1、第2章 数字通信技术,2.1 模拟信号数字化 2.2 时分多路复用及A律PCM30/32路系统 2.3 数字复接技术 2.4 同步数字系列SDH,2.1模拟信号的数字化,2.1.1 数字通信的特点： (1) 抗干扰能力强、无噪声积累。 (2) 便于加密处理。 (3) 便于存储、处理和交换。 (4) 设备便于集成化、微型化。 (5) 便于构成综合数字网和综合业务数字网。 (6) 占用信道频带较宽。,2.1.2 脉冲编码调制（PCM）技术,脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，简称PCM）是先对信号进行抽样，并对每个样值独立地加以量化，然后通过编码转换为数字信号。如图2.2所示
2、。,图2.2 PCM系统结构图,图 2.3PCM信号形成示意图,1. 抽样 信源发出的话音信号是模拟信号，它不仅在幅度取值上是连续的，而且在时间上也是连续的。要使话音信号数字化并实现时分多路复用，首先要在时间上对话音信号进行离散化处理，这一过程叫抽样。 理论和实践证明，只要抽样脉冲的间隔T1/2fH(fH是话音信号的最高频率)，则抽样后的样值序列可不失真地还原成原来的话音信号。这也称作抽样定律。,图2.4 模拟信号与其对应的样值序列,1)低通信号抽样定理 一个频带限制在(0,fH)赫内的时间连续信号m(t)，如果以T1/(2fH)秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定
3、。 对于一个频带限制在(fL,fH)内的信号，当fLfH时，一般将它作为低通信号处理，抽样频率fs2fH。 语音信号的抽样频率fs=8 kHz。,图 ： 抽样过程的时间函数及对应频谱图,图 ： 理想抽样与信号恢复,将mS(t)通过理想低通滤波器即可恢复出m(t),2)带通信号抽样定理,带通信号的带宽B=fH-fL，且B B 即 N 1时 fS =2B； 当 fS 2B(1+K/N) 时，可能出现频谱混叠现象（这一点与低通信号不同）。,例：fH = 5MHz，fL = 4MHz，fS =2MHz或3MHz 时，求MS(f),图2.6 带通信号抽样,脉冲振幅调制(PAM)是脉冲载波的幅度随基带信号
4、变化的一种调制方式。 若脉冲载波是冲激脉冲序列，则按抽样定理进行抽样得到的信号ms(t)就是一个PAM信号。 用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况，是不可能实现的。因为冲击序列在实际中是不能获得的，即使能获得，由于抽样后信号的频谱为无穷大，对有限带宽的信道而言也无法传递。 在实际中通常采用脉冲宽度相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列，从而实现脉冲振幅调制。 用窄脉冲序列进行实际抽样的两种脉冲振幅调制方式是：自然抽样的脉冲调幅和平顶抽样的脉冲调幅。 ,3)脉冲振幅调制(PAM),图 ： 自然抽样的PAM原理框图,图 7- 11 自然抽样的PAM波形及频谱,理想抽样与自然抽样的
5、不同之处是: 理想抽样的频谱被常数1/Ts加权，因而信号带宽为无穷大； 自然抽样频谱的包络按Sa函数随频率增高而下降，因而带宽是有限的，且带宽与脉宽有关。 越大，带宽越小，这有利于信号的传输，但大会导致时分复用的路数减小，显然的大小要兼顾带宽和复用路数这两个互相矛盾的要求。,图：平顶抽样,图 7 12 平顶抽样信号及其产生原理框图,在实际应用中，平顶抽样信号采用抽样保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。在后面将讲到的PCM系统的编码中，编码器的输入就是经抽样保持电路得到的平顶抽样脉冲。 在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的特性，抽样速率fs要比2f
6、H选的大一些，一般fs=（2.53）fH。例如语音信号频率一般为 3003400 Hz，抽样速率fs一般取8000 Hz。,2. 量化 抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍然是连续的，还必须进行离散化处理，才能最终用数字来表示。这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。 （1） 均匀量化均匀量化采用相等的量化间隔对采样得到的信号作量化，这种量化也称线性量化。,图2.7 均匀量化,均匀量化与线性PCM,均匀量化器的量化间隔为一常数,图2.8： 线性框图,图中mq(t)为平顶PAM信号，eq(t)，nq(t)为量化噪声，Ne(t)，ne(t)为误码噪声。,译码输出噪声功
7、率谱密度pi(f)可近似为抽样函数Sa(.)，经孔径补偿低通滤波器处理后的噪声功率谱密度变为一个矩形函数，如下图所示：,图2.9：译码器输出噪声通过孔径补偿,线性PCM语音信号的量化信噪比特性曲线如下图所示：,图2.10： 线性PCM语音信号量化信噪比,语音信号 ：SNRq=(4.77+20lgD+6N) dB,在长途电话系统中，PCM编码器输入的语音信号的动态范围为45 dB左右，为了保证语音质量，PCM译码器输出的语音信号的量化信噪比应大于25 dB。由图可知，当20lgD=-7 dB时，SNRq=25 dB，令电话系统SNRq=25 dB，20lgD=(-7-45) dB=-52 dB，
8、得N=12。即对语音信号进行12位线性PCM编码，才能满足长话通信要求。,关于线性PCM的量化噪声，有下列重要结论：, 量化噪声与信号大小无关，为一常数； 编码位数增加1位，量化噪声减小6 dB，量化信噪比增大6 dB； 量化信噪比随信号功率减小而减小，且减小的分贝数相同； 线性PCM一般用在信号动态范围较小的A/D变换接口，例如计算机、遥测遥控、仪表、图像通信等系统的数字化接口。,（2） 非均匀量化,如果使小信号时量化级间隔小些，而大信号时量化级间隔大些，就可以使小信号时和大信号时的信噪比趋于一致，这种非均匀量化级的安排称为非均匀量化或非线性量化。,从理论分析的角度来看，非均匀量化是对信号非
9、线性变化后再进行均匀量化的结果。,图2.11：非均匀量化框图与压缩扩张特性曲线,信号的压缩与扩张话音信号通常是小信号出现的概率大，大信号出现的概率小。通常使用的压缩器中，多采用对数式压缩，广泛采用的对数压缩律是律和A律，归一化律特性为Y归一化压缩器输出电压X归一化压缩器输入电压压缩参数，表示压缩程度 ,(3)非均匀量化与对数PCM,A律压扩特性,Y=,A为压扩参数， A=1时无压缩， A值越大压缩效果越明显。,图2.12 ：对数压缩特性(a) 律； (b)A律,=0 时， 压缩特性是一条通过原点的直线， 故没有压缩效果，小信号性能得不到改善； 值越大压缩效果越明显， 一般当=100时， 压缩效
10、果就比较理想了。在国际标准中取=255。 律压缩特性曲线是以原点奇对称的， 图中只画出了正向部分。,早期的A律和律压扩特性是用非线性模拟电路获得的。由于对数压扩特性是连续曲线，且随压扩参数而不同，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的，因而精度和稳定度都受到限制。 随着数字电路特别是大规模集成电路的发展，另一种压扩技术数字压扩，日益获得广泛的应用。它是利用数字电路形成许多折线来逼近对数压扩特性。,数字压扩,在实际中常采用的方法有两种：一种是采用13折线近似A律压缩特性，另一种是采用15折线近似律压缩特性。 A律13折线主要用于英、法、德等欧洲各国的PCM 30/32路基群中，我国的PCM30/
11、32路基群也采用A律13折线压缩特性。律15折线主要用于美国、加拿大和日本等国的PCM 24路基群中。 CCITT建议G.711规定，上述两种折线近似压缩律为国际标准，且在国际间数字系统相互连接时，要以A律为标准。,A律13折线 A律13折线的产生是从不均匀量化的基点出发，设法用13段折线逼近A=87.6的A律压缩特性。 具体方法是： 把输入x轴和输出y轴用两种不同的方法划分。对x轴在01（归一化）范围内不均匀分成8段，分段的规律是每次以二分之一对分， 第一次在0到1之间的1/2处对分，第二次在0到1/2之间的1/4处对分，第三次在0到1/4之间的1/8处对分，其余类推。 对y轴在01（归一化
12、）范围内采用等分法，均匀分成8段，每段间隔均为1/8。然后把x，y各对应段的交点连接起来构成8段直线， 得到如图 所示的折线压扩特性。其中第1、 2段斜率相同(均为16)，因此可视为一条直线段，故实际上只有7根斜率不同的折线。,以上分析的是正方向，由于语音信号是双极性信号，因此在负方向也有与正方向对称的一组折线，也是7根，但其中靠近零点的1、2段斜率也都等于16，与正方向的第1、2段斜率相同，又可以合并为一根，因此，正、负双向共有2(8-1)-1=13 折，故称其为13折线。 但在定量计算时， 仍以正、 负各有8段为准。 ,图2.13：A律13折线,律15折线采用15折线逼近律压缩特性（=25
13、5）的原理与A律13折线类似，也是把y轴均分8段，对应于y轴分界点i/8处的x轴分界点的值根据下式来计算， 即 x= 由此折线可见，正、负方向各有8段线段，正、负的第1段因斜率相同而合成一段，所以16段线段从形式上变为15段折线， 故称其律15折线。,图 2.14律15折线,小信号的量化信噪比律比A律大一倍多。不过，对于大信号来说， 律要比A律差。 信号经过压缩后会产生失真，要补偿这种失真，则要在接收端相应位置采用扩张器。 在理想情况下，扩张特性与压缩特性是对应互逆的，除量化误差外，信号通过压缩再扩张不应引入另外的失真。 ,3. 编码和解码 把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码，
14、其逆过程称为解码或译码。 模拟信号m(t)经抽样和量化后得到的M进制（一般常用128或256）的多电平数字信号，如果直接传输的话，抗噪声性能很差，要经过编码器转换成二进制数字信号(PCM信号)后，再经数字信道传输。 在接收端，二进制码组经过译码器还原为M进制的量化信号，再经低通滤波器恢复原模拟基带信号 ， 量化与编码的组合称为模/数变换器(A/D变换器)；译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。,1) 码字和码型二进制码具有抗干扰能力强，易于产生等优点，因此PCM中一般采用二进制码。对于M个量化电平，可以用N位二进制码来表示，其中的每一个码组称为一个码字。为保证通信质量，目前国际
15、上多采用8位编码的PCM系统。 码型指的是代码的编码规律，其含义是把量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。,在PCM中常用的二进制码型有三种：自然二进码、折叠二进码和格雷二进码（反射二进码）。 在PCM通信编码中，折叠二进码比自然二进码和格雷二进码优越，它是A律13折线PCM 30/32路基群设备中所采用的码型。,2) 码位的选择与安排 码位数的选择，不仅关系到通信质量的好坏， 而且还涉及到设备的复杂程度。 在信号变化范围一定时，用的码位数越多，量化分层越细，量化误差就越小，通信质量当然就更好。 码位数越多，设备越复杂，同时还会使
16、总的传码率增加，传输带宽加大。 一般从话音信号的可懂度来说，采用34位非线性编码即可，若增至78位时，通信质量就比较理想。 ,在13折线编码中，普遍采用8位二进制码，对应有M=28=256个量化级，即正、负输入幅度范围内各有128个量化级。这需要将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级，由于每个段落长度不均匀，因此正或负输入的8个段落被划分成816=128个不均匀的量化级。按折叠二进码的码型，这8位码的安排如下：,极性码 段落码 段内码 C1 C2C3C4 C5C6C7C8,其中第1位码C的数值“1”或“0”分别表示信号的正、负极性，称为极性码。,对于正、负对称的双极性信号，在极性判决后
17、被整流（相当取绝对值），以后则按信号的绝对值进行编码，因此只要考虑13折线中的正方向的8段折线就行了。这8段折线共包含128个量化级，正好用剩下的7位幅度码C2C3C4C5C6C7C8表示。 第2至第4位码C2C3C4为段落码，表示信号绝对值处在哪个段落，3位码的8种可能状态分别代表8个段落的起点电平。 但应注意，段落码的每一位不表示固定的电平， 只是用它们的不同排列码组表示各段的起始电平。,假设以非均匀量化时的最小量化间隔=1/2048作为均匀量化的量化间隔，那么从13折线的第一段到第八段的各段所包含的均匀量化级数分别为16、16、32、64、128、256、512、 1024，总共有204
18、8个均匀量化级，而非均匀量化只有128个量化级。 按照二进制编码位数N与量化级数M的关系：M=2N， 均匀量化需要编11位码，而非均匀量化只要编7位码。 通常把按非均匀量化特性的编码称为非线性编码；按均匀量化特性的编码称为线性编码。 可见，在保证小信号时的量化间隔相同的条件下，7位非线性编码与11位线性编码等效。由于非线性编码的码位数减少，因此设备简化，所需传输系统带宽减小。 ,3) 编码器编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进制代码。除第一位极性码外，其他7位二进制代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的。这种编码器就是PCM通信中常用的逐次比较型编码器。,图2.15: 逐
19、次比较型编码器原理图,保持电路的作用是在整个比较过程中保持输入信号的幅度不变。 由于逐次比较型编码器编7位码(极性码除外)需要在一个抽样周期Ts以内完成Is与IW的7次比较，在整个比较过程中都应保持输入信号的幅度不变，因此要求将样值脉冲展宽并保持。这在实际中要用平顶抽样，通常由抽样保持电路实现。 原理上讲模拟信号数字化的过程是抽样、量化以后才进行编码。但实际上量化是在编码过程中完成的，也就是说，编码器本身包含了量化和编码的两个功能。 实际电路中，抽样，量化，编码是由芯片完成的，如TP3057。,例：设输入信号抽样值Is=+1260（为一个量化单位， 表示输入信号归一化值的1/2048），采用逐
20、次比较型编码器, 按A律13折线编成8位码C1C2C3C4C5C6C7C8。 解 编码过程如下： （1）确定极性码C1：由于输入信号抽样值Is为正，故极性码C1=1。 （2） 确定段落码C2C3C4： 段落码C2是用来表示输入信号抽样值Is处于13折线8个段落中的上四段还是下四段，故确定C2的标准电流应选为IW=128 第一次比较结果为IsIW， 故C2=1，说明Is处于上四段。,C3是用来进一步确定Is处于56段还是78段，故确定C3的标准电流应选为IW=512第二次比较结果为IsIW， 故C3=1，说明Is处于78段。 同理， 确定C4的标准电流应选为 IW=1024第三次比较结果为IsI
21、W，所以C4=1，说明Is处于第8段。 经过以上三次比较得段落码C2C3C4为“111”，Is处于第8段，起始电平为1024。 ,（3）确定段内码C5C6C7C8：段内码是在已知输入信号抽样值Is所处段落的基础上，进一步表示Is在该段落的哪一量化级（量化间隔）。参看对应的表可知，第 8 段的 16 个量化间隔均为8=64，故确定C5的标准电流应选为 IW=段落起始电平+8(量化间隔)=1024+864=1536第四次比较结果为IsIW，故C5=0，由表可知Is处于前8 级（07量化间隔）。,同理， 确定C6的标准电流为 IW=1024+464=1280第五次比较结果为IsIW，故C6=0，表示
22、Is处于前4级（04量化间隔）。确定C7的标准电流为 IW=1024+264=1152第六次比较结果为IsIW，故C7=1，表示Is处于23量化间隔。 最后，确定C8的标准电流为 IW=1024+364=1216,第七次比较结果为IsIW，故C8=1，表示Is处于序号为3的量化间隔。 由以上过程可知，非均匀量化（压缩及均匀量化）和编码实际上是通过非线性编码一次实现的。经过以上七次比较， 对于模拟抽样值+1260，编出的PCM码组为 1 111 0011。 它表示输入信号抽样值Is处于第 8 段序号为 3 的量化级， 其量化电平为1216，故量化误差等于44。 若使非线性码与线性码的码字电平相等
23、，即可得出非线性码与线性码间的关系，编码时，非线性码与线性码间的关系是7/11变换关系，如上例中除极性码外的7位非线性码1110011，相对应的11位线性码为10011000000。,4) PCM 信号的码元速率和带宽由于PCM要用N位二进制代码表示一个抽样值，即一个抽样周期Ts内要编N位码，因此每个码元宽度为Ts/N，码位越多，码元宽度越小，占用带宽越大。显然，传输PCM信号所需要的带宽要比模拟基带信号m(t)的带宽大得多。 a. 码元速率：设m(t)为低通信号，最高频率为fH， 按照抽样定理，抽样速率fs2fH，如果量化电平数为M， 则采用二进制代码的码元速率为RB=fslog2M=fsN
24、 式中， N为二进制编码位数。 ,b.传输PCM信号所需的最小带宽抽样速率的最小值fs=2fH，这时码元传输速率为fb=2fHN。那么，在无码间串扰和采用理想低通传输特性的情况下，所需最小传输带宽（Nyquist带宽）为,实际中用升余弦的传输特性， 此时所需传输带宽为 B=fb=Nfs 以常用的N=8，fs=8kHz为例，实际应用的B=Nfs=64 kHz，显然比直接传输语音信号m(t)的带宽（4kHz）要大得多。,5) 译码原理译码的作用是把收到的PCM信号还原成相应的PAM样值信号，即进行D/A变换。A律13折线译码器原理与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同，所不同的是增加了极性控制部
25、分和带有寄存读出的7/12位码变换电路。 ,串/并变换记忆电路的作用是将加进的串行PCM码变为并行码，并记忆下来，与编码器中译码电路的记忆作用基本相同。极性控制部分的作用是根据收到的极性码C1是“1”还是“0”来控制译码后PAM信号的极性，恢复原信号极性。,7/12变换电路的作用是将7位非线性码转变为12位线性码。 在编码器的本地译码器中采用7/11位码变换，使得量化误差有可能大于本段落量化间隔的一半。译码器中采用7/12变换电路，是为了增加了一个i/2恒流电流，人为地补上半个量化级，使最大量化误差不超过i/2，从而改善量化信噪比。寄存读出电路是将输入的串行码在存储器中寄存起来，待全部接收后再
26、一起读出，送入解码网络。实质上是进行串/并变换。12位线性解码电路主要是由恒流源和电阻网络组成， 与编码器中解码网络类同。它是在寄存读出电路的控制下，输出相应的PAM信号。,图2.16 ： 译码器原理框图,2.2 时分多路复用及PCM30/32路系统,2.2.1 时分复用的基本概念 时分复用基本原理是：将传输时间分割为若干个互不重叠的时隙，各个信号按照一定的顺序占用各自的时隙。在发端，按照这一顺序将各个信号进行复接；在收端，按照这一顺序再将各个信号进行分接。 TDM的优点如下： 分接器和复接器都是数字电路，易于实现； 不会因为传输系统不理想而引起串话。,2.2.2 时分复用中的同步技术,时分复
27、用通信中的同步技术包括位同步(时钟同步)和帧同步， 位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。 位同步的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。 为了达到收、发端频率同频、同相，在设计传输码型时，一般要考虑传输的码型中应含有发送端的时钟频率成分。,帧同步是为了保证收、发各对应的话路在时间上保持一致，这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号。 帧同步必须是在位同步的前提下实现。 为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧(或几帧)中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码。这样，收端只要能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的
28、首尾，从而正确区分出发端送来的各路信号。,设各个信源都为模拟信源，则时分复用通信系统原理如下图所示:,图： TDM原理,例子：利用TP3057完成PCM编译码实验,1、编码器,图： TDM编码器,FSx对输入信号抽样，在BLCKx 8个脉冲作用下对抽样值进行编码，得到8位PCM信号。BCLKx频率增大，每组8bit数据占有时间减少，两组数据之间空余时间增加。,注：在Dx端口需加一上拉电阻，倒相处理后得此Dx波形,2.译码器,图：TDM译码器,图7.21 TDM译码器波形,工程上，BCLKR和FSR都需从接收到的PCM码流中提取，为了得到FSR信号，在发端必须将帧同步码与PCM数据复接在一起。T
29、P3507中包含有编码器和译码器。设帧同步码为8位，当BCLK为128kHz时，传输一路数字话音的PCM信号帧结构为：,3.PCM编译码实验方框图,各编码器的时钟完全相同，故PCMA、PCMB的速率完全相同； 复接器输入端各信号速率完全相同。此种复接方式为同步复接。,每帧32个时隙，第0个时隙内为帧同步码，每帧都相同，第2个时隙为mA(t)的PCM信号，第三个时隙内为mB(t)的PCM信号。实验时可改变SLB的相位，使PCMB可位于第1、2、5、7时隙中的任何一个。,图：PCM编译码实验各环节波形图,2.2.3 A律PCM 30/32 系统,1. 帧结构 国际上通用的PCM有两种标准，即PCM
30、 30/32路和PCM 24路，前者为A律，后者为律。PCM 30/32路基群帧结构如下图所示。一帧中30个时隙为话路时隙（传30路话），另二个为帧同步时隙及信令时隙。,图：A律PCM 30/32 基群帧结构,1) 偶帧（F0,F2,，F14）的TS0用于传输帧同步码，码形为0011011。2) 奇帧（F1,F3,，F15）的TS0用于传输失步对告码等。3) 每一子帧的第一个比特用于CRC（循环冗余检验）。不用时固定发“1”码，也可留给国际通信用。4) TS1 TS15及TS17TS31共30个时隙用于传输第1至第30路信息码。5) TS16用于传输复帧同步码、复帧失步码及各个话路的信令（挂机
31、，摘机等）。码速率(基群速率)：Rb= 8000(帧/秒)32（时隙/帧）8（比特/时隙）= 2.048Mb/s,2. PCM30/32路系统介绍,图：PCM30/32路系统方框图,3.PCM数字复接系列,PCM数字复接系列各等级的信息速率、话路数如表下所示,表：PCM数字复接系列,基群，二次群，三次群，四次群属于准同步数字系列 （PDH，Plesiochronous Digital Hierarchy） STM-1，STM-4，STM-16， STM-64及STM-256属于同步数字系列（SDH Synchronous Digital Hierarchy）PDH中高次群速率增加倍数大于话路增
32、加倍数。以A律PDH为例简单说明如下：,图：A律PDH,每4个低次群复接为一个高次群。各低次群速率的标称值相同，但实际值有一定偏差。进行码速调整后，调整到一个统一的较高的速率，再复接。基群速率调整到2112kb/s，调整后的数据流中除基群的所有数据外，还加入二次群帧同步码、告警码、插入指示码、插入码等。PDH复接属于准同步复接。各次群中也可传输图象，数据等信息，它必须符合话音的帧结构标准。,【例】 6路独立信源的最高频率分别为1 kHz、1 kHz、2 kHz、2 kHz、3 kHz、3 kHz，采用时分复 用方式进行传输，每路信号均采用8位对数PCM编码(1) 设计该系统的帧结构和总时隙数，
33、求每个时隙占有的时间宽度及码元宽度；(2) 求信道最小传输带宽。,解: (1) 若选择抽样频率为6 kHz，则每路信号都符合抽样定理的要求。不考虑帧同步码、信令码，帧结构如下图所示。每帧共6个时隙，每个时隙占有的时间宽度为27.8 s，码元宽度为3.5 s。,(2) 信息速率为Rb=(6000帧/秒)(6时隙/帧)(8 bit/时隙)=288 kbit/s信道最小传输带宽为：Bc=Rb/2=144 kHz,讨论：根据抽样定理，这6路信号的抽样频率可以分别为2 kHz、2 kHz、4 kHz、4 kHz、6 kHz、6 kHz。帧周期为500 s，每帧12个时隙，6路信号占有的时隙数分别为1、1
34、、2、2、3、3，此时帧结构如图所示。每帧共12个时隙，每个时隙占用的时间宽度为41.7 s，码元宽度为5.2 s，信息速率为Rb=(2000帧/秒)(12时隙/帧)(8 bit/时隙)=192 kbit/s，最小传输带宽为96 kHz。,2.3 数字复接技术,2.3.1 数字复接的概念 数字复接技术就是把两个或两个以上分支数字信号按时分复用方式汇接成为单一的复合数字信号。,图：数字复接系统的功能单元,2.3.2 数字信号的复接方法,数字复接的方法主要有按位复接、按字复接和按帧复接三种。 按帧复接是每次复接一个支路的一个帧(一帧含有256个比特)，这种方法的优点是复接时不破坏原来的帧结构，有利
35、于交换，但要求更大的存储容量。,图：按位复接与按字复接示意图,2.3.3 数字复接中的码速变换,图：不同支路数字码复接,将几个低次群复接成高次群时，必须采取适当的措施，以调整各低次群系统的数码率使其同步，这种同步是系统与系统之间的同步，称为系统同步。 系统同步的方法有两种，即同步复接和异步复接。 不论同步复接或异步复接，都需要码速变换。 码速调整后的速率高于调整前的速率，称正码速调整。 每一个参与复接的数码流都必须经过一个码速调整装置，将瞬时数码率不同的数码流调整到相同的、较高的数码率，然后再进行复接。,图：正码速调整方框图,图：脉冲插入方式码速调整示意图,2.4.1 PDH的特点与存在的主要
36、问题 1. 特点 PDH主要面向话音技术，有两种基础速率（2.048Mbit/s和1.544Mbit/s），采用时分复用（TDM）技术实现多路话音信号的传送。 PDH采用的是准同步复接，即每个复接点的时钟与复接进入的时钟有较小的差别。其目的是复接时需要增加一些控制信息比特，从而使复接后的速率略高于复接前的各码流速率之和。,2.4 同步数字系列（SDH）,2.PDH的固有缺点：,(1) 缺乏统一的世界标准：它只有地区性的电接口规范，不存在世界性的标准，这样造成了世界互通的困难。,(2) 复用结构复杂：异步复接，低速至高速要码速调整。低速分接需要逐级进行,(3)网络信息有限：PDH的帧结构中没有很
37、多用来网络管理和维护的比特，因而无法实现分层管理和对通道的传输性能实现端到端的监护,(4) 缺乏统一的网管标准：对传输系统的管理各厂家自行其事，没有统一的规范，不利于形成统一的电信管理网,(5) 缺乏灵活的网络管理能力：传统的PDH网络运行和管理主要靠人工的数字信号交叉连接，无法实现在线实时控制，难以满足用户对动态组网和新业务接入的要求。,(6) PDH主要面向语音业务设计,而现代通信是多业务,宽带,智能化,个人化,PDH存在的主要问题是： 面向话音业务 点对点传输连接 传输标准不统一 准同步复用方式 接口标准不规范 系统管理能力弱,1. SDH传送网产生背景,通信网中的传输系统，经历了从模拟
38、系统到PCM数字系统，又从PCM数字系统的准同步数字系列PDH到同步数字系列SDH的演变。虽然这个演变尚未结束，但是，建设以同步数字体系SDH为技术基础的大容量、高质量、高可靠性和能够有效地支持现有各种业务网、支撑网和未来的综合信息业务网的传送平台，已经是无可非议了。这是因为：ITU-T在上世纪八十年代后期提出的SDH体系代表了传输系统的发展方向，被公认为新一代理想的宽带传送网，是未来信息信息高速公路传送平台的基础。,2.4.2 同步数字系列（SDH）,贝尔研究所提出称之为同步光网络的（SONET）概念，目的是阻止互不兼容的光接口的的大量滋生，实现标准光接口。 1988年ITU-T接受了SON
39、ET概念，重新命名为同步数字体系-SDH,Synchronous Digital Hierarchy,SDH产生,2. SDH的概念SDH是一套可进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的标准化数字信号的结构等级，而SDH网络则是由一些基本的网络单元（NE）组成的，在传输介质上（如光纤、微波等）进行同步信息传输、复用、分插和交叉连接的传送网络，它具有全世界统一的网络节点接口（NNI）。 SDH采用一套标准化的信息结构等级，称之为同步传送模块STM-N（N=1,4,16,64），其中最基本、最重要的模块为STM-1，其传输速率为155520 kbit/s STM-N为第N级同步传输模块,SDH中第
40、1级同步传送模块将律、A律统一起来，包含的话路数与复接形式有关。 例如它可以传送63个A律基群或3个A律三次群或1个A律四次群。 SDH的复接属于同步复接，在复接时4个低级的传送模块的速率完全相同，复接时不增加任何其它开销。,3.SDH系统的特点,（1）SDH是采用以字节间插同步方式复接，构成更高等级的SDH传送模块STM-N，因此，从STM-N中容易分出支路信号，分/插复用灵活，可动态改变网络配置 （2）有充足的开销，使网络的运行、指配以及管理维护能力大大增强，便于新功能和新特性的开发升级。 （3）兼容了国际1.544Mb/s和2.048Mb/s系列，使其具有统一网络接口，为国际通信接口提供
41、方便，使得任何网络单元在光路上可以互通 （）有效网管和网络动态配置，容易实现自愈环的组网，提高网络可用性，并降低维护费用 （）kHz帧频与字节同步复用，为将传输终端综合进数字交换并简化交换设备提供了可能 （）适用于支撑关于用户网络接口，标准速率定为Mb/s，成为支撑的重要传输手段,SDH是完全不同于PDH的新一代传输网体制，主要有以下特点： （1）新型的复用映射方式 （2）兼容性好 （3）接口标准统一 （4）网络管理能力强 （5）先进的指针调整技术 （6）独立的虚容器设计 （7）组网与自愈能力强 （8）系列标准规范,4. SDH帧结构与段开销,采纳了以字节(Byte)作为基础的矩形块状帧结构,
42、再生段开销,管理单元指针,净负荷,复用段开销,行：一帧9行； 列：一帧共270 X N列； 字节：SDH的帧结构是以字节为基础的，一字节=8bit 帧长：SDH的帧结构是指有多少字节STM-N的一帧字节（270 X N）X 9STM-N的一帧比特（270 X N）X 9 X 8=19440N 一帧时间：125us； 帧速率：1/125us=8000（帧/S） 码速率：,开销：为保证信息净负荷正常灵活传送所必须附加的额外的消费字节。即:开销是指在网络节点的信息码流中扣除信息净负荷，用作网络的运行、维护和管理，额外的支出。开销由段开销SOH和通道开销POH组成.它们分别用于段层和通道层（传输的通道
43、分类）的维护.段开销（SOH）：段开销SOH作为段层性能监视、管理和维护的信息，进一步分为再生段开销RSOH和复用段开销MSOH。 段开销SOH的区域：19N列中13行和59行 段开销SOH的比特数=（3+5）X N X 9 X 8=576Nbit通道开销Vc-PCH：主要用于复用Vc进入STM的开销比特，安排在净负荷中，分为两类：第一类低阶Vc-POH，其主要功能有低阶Vc通道功能监视、信号维护及告警状态指示。第二类：高阶Vc-POH，其主要功能有高阶Vc通道性能监视，告警状态指示，信号维护以及复用结构等。,复用段开销,再生段开销,图 、 STM-1 SOH字节安排,帧定位字节,再生段数据通
44、路,数据通信字节(DCC): D4D12,公务联络字节E1和E2,再生段误码监测,复用段层的误码情况,同步状态字节,传送自动保护倒换（APS）信息,管理单元指针（AU-PTR）：是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符。由于净荷区所载的信息涉及到信息本身的结构与定界，AU-PTR管理单元指针用来指示这个新信息组的第一字节在帧中的位置。位置第四行9字节。,5. SDH复用的原理,在SDH中采用一种什么“结构”和“方法”将不同码速率标准的PDH信号、ATM信号等“组装”为标准的同步传输模块STM-N？-基本复用原理 SDH的复用结构和映射方法，也称复用映射结构。 SDH复
45、用映射的主要步骤是：映射、定位、复用,SDH的基本复用单元包含容器C，虚容器VC，支路单元TU，支路单元组TUG，管理单元AU，管理单元组AUG，其中n为单元等级序号。,我国的SDH基本复用映射结构,容器：容器是一种信息结构，主要完成适配功能（速率调整），让那些最常使用的准同步数字体系信号能够进入有限数目的标准容器。国际上有5种标准容器C-11、C-12、C-2、C-3和C-4。 我国用到的容器C-12、C-3和C-4。,SDH复用映射结构图各符号说明(基本复用映射单元) （1）容器C：图中C3，C4、C12，是一种信息结构，用来装载各种速率的业务信号。参与SDH复用的各种速率的业务信号都应首
46、先通过码速调整等适配技术“装进”一个合适的标准容器。 所谓码速调整是这样的一种过程，例如：欧洲标准的2.048Mb/s调整为2.224Mb/s.否则后面将无法将无法将这种支路信号“组装”为标准的STM-N结构等级的模块信号。己“装载”完成的标准容器又将作为后面虚容器VC的净负荷。,（2）虚容器VC：是一种SDH中最重要的结构。主要支持SDH通道层连接。虚容器由标准容器出来的数字流加上通道开销后就构成了虚容器（VC），其中的虚容器VC又分为：低阶VC：VC-12，VC-3；高阶VC：VC-4。即：,将各种支路信号适配装入相应的虚容器VC的过程称为映射。,如：2048-C-12：2224-VC-1
47、2：2240,这种支路单元为支路的信息载入高阶虚容器作准备，并且通过它的指针来指示出这个虚容器在高一阶虚容器中的位置。这种在净负荷中对虚容器位置的安排称为定位。,(3)支路单元（TU）：是一种为低阶通道层与高阶通道层提供适配功能的信息结构，它由低阶VC和支路指针（TU PTR）组成。,如：2048-C-12：2224-VC-12：2240-TU-12：2304,（4）支路单元组TUG：是由一个或多个在高阶VC净负荷中固定地占有规定位置的支路单元组成。 例如：TUG-2=3 X （TU-12）； TUG-3=1 X （TU-3）=7 X （TU-12）,如：2048-C-12：2224-VC-1
48、2：2240-TU-12：2304TUG-2：3 X 2304=6912-TUG-3： 7 X 6912=48384- VC4： 3 X 48384+5148（POH）=150336这种TU经TUG到高阶VC的过程称为复用,（5）管理单元AU：是提供高阶通道层和复用段层之间适配的信息结构。管理单元由一个相应高阶VC和一个相应的管理单位指针构成。管理单元指针（AU-PTR）：是用来指示信息净负荷的第一个字节在STM-N帧内的准确位置的指示符 .即：,如：,如：2048-C-12：2224-VC-12：2240-TU-12：2304 TUG-2：3 X 2304=6912- TUG-3：7 X 6
49、912=48384-VC4：3 X 48384+5148（POH）=150336-AU-4： VC-4加PTR（指针）=150336+576=150912,（6）管理单元组AUG：由一个或多个在STM帧占据固定位置的管理单元按字节间插方式组成。,SDH中指针可以认为是VC在AU或TU帧内提供的一种灵活和动态定位的方法, 因此指针不仅能容纳VC和SOH在相位上的差别, 而且能够容纳帧速率的差异 指针的作用可归结为三条: （1）当网络处于同步工作状态时，指针用来进行同步信号间的相位校准； （2）当网络失去同步时，指针用作频率和相位校准，当网 络处于异步工作时，指针用作频率跟踪校准； （3）指针还可以用来容纳网络中的频率抖动和漂移。,
