【正文】 ???smmq ffffPN3)(2?89 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 時(shí)分復(fù)用和復(fù)接 ? 基本概念 ?時(shí)分多路復(fù)用原理 mi(t) 低通 1 低通 2 低通 N 信道 低通 1 低通 2 低通 N 同步旋轉(zhuǎn)開關(guān) m1?(t) m2? (t) m2(t) m1(t) mN? (t) mN(t) 90 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 例如，若語音信號(hào)用 8 kHz的速率抽樣，則旋轉(zhuǎn)開關(guān)應(yīng)每秒旋轉(zhuǎn) 8000周。設(shè)旋轉(zhuǎn)周期為 Ts秒，共有 N 路信號(hào)，則每路信號(hào)在每周中占用 Ts/N 秒的時(shí)間。此旋轉(zhuǎn)開關(guān)采集到的信號(hào)如下圖所示。每路信號(hào)實(shí)際上是 PAM調(diào)制的信號(hào)。 91 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 m1(t) m2(t) 1幀 T/N T+T/N 2T+T/N 3T+T/N 時(shí)隙 1 旋轉(zhuǎn)開關(guān)采集到的信號(hào) 信號(hào) m1(t)的采樣 信號(hào) m2(t)的采樣 92 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 在接收端， 若開關(guān)同步地旋轉(zhuǎn)，則對(duì)應(yīng)各路的低通濾波器輸入端能得到相應(yīng)路的 PAM信號(hào)。 上述時(shí)分復(fù)用基本原理中的機(jī)械旋轉(zhuǎn)開關(guān)，在實(shí)際電路中是用抽樣脈沖取代的。因此，各路抽樣脈沖的頻率必須嚴(yán)格相同，而且相位也需要有確定的關(guān)系，使各路抽樣脈沖保持等間隔的距離。在一個(gè)多路復(fù)用設(shè)備中使各路抽樣脈沖嚴(yán)格保持這種關(guān)系并不難，因?yàn)榭梢杂赏粫r(shí)鐘提供各路抽樣脈沖。 時(shí)分復(fù)用的主要優(yōu)點(diǎn)：便于實(shí)現(xiàn)數(shù)字通信、易于制造、適于采用集成電路實(shí)現(xiàn)、生產(chǎn)成本較低。 模擬脈沖調(diào)制目前幾乎不再用于傳輸。抽樣信號(hào)一般都在量化編碼后以數(shù)字信號(hào)的形式 傳輸。故上述僅是時(shí)分復(fù)用的基本原理。 93 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ?復(fù)接和分接 ? 復(fù)接 ：將低次群合并成高次群的過程。 在通信網(wǎng)中往往有多次復(fù)用，由若干鏈路來的多路時(shí)分復(fù)用信號(hào)，再次復(fù)用，構(gòu)成高次群。各鏈路信號(hào)來自不同地點(diǎn)，其時(shí)鐘（頻率和相位）之間存在誤差。所以在低次群合成高次群時(shí)，需要將各路輸入信號(hào)的時(shí)鐘調(diào)整統(tǒng)一。 ? 分接 ：將高次群分解為低次群的過程稱為分接。 ? 目前大容量鏈路的復(fù)接幾乎都是 TDM信號(hào)的復(fù)接。 ? 標(biāo)準(zhǔn)：關(guān)于復(fù)用和復(fù)接， ITU對(duì)于 TDM多路電話通信系統(tǒng)，制定了兩種 準(zhǔn)同步數(shù)字體系 (PDH)和兩種 同步數(shù)字體系(SDH)標(biāo)準(zhǔn)的建議。 94 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 準(zhǔn)同步數(shù)字體系 (PDH) ? ITU提出的兩個(gè)建議： ? E體系 － 我國(guó)大陸、歐洲及國(guó)際間連接采用 ? T體系 － 北美、日本和其他少數(shù)國(guó)家和地區(qū)采用， 95 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 層次 比特率（ Mb/s） 路數(shù)（每路 64kb/s） E 體 系 E 1 30 E 2 120 E 3 480 E 4 1920 E – 5 7680 T 體 系 T – 1 24 T 2 96 T 3 （日本） 480 （北美） 672 T – 4 （日本） 1440 （北美） 4032 T－ 5 （日本） 5760 （北美） 8064 96 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? E體系的結(jié)構(gòu)圖 1 30 ? (30路 ? 64 kb/s) 一次群 Mb/s 復(fù)用 設(shè)備 1 ? 4路 ? Mb/s 二次群 Mb/s 二次復(fù)用 4 復(fù)用 設(shè)備 三次群 Mb/s 三次復(fù)用 復(fù)用 設(shè)備 1 4 4路 ? Mb/s ? 五次復(fù)用 復(fù)用 設(shè)備 五次群 Mb/s 4路 ? Mb/s ? 四次群 Mb/s 復(fù)用 設(shè)備 1 4 4路 ? Mb/s ? 四次復(fù)用 97 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? E體系的速率： ? 基本層 (E1)： 30路 PCM數(shù)字電話信號(hào)，每路 PCM信號(hào)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(shí)際占用 32路 PCM信號(hào)的比特率。故其輸出總比特率為 Mb/s，此輸出稱為一次群信號(hào)。 ? E2層： 4個(gè)一次群信號(hào)進(jìn)行二次復(fù)用，得到二次群信號(hào)，其比特率為 Mb/s。 ? E3層：按照同樣的方法再次復(fù)用，得到比特率為 Mb/s的三次群信號(hào) ? E4層：比特率為 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(yán)格的 4倍關(guān)系。 98 TS16 信令 偶幀 TS0 * 1 A 1 1 1 1 1 幀同步碼 奇幀 TS0 * 0 0 1 1 0 1 1 話路 (CH1 ~ CH15) 話路 (CH16 ~ CH30) 125?s 16幀 1復(fù)幀＝ 16幀 32個(gè)時(shí)隙 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 8 bit CH30 (1 bit = ) 8 bit (1 bit = ) 保留 TS10 TS12 TS14 TS16 TS18 TS9 TS11 TS13 TS15 TS17 TS4 TS6 TS2 TS0 TS8 TS5 TS7 TS3 TS1 TS20 TS22 TS28 TS26 TS24 TS30 TS19 TS21 TS23 TS29 TS27 TS25 TS31 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? E體系的一次群結(jié)構(gòu) 99 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 1幀：由于 1路 PCM電話信號(hào)的抽樣頻率為 8000 Hz，抽樣周期為 125 ?s，即 1幀的時(shí)間。 ? 時(shí)隙 (TS)：將 1幀分為 32個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙容納 8比特。在 32個(gè)時(shí)隙中， 30個(gè)時(shí)隙傳輸 30路語音信號(hào)，另外 2個(gè)時(shí)隙可以傳輸信令和同步碼。其中時(shí)隙 TS0和 TS16規(guī)定用于傳輸幀同步碼和信令等信息；其他 30個(gè)時(shí)隙，即 TS1～ TS15和 TS17～TS31，用于傳輸 30路語音抽樣值的 8比特碼組。 ? 時(shí)隙 TS0的功能：在偶數(shù)幀和奇數(shù)幀不同。規(guī)定在偶數(shù)幀的時(shí)隙 TS0發(fā)送一次幀同步碼。幀同步碼含 7比特，為“ 0011011”，規(guī)定占用時(shí)隙 TS0的后 7位。時(shí)隙 TS0的第 1位“ *”供國(guó)際通信用；若不是國(guó)際鏈路，則它也可以給國(guó)內(nèi)通信用。 TS0的奇數(shù)幀留作告警 (alarm)等其他用途。在奇數(shù)幀中， TS0第 1位“ *”的用途和偶數(shù)幀的相同；第 2位的“ 1”用以區(qū)別偶數(shù)幀的“ 0”，輔助表明其后不是幀同步碼；第 3位“ A”用于遠(yuǎn)端告警，“ A”在正常狀態(tài)時(shí)為“ 0”，在告警狀態(tài)時(shí)為“ 1”；第 4～ 8位保留作維護(hù)、性能監(jiān)測(cè)等其他用途，在沒有其他用途時(shí)，在跨國(guó)鏈路上應(yīng)該全為“ 1” 。 100 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 時(shí)隙 TS16的功能：可以用于傳輸信令，但是當(dāng)無需用于傳輸信令時(shí)，它也可以像其他 30路一樣用于傳輸語音。信令是電話網(wǎng)中傳輸?shù)母鞣N控制和業(yè)務(wù)信息，例如電話機(jī)上由鍵盤發(fā)出的電話號(hào)碼信息等。在電話網(wǎng)中傳輸信令的方法有兩種。一種稱為共路信令 (CCS)，另一種稱為隨路信令 (CAS)。共路信令是將各路信令通過一個(gè)獨(dú)立的信令網(wǎng)絡(luò)集中傳輸；隨路信令則是將各路信令放在傳輸各路信息的信道中和各路信息一起傳輸。 ? 在此建議中為隨路信令作了具體規(guī)定。采用隨路信令時(shí)，需將 16個(gè)幀組成一個(gè)復(fù)幀，時(shí)隙 TS16依次分配給各路使用。如圖中第一行所示。 101 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 在一個(gè)復(fù)幀中按照下表共用此信令時(shí)隙。在 F0幀中，前 4個(gè)比特“ 0000”是復(fù)幀同步碼組，后 4個(gè)比特中“ x”為備用，無用時(shí)它全置為“ 1”，“ y”用于向遠(yuǎn)端指示告警，在正常工作狀態(tài)它為“ 0”，在告警狀態(tài)它為“ 1”。在其他幀（ F1至 F15）中，此時(shí)隙的 8個(gè)比特用于傳送 2路信令，每路 4比特。由于復(fù)幀的速率是 500幀 /秒，所以每路的信令傳送速率為 2 kb/s。 幀 比特 1 2 3 4 5 6 7 8 F0 0 0 0 0 x y x X F1 CH1 CH16 F2 CH2 CH17 F3 CH3 CH18 ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? F15 CH15 CH30 102 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 同步數(shù)字體系 (SDH) ? SDH基本概念 ? SDH是針對(duì)更高速率的傳輸系統(tǒng)制定出的全球統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)。 ? 整個(gè)網(wǎng)絡(luò)中各設(shè)備的時(shí)鐘來自同一個(gè)極精確的時(shí)間標(biāo)準(zhǔn)（例如銫原子鐘），沒有準(zhǔn)同步系統(tǒng)中各設(shè)備定時(shí)存在誤差的問題。 ? 在 SDH中，信息是以“ 同步傳送模塊 (STM)”的信息結(jié)構(gòu)傳送的。一個(gè)同步傳送模塊主要由信息有效負(fù)荷和 段開銷 (SOH)組成塊狀幀結(jié)構(gòu)，其重復(fù)周期為 125181。s。按照模塊的大小和傳輸速率不同， SDH分為若干等級(jí)。 103 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? SDH的速率等級(jí) ? 目前 SDH制定了 4級(jí)標(biāo)準(zhǔn)，其容量（路數(shù)）每級(jí)翻為 4倍，而且速率也是 4倍的關(guān)系，在各級(jí)間沒有額外開銷。 ? STM1：是基本模塊，包含一個(gè) 管理單元群 (AUG)和 段開銷 (SOH)。 ? STMN： 包含 N 個(gè) AUG和相應(yīng)的 SOH。 等級(jí) 比特率 (Mb/s) STM1 STM4 STM16 STM64 104 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? PDH體系和 SDH體系之間的關(guān)系 ? 通常將若干路 PDH接入 STM1內(nèi)，即在 。這時(shí)， PDH信號(hào)的速率都必須低于 ，并將速率調(diào)整到 。 ? 例如，可以將 63路 E1，或 3路 E3，或 1路 E4，接入 STM1中。對(duì)于 T體系也可以作類似的處理。這樣，在 SDH體系中，各地區(qū)的 PDH體制就得到了統(tǒng)一。 105 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? PDH和 SDH連接關(guān)系圖 指針處理 映 射 復(fù) 用 定位調(diào)整 Mb/s Mb/s ?1 VC3 C3 C4 TU3 TUG3 ?3 Mb/s VC2 VC12 VC11 C12 C11 C2 TU11 TU2 TU12 TUG2 ?3 ?4 ?7 ?7 Mb/s Mb/s Mb/s Cn 容器 n STMN VC3 VC4 AU4 AU3 AUG ?N ?1 ?3 106 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 容器： 是一種信息結(jié)構(gòu)。 PDH體系的輸入信號(hào)首先進(jìn)入容器 Cn， (n = 1 ~ 4)。這里，它為后接的虛容器 (VCn)組成與網(wǎng)絡(luò)同步的信息有效負(fù)荷。 ? 映射 ：在 SDH網(wǎng)的邊界處，使支路信號(hào)與虛容器相匹配的過程。在圖中用細(xì)箭頭指出。 ? 在 ITU的建議中只規(guī)定有幾種速率不同的標(biāo)準(zhǔn)容器和虛容器。每一種虛容器都對(duì)應(yīng)一種容器。 ? 虛容器 ：也是一種信息結(jié)構(gòu)。它由信息有效負(fù)荷和路徑開銷信息組成幀，每幀長(zhǎng) 125181。s或 500181。s。 ? 虛容器有兩種：低階虛容器 VCn (n=1, 2 ,3)；高階虛容器 VCn (n=3, 4)。低階虛容器包括一個(gè)容器 Cn (n = 1, 2, 3)和低階虛容器的路徑開銷。高階虛容器包括一個(gè)容器 Cn (n = 3, 4)或者幾個(gè)支路單元群（ TUG2或 TUG3），以及虛容器路徑開銷。虛容器的輸出可以進(jìn)入支路單元 TUn。 107 第 9章 模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸 ? 支路單元 TUn (n=1, 2, 3)：也是一種信息結(jié)構(gòu)，它的功能是為低階路徑層和高階路徑層之間進(jìn)行適配。它由一信息有效負(fù)荷（低階虛容器 VCn）和一個(gè)支路單元指針組成。支路單元指針指明有效負(fù)荷幀起點(diǎn)相對(duì)于高階虛容器幀起點(diǎn)的偏移量。 ? 支路單元群 (TUG)：由一個(gè)或幾個(gè)支路單元組成。后者在高階VCn有效負(fù)荷中占據(jù)不變的規(guī)定的位置。 TUG可以混合不同容量的支路單元以增強(qiáng)傳送網(wǎng)絡(luò)的靈活性。例如，一個(gè) TUG2可以由相同的幾個(gè) TU1或一個(gè) TU2組成；一個(gè) TUG3可以由相同的幾個(gè) TUG2或一個(gè) TU3組成。 108 第 9章 模擬信號(hào)