轉(zhuǎn)接表完成交換機(jī)輸入、輸出線(xiàn)路之間時(shí)隙對(duì)應(yīng)關(guān)系；數(shù)字語(yǔ)音信號(hào)傳輸過(guò)程中，由交換機(jī)實(shí)現(xiàn)輸入線(xiàn)路時(shí)隙至輸出線(xiàn)路時(shí)隙的交換過(guò)程，這種交換仍然是電路交換。連接建立過(guò)程用戶(hù)線(xiàn)1端口117PSTN交換機(jī)之間采用數(shù)字通信，用戶(hù)線(xiàn)采用模擬通信，Modem需要完成調(diào)制解調(diào)功能；

Modem建立和遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備之間的語(yǔ)音信道的過(guò)程完全等同于主叫和被叫之間的呼叫連接建立過(guò)程；交換機(jī)間數(shù)字鏈路采用時(shí)分復(fù)用機(jī)制，因此，交換機(jī)用轉(zhuǎn)接表給出輸入鏈路和輸出鏈路的時(shí)隙交換關(guān)系。端口117端口213連接建立過(guò)程用戶(hù)線(xiàn)1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接成功接入后的接入網(wǎng)絡(luò)配置在用戶(hù)終端和ISP遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備之間要遵循PPP協(xié)議：IP分組要封裝成ppp幀PPP要完成對(duì)用戶(hù)的身份認(rèn)證和用戶(hù)終端的IP地址分配用戶(hù)線(xiàn)1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接成功接入后的接入網(wǎng)絡(luò)配置用戶(hù)終端和ISP遠(yuǎn)程用戶(hù)設(shè)備之間的ppp操作過(guò)程通過(guò)雙方交換LCP幀，建立PPP鏈路通過(guò)雙方交換PAP幀或CHAP幀，對(duì)用戶(hù)身份進(jìn)行認(rèn)證通過(guò)雙方交換NCP幀，為用戶(hù)終端分配IP地址192.1.1.9，并在ISP遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備的路由表中添加以下項(xiàng)：表明所有目的地址為192.1.1.9的IP分組，封裝成PPPIP分組幀，通過(guò)連接PSTN交換機(jī)2的E3鏈路中的時(shí)隙13傳輸給用戶(hù)終端192.1.1.9/32端口113ppp用戶(hù)線(xiàn)1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接一旦完成接入控制過(guò)程，撥號(hào)接入網(wǎng)絡(luò)就是一個(gè)以遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備為互連設(shè)備實(shí)現(xiàn)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)信道和以太網(wǎng)互連的互連網(wǎng)端到端傳輸?shù)腎P分組封裝成PPP幀后經(jīng)過(guò)語(yǔ)音信道，封裝成MAC幀后經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)，遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備為用戶(hù)終端分配IP地址后，在路由表中動(dòng)態(tài)生成將該IP地址和連接用戶(hù)終端語(yǔ)音信道綁定的路由項(xiàng)。成功接入后的接入網(wǎng)絡(luò)配置用戶(hù)線(xiàn)1端口117端口117端口213192.1.1.9/32端口113ppp192.1.2.0/24端口2直接用戶(hù)終端直接將IP分組封裝成PPP幀通過(guò)點(diǎn)對(duì)點(diǎn)語(yǔ)音信道傳輸給遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備；構(gòu)成PPP幀的字節(jié)流通過(guò)RS-232口傳輸給Modem，調(diào)制成模擬信號(hào)后，經(jīng)用戶(hù)線(xiàn)傳輸給PSTN交換機(jī)1；PSTN交換機(jī)1收到后進(jìn)行A/D轉(zhuǎn)換變成PCM碼，然后通過(guò)預(yù)留的時(shí)隙傳輸給ISP遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備。PCM碼到達(dá)遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備，經(jīng)D/A還原成模擬信號(hào)，經(jīng)解調(diào)，還原成字節(jié)流，經(jīng)過(guò)幀定界，從字節(jié)流中分離出PPP幀；再?gòu)腜PP幀中分離出IP分組，根據(jù)目的IP地址，查找路由表，然后將IP分組封裝成MAC幀，經(jīng)過(guò)以太網(wǎng)發(fā)給服務(wù)器。用戶(hù)終端訪(fǎng)問(wèn)Internet過(guò)程遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備的作用能響應(yīng)呼叫請(qǐng)求；將用戶(hù)終端IP地址和連接用戶(hù)終端的語(yǔ)音信道綁定在一起；能鑒別用戶(hù)身份；能動(dòng)態(tài)分配IP地址。用戶(hù)終端通過(guò)用戶(hù)線(xiàn)接入PSTN。遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備直接通過(guò)數(shù)字鏈路接入PSTN。用戶(hù)終端至遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備存在A/D轉(zhuǎn)換,A/D轉(zhuǎn)換引入量化噪聲。影響數(shù)字信號(hào)傳輸速率(33.6kbps)。遠(yuǎn)程用戶(hù)接入設(shè)備至用戶(hù)終端無(wú)A/D轉(zhuǎn)換(56kbps)。C=Wlog2（1+S/N）=3100*log2(2501)=35k