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鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)
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7/23/20231機(jī)車車輛研究所課程內(nèi)容前言數(shù)字通信的基本概念數(shù)字通信的基本技術(shù)信道復(fù)用技術(shù)數(shù)字交換技術(shù)數(shù)字語音會(huì)議技術(shù)7/23/20232機(jī)車車輛研究所前言鐵路數(shù)字調(diào)度通信系統(tǒng)就其本質(zhì)而言是全數(shù)字的專用電話通信系統(tǒng)。涉及到許多知識(shí)領(lǐng)域:數(shù)字通信技術(shù)數(shù)字交換技術(shù)數(shù)字話音會(huì)議處理技術(shù)ISND數(shù)字接口數(shù)字信號(hào)處理技術(shù)微處理器技術(shù)和計(jì)算機(jī)技術(shù)針對(duì)數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)來了解一些有關(guān)的基本知識(shí),有助于對(duì)數(shù)字調(diào)度系統(tǒng)的深入理解。7/23/20233機(jī)車車輛研究所1875年,貝爾發(fā)明了電話貝爾就是通過這個(gè)話筒實(shí)現(xiàn)了電話的第一次通話。其經(jīng)典名句是貝爾喊出的“瓦特森先生,快來,我需要你幫助?!碑?dāng)時(shí)貝爾被話筒中的酸液濺到了。它的收藏者是在俄勒崗貝爾電話大樓的地下室發(fā)現(xiàn)的貝爾(18xx-1922)英國(guó)人
1868年在倫敦工作
1871年去波士頓工作
1873年任波士頓大學(xué)教授
1875年發(fā)明多路電報(bào)
1876年發(fā)明電話一生曾獲許多專利。妻子是一位聾人。7/23/20234機(jī)車車輛研究所話音通信的分類根據(jù)對(duì)話音的處理技術(shù)來劃分,話音通信分為模擬話音通信-對(duì)應(yīng)模擬交換電話網(wǎng)數(shù)字話音通信-對(duì)應(yīng)數(shù)字程控交換電話網(wǎng)-數(shù)據(jù)話音通信-對(duì)應(yīng)的 IP電話軟交換網(wǎng)7/23/20235機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念
信息傳輸?shù)倪^程
信息和數(shù)據(jù)不能直接在介質(zhì)上傳輸。必須經(jīng)過適當(dāng)?shù)霓D(zhuǎn)換,必須把攜帶信息的數(shù)據(jù)用物理信號(hào)形式通過傳輸介質(zhì)傳送到目的地。
7/23/20236機(jī)車車輛研究所通信系統(tǒng)模型:信源信宿變換器信道反變換器噪聲源發(fā)出信息的信息源把信源發(fā)出的消息變換成適合在信道傳輸?shù)男盘?hào)信號(hào)的傳輸媒介,分為有線信道和無線信道把經(jīng)信道傳來的信號(hào)按與變換器的相反過程變成原信息信息接收者把發(fā)端、收端、傳輸信道三方面的干擾折合到信道中,合成為一個(gè)總的噪聲源7/23/20237機(jī)車車輛研究所模擬信號(hào):指代表消息的信號(hào)及其參數(shù)(幅度、頻率或相位)隨著消息連續(xù)變化的信號(hào)。利用模擬信號(hào)傳遞消息的系統(tǒng)就是模擬通信系統(tǒng)。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/20238機(jī)車車輛研究所模擬通信系統(tǒng)模型:模擬通信實(shí)例發(fā)信者信宿非電/電轉(zhuǎn)換器信道電/非電轉(zhuǎn)換器噪聲源調(diào)制器解調(diào)器原始信號(hào)具有頻率很低的頻譜分量,不適合直接傳輸,需將其變換成其頻帶適合信道傳輸?shù)男盘?hào)7/23/20239機(jī)車車輛研究所數(shù)字信號(hào):不僅在時(shí)間上是離散的而且在幅度上也是離散的信號(hào)。數(shù)字通信系統(tǒng)是利用數(shù)字信號(hào)傳遞消息的通信系統(tǒng)。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202310機(jī)車車輛研究所數(shù)字通信系統(tǒng)模型:信源非電/電轉(zhuǎn)換器模/數(shù)轉(zhuǎn)換加密器抗干擾編碼器噪聲源調(diào)制器信道信宿電/非電轉(zhuǎn)換器解調(diào)器抗干擾譯碼器解密器數(shù)/模轉(zhuǎn)換信源編碼保密通信采用對(duì)傳輸?shù)脑夹畔匆欢ㄒ?guī)則加入保護(hù)成分同步系統(tǒng)第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202311機(jī)車車輛研究所同步通信系統(tǒng)中,數(shù)字信號(hào)序列是按照節(jié)拍一步一步工作的,因此收發(fā)兩端節(jié)拍一定要一致,否則將出現(xiàn)混亂。另外發(fā)送的數(shù)字信號(hào)序列常常是編組的,收端必須知道這些編組的頭尾,否則無法恢復(fù)原始信息。要保證收、發(fā)兩端節(jié)拍一致,必須有同步系統(tǒng)控制。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202312機(jī)車車輛研究所數(shù)字通信實(shí)例第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202313機(jī)車車輛研究所數(shù)字通信的特點(diǎn)抗干擾能力強(qiáng),無噪聲積累
在數(shù)字通信中,由于數(shù)字信號(hào)的幅度值為有限個(gè)數(shù)的離散值(通常取兩個(gè)幅值0、1),在傳輸過程中受到噪聲干擾雖然也要疊加噪聲,但當(dāng)信噪比還沒有惡化到一定程度時(shí),即在適當(dāng)?shù)木嚯x,采用再生的方法即可消除噪聲干擾,將信號(hào)再生成原發(fā)送的信號(hào),如下圖所示。第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202314機(jī)車車輛研究所7/23/202315機(jī)車車輛研究所靈活性強(qiáng)適應(yīng)各種業(yè)務(wù)要求
各種消息(電報(bào)、電話、圖像和數(shù)據(jù)等)均可變?yōu)榻y(tǒng)一的數(shù)字信號(hào)進(jìn)行傳輸。便于與計(jì)算機(jī)連接
數(shù)字信號(hào)大都采用二元信號(hào),因此可以方便地與計(jì)算機(jī)接口。易于加密:如Z=X1⊕Y,X2=Z⊕Y例:
發(fā)送原始數(shù)據(jù)10011010 發(fā)端加密密碼⊕11101101 送上信道數(shù)據(jù)01110111 收端解密密碼⊕11101101 接收原始數(shù)據(jù)10011010第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202316機(jī)車車輛研究所設(shè)備便于集成化、微型化 由于數(shù)字通信系統(tǒng)中大部分電路都是由數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的,微電子技術(shù)的發(fā)展可使數(shù)字通信便于用大規(guī)模和超大規(guī)模集成電路來實(shí)現(xiàn)。占用頻帶寬一路數(shù)字電話頻帶一般為64kHz,而一路模擬電話所占頻帶僅為4kHz,前者是后者的16倍。
第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念7/23/202317機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念數(shù)字通信的主要技術(shù)指標(biāo)碼元與比特的關(guān)系信號(hào)傳輸時(shí)的一個(gè)波形單元稱為一個(gè)碼元二進(jìn)制數(shù)的一位稱為一比特CBDCACB011000011101107/23/202318機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念傳輸速率:是指數(shù)字在信道中傳輸?shù)乃俣?。分為RB和Rb碼元速率RB:每秒中傳送的碼元數(shù),即波特率,波特/秒(Baud/s)信息速率Rb:每秒中傳送的信息量,即比特率,比特/秒(bit/s或bps)兩者關(guān)系如下:
Rb=RB
log2M
(其中M為采用的進(jìn)制)7/23/202319機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念傳輸差錯(cuò)率誤碼率Pe:是指碼元在傳輸過程中,錯(cuò)誤碼元占總傳輸碼元的概率。(多進(jìn)制系統(tǒng)中)誤比特率Pb:是指在信息傳輸過程中,錯(cuò)誤的比特?cái)?shù)占總傳輸?shù)谋忍財(cái)?shù)的概率。(二進(jìn)制系統(tǒng)中)誤碼率指某一段時(shí)間的平均誤碼率,對(duì)于同一條數(shù)字電路由于測(cè)量的時(shí)間長(zhǎng)短不同,誤碼率就不一樣。7/23/202320機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念信號(hào)帶寬
信號(hào)的最高頻率與最低頻率之差,單位是赫茲(Hz)信道帶寬:信道中傳輸?shù)男盘?hào)在不失真的情況下所占用的最大頻率范圍,即信道頻帶,用赫茲Hz表示。信道帶寬是由信道的物理特性所決定的。信道容量:?jiǎn)挝粫r(shí)間內(nèi)信道上所能傳輸?shù)淖畲蟊忍財(cái)?shù),用比特/秒(bit/s或bps)表示。也可稱為信道最大數(shù)字傳輸率或
吞吐量7/23/202321機(jī)車車輛研究所奈氏(Nyquist)準(zhǔn)則
每赫帶寬的理想低通信道的最高碼元傳輸速率是每秒2
個(gè)碼元。理想低通信道的最高碼元傳輸速率=2WBaudW是理想低通信道的帶寬,單位為赫(Hz)不能通過能通過0頻率(Hz)W(Hz)7/23/202322機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念信道容量C與信道帶寬W的關(guān)系
Nyquist公式:用于理想低通信道
C=2Wlog2M7/23/202323機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念失真不嚴(yán)重失真嚴(yán)重實(shí)際的信道(帶寬受限、有噪聲、干擾和失真)輸入信號(hào)波形輸出信號(hào)波形(失真不嚴(yán)重)輸入信號(hào)波形實(shí)際的信道(帶寬受限、有噪聲、干擾和失真)輸出信號(hào)波形(失真嚴(yán)重)數(shù)字信號(hào)通過實(shí)際的信道7/23/202324機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念香農(nóng)(Shannon)用信息論的理論推導(dǎo)出了帶寬受限且有高斯白噪聲干擾的信道的極限、無差錯(cuò)的信息傳輸速率。信道的極限信息傳輸速率C可表達(dá)為
C=Wlog2(1+S/N)b/s
W為信道的帶寬(以Hz為單位);S為信道內(nèi)所傳信號(hào)的平均功率;N為信道內(nèi)部的高斯噪聲功率。
7/23/202325機(jī)車車輛研究所第一節(jié)數(shù)字通信的基本概念Nyquist
公式和Shannel
公式的比較
C=2W×log2M
此公式說明信道容量C隨數(shù)字傳輸信號(hào)編碼級(jí)數(shù)的增加而增加。
C=2W×log2(1+S/N)
無論采樣頻率多高,信號(hào)編碼分多少級(jí),此公式給出了信道能達(dá)到的最高傳輸速率。噪聲的存在將使編碼級(jí)數(shù)不可能無限增加。7/23/202326機(jī)車車輛研究所香農(nóng)公式表明信道的帶寬或信道中的信噪比越大,則信息的極限傳輸速率就越高。只要信息傳輸速率低于信道的極限信息傳輸速率,就一定可以找到某種辦法來實(shí)現(xiàn)無差錯(cuò)的傳輸。若信道帶寬W或信噪比S/N沒有上限(當(dāng)然實(shí)際信道不可能是這樣的),則信道的極限信息傳輸速率C也就沒有上限。實(shí)際信道上能夠達(dá)到的信息傳輸速率要比香農(nóng)的極限傳輸速率低不少。7/23/202327機(jī)車車輛研究所奈氏準(zhǔn)則和香農(nóng)公式在數(shù)字通信系統(tǒng)中的作用范圍
源系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)目的系統(tǒng)傳輸系統(tǒng)源點(diǎn)終點(diǎn)發(fā)送器接收器輸入信息輸出信息輸入數(shù)字輸出數(shù)字發(fā)送的信號(hào)接收的信號(hào)碼元傳輸速率受奈氏準(zhǔn)則的限制信息傳輸速率受香農(nóng)公式的限制7/23/202328機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)為了進(jìn)行傳輸,數(shù)字需要轉(zhuǎn)換為信號(hào),信號(hào)需要轉(zhuǎn)換為與傳輸信道相一致的類型,這種轉(zhuǎn)換稱之為編碼。在信宿方需進(jìn)行相反操作,還原信號(hào)和數(shù)字,稱為解碼。7/23/202329機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)1、信號(hào)編碼技術(shù)信號(hào)編碼的目的為了使信號(hào)適應(yīng)傳輸信道的要求為了提高通信傳輸?shù)男屎涂煽啃?/p>
信號(hào)編碼技術(shù)的類型數(shù)字信號(hào)為適應(yīng)模擬傳輸進(jìn)行的編解碼數(shù)字信號(hào)為提高數(shù)字傳輸效率和可靠性進(jìn)行的編解碼模擬信號(hào)為適應(yīng)數(shù)字處理進(jìn)行的編解碼模擬信號(hào)為提高模擬傳輸效率和可靠性進(jìn)行的編解碼7/23/202330機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)模擬數(shù)字模擬信號(hào)放大器調(diào)制器模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)
PCM編碼器數(shù)字?jǐn)?shù)字模擬信號(hào)調(diào)制器數(shù)字?jǐn)?shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)
數(shù)字發(fā)送器模擬數(shù)字?jǐn)?shù)字信號(hào)
PCM編碼器7/23/202331機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)用數(shù)字信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)字——編碼用模擬信號(hào)承載數(shù)字或模擬數(shù)字——調(diào)制7/23/202332機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)數(shù)字信號(hào)的模擬編碼:移幅鍵控法(ASK):
用載波的兩種不同幅度表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài);移頻鍵控法(FSK):用載波頻率附近的兩種不同頻率表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài);移相鍵控法(PSK): 用載波信號(hào)相位移動(dòng)表示二進(jìn)制的兩種狀態(tài);
7/23/202333機(jī)車車輛研究所移幅鍵控法(ASK)移頻鍵控法(FSK)移相鍵控法(PSK)7/23/202334機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)數(shù)字信號(hào)的數(shù)字編碼不歸零碼:(NRZ)
用兩種不同的電平分別表示二進(jìn)制信息“0”和“1”
根據(jù)“0”是否為0電平,分為單極性和雙極性兩種缺點(diǎn):發(fā)送方和接收方必須有時(shí)鐘同步;連續(xù)出現(xiàn)“0”或“1”時(shí),信號(hào)直流分量將累加7/23/202335機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)曼徹斯特編碼:(Manchester)
每比特中間都有一個(gè)跳變:從高到低跳變表示“1”,從低到高跳變表示“0”,中間的電平跳變作為雙方的同步信號(hào)。是一種自同步編碼方式,包括數(shù)字信息和時(shí)鐘信息。優(yōu)點(diǎn):克服了NRZ碼的不足。每位中間的跳變即可作為數(shù)字,又可作為時(shí)鐘,能夠自同步。
7/23/202336機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)差分曼徹斯特編碼:(DifferenceManchester)每一位中間都有一個(gè)跳變,每位開始時(shí)有跳變表示“0”,無跳變表示“1”。位中間跳變表示時(shí)鐘,位前跳變表示數(shù)字。
優(yōu)點(diǎn):時(shí)鐘、數(shù)字分離,便于提取。7/23/202337機(jī)車車輛研究所不歸零碼(NRZ)曼徹斯特碼差分曼徹斯特碼第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)起始有跳變起始無跳變7/23/202338機(jī)車車輛研究所模擬信號(hào)的數(shù)字編碼:
采樣定理:
Fs(=1/Ts)≥2Fmax
Fs≥2Bs
Ts采樣周期;
Fs采樣頻率;
Fmax原始信號(hào)的最高頻率;
Bs(=Fmax-Fmin)原始信號(hào)的帶寬;第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)7/23/202339機(jī)車車輛研究所脈沖編碼調(diào)制(PulseCodeModulation,PCM):脈沖編碼調(diào)制(PCM)是波形編碼中最重要的一種方式,在光纖通信、數(shù)字微波通信、衛(wèi)星通信等均獲得了極為廣泛的應(yīng)用,現(xiàn)在的數(shù)字傳輸系統(tǒng)基本都是采用PCM體制。PCM的工作過程為:抽樣、量化和編碼第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)7/23/202340機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)采樣;以采樣定理為依據(jù),按固定頻率采集模擬信號(hào)的瞬時(shí)電平值量化:將采樣樣本幅度按量化級(jí)決定取值,量化級(jí)與精度成正比,可分為8級(jí)、16級(jí)或更多的量化級(jí)編碼:用相應(yīng)位數(shù)的二進(jìn)制代碼表示量化后的采樣樣本的量級(jí).7/23/202341機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)PCM的工作過程7/23/202342機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)2、通信方式—數(shù)字流動(dòng)的方向單工通信:數(shù)字單向傳輸(無線電廣播)單工數(shù)字傳輸指的是兩個(gè)數(shù)字站之間只能沿一個(gè)指定的方向進(jìn)行數(shù)字傳輸。而相反方向只傳送聯(lián)絡(luò)信號(hào)。前者稱正向信道,后者稱反向信道。一般正向信道傳輸速率較高,反向信道傳輸速率很低。接收發(fā)送數(shù)字應(yīng)答(a)單工通信7/23/202343機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)半雙工通信:可以在兩個(gè)方向上進(jìn)行數(shù)字傳輸,但不能同時(shí)進(jìn)行(對(duì)講機(jī))
該方式要求通信雙方都有發(fā)送裝置和接收裝置。若想改變信息的傳輸方向,需要由開關(guān)Kl和K2進(jìn)行切換。(b)半雙工通信發(fā)送接收發(fā)送接收數(shù)字應(yīng)答K1K27/23/202344機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)全雙工通信:可以兩個(gè)方向同時(shí)進(jìn)行數(shù)字傳輸。發(fā)送發(fā)送接收接收數(shù)字應(yīng)答數(shù)字應(yīng)答(c)全雙工通信
通常四線線路實(shí)現(xiàn)全雙工數(shù)字傳輸,二線線路實(shí)現(xiàn)單工或半雙工數(shù)字傳輸。在采用頻分法、時(shí)間壓縮法、回波抵消技術(shù)時(shí),二線線路也可實(shí)現(xiàn)全雙工數(shù)字傳輸。7/23/202345機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)3、數(shù)字傳輸方式并行通信:是指數(shù)字信號(hào)以成組的方式在多個(gè)并行信道上同時(shí)進(jìn)行數(shù)字的傳輸。優(yōu)點(diǎn):傳輸速度快、無需字符同步缺點(diǎn):成本高、并行線路間存在電平干擾適用范圍:近距離和高速率的通信發(fā)端收端01110010b0b7b2b1b3b4b5b67/23/202346機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)串行通信:是指數(shù)字以比特流的形式逐位在一條信道上傳輸優(yōu)點(diǎn):成本低缺點(diǎn):傳輸效率低、收發(fā)雙方需要保證同步適用范圍:計(jì)算機(jī)之間通信和遠(yuǎn)程通信,是通信線路的主要傳輸方式
發(fā)端收端01110010b0b7b2b1b3b4b5b67/23/202347機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)4、數(shù)字傳輸?shù)耐郊夹g(shù)
在數(shù)字通信系統(tǒng)中,當(dāng)發(fā)送端與接收端采用串行通信時(shí),通信雙方交換數(shù)字要有高度的協(xié)同性,要保證傳輸數(shù)字速率、每個(gè)比特的持續(xù)時(shí)間和間隔均相同,這就需要采用同步技術(shù)。同步:就是要接收方按照發(fā)送方發(fā)送的每個(gè)碼元/比特起止時(shí)刻和速率來接收數(shù)字。
數(shù)字傳輸?shù)耐郊夹g(shù)有兩種方式:異步方式,又稱字符同步同步方式,又稱幀同步7/23/202348機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)異步方式:適于異步傳輸
每傳送1個(gè)字符(7或8位)都要在每個(gè)字符碼前加1個(gè)起始位,表示字符代碼的開始;在字符代碼和校驗(yàn)碼后面加1或兩個(gè)停止位,表示字符結(jié)束。接收方根據(jù)起始位和停止位來判斷一個(gè)字符的開始和結(jié)束,從而起到通信雙方的同步作用。
特點(diǎn):實(shí)現(xiàn)容易,傳輸一個(gè)字符要多使用2~3位,適用于低速通信7/23/202349機(jī)車車輛研究所第二節(jié)數(shù)字通信的基本技術(shù)同步方式:適于同步傳輸
同步傳輸?shù)男畔⒏袷绞且唤M字符或是一個(gè)二進(jìn)制位組成的數(shù)字塊(幀)。特點(diǎn):數(shù)字傳輸效率高,不使用附加位,適用于高速數(shù)字傳輸線路系統(tǒng)7/23/202350機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)線路復(fù)用是用一對(duì)傳輸線傳送多路信息的方法。信道復(fù)用使不同的通信終端連接到同一的信道上,共享信道資源。其目的是節(jié)省線路成本,有效地利用帶寬。7/23/202351機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)1、頻分多路復(fù)用FDM將多個(gè)信號(hào)調(diào)制在不同的載波頻率上。把信道的可用頻帶分成多個(gè)互不交疊的頻段,每個(gè)信號(hào)占用其中一個(gè)頻段,接收時(shí)用適當(dāng)?shù)臑V波器分離出不同信號(hào),分別進(jìn)行解調(diào)接收。微波通信就是FDM的典型應(yīng)用模擬微波系統(tǒng)有60路、960路、1800路或2700路話路數(shù)字微波系統(tǒng)可組成120路、480路、1920路話路7/23/202352機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)7/23/202353機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)2、波分多路復(fù)用(WDM)在一根光纖中同時(shí)傳輸多個(gè)波長(zhǎng)光信號(hào),是把光波長(zhǎng)分割復(fù)用的技術(shù)。實(shí)現(xiàn)方法:在發(fā)送端將不同的光信號(hào)組合起來通過光纖進(jìn)行傳輸,而在接收端將其復(fù)原。主要用于全光纖網(wǎng)組成的通信系統(tǒng)7/23/202354機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)WDM7/23/202355機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)波分復(fù)用就是光的頻分復(fù)用。
1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm
82.5Gb/s20Gb/s復(fù)用器分用器EDFA120km波分復(fù)用WDM7/23/202356機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)3、時(shí)分多路復(fù)用TDM按傳輸信號(hào)的時(shí)間進(jìn)行分割的,它使不同的信號(hào)在不同時(shí)間內(nèi)傳送。將整個(gè)傳輸時(shí)間分為許多短而不重疊的時(shí)間間隔(稱為時(shí)隙),每個(gè)時(shí)間片被一路信號(hào)占用。適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸由于光纖通信技術(shù)的發(fā)展,現(xiàn)在絕大部分的數(shù)字通信是在時(shí)分信道上傳輸。7/23/202357機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)7/23/202358機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)時(shí)分復(fù)用
4、時(shí)分多路復(fù)用的數(shù)字傳輸系統(tǒng)為了有效地利用傳輸線路,可將多個(gè)話路的PCM信號(hào)用時(shí)分復(fù)用TDM(TimeDivisionMultiplexing)的方法裝成時(shí)分復(fù)用幀,然后發(fā)送到線路上。中國(guó)采用歐洲體制,以E1為一次群。美國(guó)和日本等國(guó)采用北美體制,以T1為一次群。7/23/202359機(jī)車車輛研究所E1的時(shí)分復(fù)用幀
2.048Mb/s傳輸線路CH0CH16CH17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1…………時(shí)分復(fù)用幀CH0CH1CH2…CH15CH16CH17CH30CH31CH0…8bitt時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用幀T=125ms15個(gè)話路15個(gè)話路T7/23/202360機(jī)車車輛研究所
PCM的基群和高次群
PCM的高次群由若干個(gè)低次群通過數(shù)字復(fù)接設(shè)備匯總而成。由于基群有上述兩種系統(tǒng),所以高次群(二次群、三次群……)也有兩個(gè)系列,如表所示。7/23/202361機(jī)車車輛研究所30/32路PCM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)7/23/202362機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)數(shù)字傳輸系統(tǒng)數(shù)字通信中使用的TDM傳輸系統(tǒng)主要有PDH和SDH兩類準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)無標(biāo)準(zhǔn)的光接口規(guī)范,速率標(biāo)準(zhǔn)不統(tǒng)一不是完全同步傳輸只適合點(diǎn)對(duì)點(diǎn)通信無法實(shí)現(xiàn)分層管理7/23/202363機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)同步數(shù)字系列(SDH/SONET)
用SDH設(shè)備可以組成的帶有自愈保護(hù)能力的環(huán)網(wǎng)形式。統(tǒng)一的比特率,統(tǒng)一的光接口標(biāo)準(zhǔn),為不同廠家設(shè)備間的互聯(lián)提供了可能。采用字節(jié)復(fù)接技術(shù),使網(wǎng)絡(luò)中上下支路信號(hào)變得十分簡(jiǎn)單。網(wǎng)絡(luò)管理能力大大加強(qiáng)。7/23/202364機(jī)車車輛研究所
第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)
ITU-T以美國(guó)標(biāo)準(zhǔn)SONET為基礎(chǔ),制訂出國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)同步數(shù)字系列SDH(SynchronousDigitalHierarchy)。一般可認(rèn)為SDH與SONET是同義詞。SDH的基本速率為155.52Mb/s,稱為第1級(jí)同步傳遞模塊(SynchronousTransferModule),即STM-1,相當(dāng)于SONET體系中的OC-3速率。
7/23/202365機(jī)車車輛研究所線路速率(Mb/s)SONET符號(hào)ITU-T符號(hào)表示線路速率的常用近似值51.840OC-1/STS-1155.520*OC-3/STS-3STM-1155Mb/s466.560OC-9/STS-9STM-3622.080*OC-12/STS-12STM-4622Mb/s933.120OC-18/STS-18STM-61244.160OC-24/STS-24STM-81866.240OC-36/STS-36STM-122488.320*OC-48/STS-48STM-162.5Gb/s4876.640OC-96/STS-96STM-329953.280OC-192/STS-192STM-6410Gb/sSONET的OC級(jí)/STS級(jí)與SDH的STM級(jí)的對(duì)應(yīng)關(guān)系7/23/202366機(jī)車車輛研究所第三節(jié)信道復(fù)用技術(shù)光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)SDH是以光纖為主要傳輸手段的技術(shù)體制光同步數(shù)字傳輸網(wǎng)由SDH的網(wǎng)絡(luò)單元(NE)組成,在光纖上進(jìn)行同步信息傳輸、復(fù)用和交叉連接。1.5263445140155Mb/s
STM-1
分插復(fù)用器ADM155Mb/s155Mb/s電源公務(wù)告警TMN接口支路信號(hào):7/23/202367機(jī)車車輛研究所鐵路光纖數(shù)字傳輸系統(tǒng)示意圖STM-16STM-16STM-4OLTSTM-4OLT
路由器
計(jì)算機(jī)
電話控制信號(hào)專用通信STM-4ONU7/23/202368機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)1、數(shù)字通信的基本過程(1)建立通信線路→物理連接(2)建立數(shù)字傳輸鏈路→邏輯連接(3)數(shù)字傳送(4)結(jié)束數(shù)字傳輸→斷開邏輯連接(5)結(jié)束數(shù)字通信任務(wù)→斷開物理連接通信基本過程包含兩項(xiàng)內(nèi)容:
數(shù)字傳輸和通信過程的控制7/23/202369機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)信道分類物理信道是指用來傳送信號(hào)的物理通路,由傳輸物理介質(zhì)及有關(guān)通信設(shè)備組成。在信號(hào)的接收和發(fā)送之間不僅存在一條物理上的傳輸介質(zhì),還在結(jié)點(diǎn)內(nèi)部實(shí)現(xiàn)了其他“連接”,通常把這些“連接”稱為邏輯信道。同一物理信道上可以提供多條邏輯信道;但每一邏輯信道上只允許一路信號(hào)通過。網(wǎng)絡(luò)結(jié)點(diǎn)分類轉(zhuǎn)接結(jié)點(diǎn)是支持網(wǎng)絡(luò)連接性能的結(jié)點(diǎn),通過通信線路來轉(zhuǎn)接和傳遞信息。訪問結(jié)點(diǎn)是信息交換的源結(jié)點(diǎn)和目標(biāo)結(jié)點(diǎn),起信源和信宿的作用。7/23/202370機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)終端A和F建立電路連接示意圖BACDEF75432167/23/202371機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)2、交換與交換設(shè)備為節(jié)省通信線路,大型網(wǎng)絡(luò)主要采用部分連接(多子網(wǎng))的拓?fù)浣Y(jié)構(gòu)。兩個(gè)端結(jié)點(diǎn)之間的通信連接一般都要通過中間結(jié)點(diǎn)的轉(zhuǎn)接,中間結(jié)點(diǎn)要在它所連接幾條線路中選擇一條進(jìn)行接續(xù)。這個(gè)過程被稱為交換。能將網(wǎng)絡(luò)的各個(gè)信道按用戶需求連接起來的轉(zhuǎn)接結(jié)點(diǎn)設(shè)備稱為交換設(shè)備。7/23/202372機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)3、交換網(wǎng)絡(luò)交換網(wǎng)絡(luò)是能實(shí)現(xiàn)各個(gè)用戶間話路接續(xù)的四通八達(dá)的信息通路,它應(yīng)該能夠根據(jù)用戶的要求,通過控制部分的接續(xù)命令,建立主叫與被叫用戶間的連接通路。在縱橫制交換機(jī)中采用各種機(jī)電式接線器(如縱橫接線器等);在程控交換機(jī)中,目前主要采用由電子開關(guān)陣列構(gòu)成的空分接線器(S接線器)和由存儲(chǔ)器等電路構(gòu)成的時(shí)分接線器(T接線器)。7/23/202373機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)對(duì)數(shù)字化話音信息進(jìn)行交換實(shí)現(xiàn)不同時(shí)隙不同線路之間的交換數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)基本功能:給每一個(gè)用戶分配一個(gè)固定時(shí)隙在兩個(gè)用戶間(兩個(gè)不同時(shí)隙)進(jìn)行交換數(shù)字交換的實(shí)質(zhì):對(duì)數(shù)字信息進(jìn)行時(shí)隙交換TS1TS2TS3TS1TS2TS3數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)12341234TS1TS2TS37/23/202374機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)時(shí)分接線器(T接線器)
時(shí)分接線器的功能是完成一條PCM復(fù)用線上各時(shí)隙間信息的交換,它主要由話音存儲(chǔ)器和控制存儲(chǔ)器組成。話音存儲(chǔ)器(SM)是用來暫時(shí)存儲(chǔ)話音脈碼信息的,故又稱“緩沖存儲(chǔ)器”。
PCM母線的收、發(fā)分開數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)要進(jìn)行單向路由的接續(xù)7/23/202375機(jī)車車輛研究所交換網(wǎng)絡(luò)PCM入PCM出AATS5TS28單端PCM交換用T接線器來實(shí)現(xiàn)交換網(wǎng)絡(luò)SLCSLCDHWTS3TS4TS5TS0TS1TS2UHW7/23/202376機(jī)車車輛研究所交換網(wǎng)絡(luò)PCM入PCM出ABTS5TS5ATS28BTS28UHWTS5DHWTS5DHWTS28UHWTS28每個(gè)用戶同時(shí)在UHW、DHW上各占一個(gè)編號(hào)相同的時(shí)隙,分別作為發(fā)送時(shí)隙和接受時(shí)隙。7/23/202377機(jī)車車輛研究所多端PCM交換交換網(wǎng)絡(luò)PCM入PCM出AATS2TS16UHW0UHW1UHW2UHW3DHW0DHW1DHW2DHW3用T、S組合接線器來實(shí)現(xiàn)7/23/202378機(jī)車車輛研究所RWTS0TS31TS0TS31031310SMCMWCPU控制RT接線器組成結(jié)構(gòu)圖地址計(jì)數(shù)器時(shí)鐘地址計(jì)數(shù)器7/23/202379機(jī)車車輛研究所A!RWA310SMCMWCPU控制R地址計(jì)數(shù)器時(shí)鐘地址計(jì)數(shù)器TS6TS176TS6ATS173101761766313029········21TS0313029········21TS0CM的地址與輸出TS對(duì)應(yīng)7/23/202380機(jī)車車輛研究所T接線器結(jié)構(gòu)原理圖7/23/202381機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)!一、復(fù)用器當(dāng)單端PCM數(shù)不能滿足需要時(shí),需用多條PCM,如何實(shí)現(xiàn)?(先將它們合并成一條PCM,再送入T接線器。)T接線器復(fù)用器newHWHW0HW1HW2HW37/23/202382機(jī)車車輛研究所第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)復(fù)用器的基本功能串/并變換和并路復(fù)用。目的是降低數(shù)據(jù)傳輸速率,便于半導(dǎo)體存儲(chǔ)器件的存儲(chǔ)和取出操作;盡可能利用半導(dǎo)體器件的高速特性,使在每條數(shù)字通道中能夠傳送更多的信息,提高數(shù)字通道的利用率。通過串行碼變成并行碼,傳輸速率降低到原速率的1/8。使制造工藝要求降低,減少輻射干擾,降低器件的開關(guān)速度因而降低了造價(jià)。另外,速度的降低以增加傳輸線數(shù)為代價(jià)的。7/23/202383機(jī)車車輛研究所TS0TS1TS2復(fù)用器3020100021011131HW0HW1HW2HW3000102101112202122303132HW0TS0HW1TS0HW2TS0HW3TS0HW0TS1HW1TS1HW2TS1HW3TS17654321076543210DD復(fù)用器變換原理示意圖一第1步:HW合并2M8M!TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS77/23/202384機(jī)車車輛研究所TS0TS1TS2復(fù)用器3020100021011131HW0HW1HW2HW30001021011122021223031327654321076543210DD復(fù)用器變換原理示意圖一變換后的時(shí)隙的計(jì)算2M8M!TS復(fù)=TS號(hào)×HW總+HW號(hào)HW0
TS0HW1
TS0HW2
TS0HW3
TS0HW0
TS1HW1
TS1HW2
TS1HW3
TS1TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS77/23/202385機(jī)車車輛研究所T接線器復(fù)用器newHWHW0HW1HW2HW3
第2步:S/P復(fù)用器newHWHW0HW1HW2HW3CMS/PSM合并HW,時(shí)隙變換S/P,數(shù)據(jù)bit的變換2M8M1MTS0TS0TS0TS0TS0TS0D0D7D0D7!7/23/202386機(jī)車車輛研究所二、分路器作用與復(fù)用器相反;分出各HW上的各個(gè)TS。P/S變換。復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1MS/PD0D7P/SD0D7分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1M復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1MS/PD0D7P/SD0D7分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1M復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1MS/PD0D7P/SD0D7分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1M復(fù)用器HW0HW1HW2HW3CM2M8M1M分路器HW0HW1HW2HW3SM8M2M1MHW0HW1HW2HW3CM2M8M1MHW0HW1HW2HW38M2M1M7/23/202387機(jī)車車輛研究所數(shù)字空分接線器(S)由于T接線器的讀寫速率限制,其容量有限。當(dāng)需要的時(shí)隙數(shù)過大,通過復(fù)用器已不能完成時(shí),就需要用多個(gè)T接線器來實(shí)現(xiàn)時(shí)隙交換。那么就要解決不同T接線器之間的交換問題。功能:S接線器完成不同復(fù)用總線(PCM線)間同一TS的交換;S接線器是通過控制存儲(chǔ)器控制電子交叉矩陣接點(diǎn)的閉合來實(shí)現(xiàn)TS在不同PCM間交換的。組成結(jié)構(gòu):由電子交叉矩陣(開關(guān)時(shí)間所要求)和CM構(gòu)成。第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)7/23/202388機(jī)車車輛研究所數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中的空分接線器,就其結(jié)構(gòu)而言與空分交換網(wǎng)絡(luò)中的空分接線器是相同的。它在數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)中的作用是完成不同PCM復(fù)用線上同時(shí)隙間的信碼交換。S接線器只能實(shí)現(xiàn)母線間的交換,用戶數(shù)據(jù)經(jīng)過交換后時(shí)隙并不改變。N*N交換矩陣對(duì)應(yīng)著N個(gè)控制存儲(chǔ)器。每個(gè)存儲(chǔ)器的存儲(chǔ)單元號(hào)對(duì)應(yīng)相應(yīng)的時(shí)隙。第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)7/23/202389機(jī)車車輛研究所TS220431CMC0CMC1CMCnHW0HW1HWnHW0HW1HWnTS4TS4TS22………………1n…22S接線器的結(jié)構(gòu)輸出控制方式!單元地址為時(shí)隙號(hào),內(nèi)容為HW號(hào)(輸出)7/23/202390機(jī)車車輛研究所TST和STS數(shù)字交換網(wǎng)絡(luò)程控交換機(jī)的交換網(wǎng)絡(luò)可以是單級(jí)T接線器。但有的程控交換機(jī)的交換網(wǎng)絡(luò)可能由T接線器和S接線器多級(jí)組合而成,其中TST和STS網(wǎng)絡(luò)是最基本的兩種組合形式,尤其是TST網(wǎng)絡(luò),由于成本低、路由選擇簡(jiǎn)單,從80年代開始就被廣泛采用。第四節(jié)數(shù)字交換技術(shù)7/23/202391機(jī)車車輛研究所時(shí)/空結(jié)合交換單元與TST交換網(wǎng)絡(luò)等效的T網(wǎng)絡(luò)基本功能是實(shí)現(xiàn)任一入線的任一時(shí)隙與任一出線的任一時(shí)隙之間的交換連接。T/S單元常做成大規(guī)模集成專芯片,如:MT8980/MT89801(加拿大Mitel公司)美國(guó)Motorola公司的MC145601意大利SGS公司的M-088用復(fù)用器、分路器與T接線器組成單TST交換網(wǎng)絡(luò)
7/23/202392機(jī)車車輛研究所圖
與TST網(wǎng)絡(luò)等效的T網(wǎng)絡(luò)7/23/202393
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