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第 4 章 多路复用传输技术

第 4 章 多路复用传输技术. 多 路 复 用 器. 多 路 分 解 器. 一条链路. n 个输入. n 个输出. n 个信道. 目的：在介质上尽可能传输更多信号。. 多路复用传输技术 ( 续 ). 频分多路复用 FDM ( F requency D ivision M ultiplexing) 时分多路复用 TDM ( T ime D ivision M ultiplexing) 波分多路复用 WDM ( W avelengh D ivision M ultiplexing). 频分多路复用 FDM.

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第 4 章 多路复用传输技术

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  1. 第4章 多路复用传输技术 多 路 复 用 器 多 路 分 解 器 一条链路 n个输入 n个输出 n个信道 目的：在介质上尽可能传输更多信号。

  2. 多路复用传输技术(续) • 频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing) • 时分多路复用TDM (Time Division Multiplexing) • 波分多路复用WDM (Wavelengh Division Multiplexing)

  3. 频分多路复用 FDM • FDM是将各路输入信号调制到不同的载波频率。每个调制的信号占用以载波频率为中心的一定频带。只要载波频率足够分离，调制的信号频带就不覆盖。 • FDM传输模拟信号，输入信号可以是模拟或数字，数字信号要转换为模拟信号。 • 无线电广播和广播电视信号都采用FDM，每路电视信号6MHz，几十路电视信号可频分多路复用在400MHz带宽同轴电缆上。

  4. 时分多路复用 TDM • TDM指 n 路输入按时间交替插入到复用的介质，即 n 路数据源的输入复合成一个数据流在此链路上传输。 • 传输的复合数据流被组织成TDM帧，每个帧的传输周期被分成几个时间糟，指定给一路数据源的一个或多个时间糟称为一个信道(channel)。 • 同步TDM是指给每个数据源的时间糟是事先指定，固定不变的。各数据源将信号插入到指定给它的信道，若它没有数据则发空信号。 • 关键是时钟信号的同步。

  5. 时分多路复用 TDM (续) • 数字载波系统和 PDH (准同步数字等级Plesiochronous Digital Hierarchy)—T1/E1数字载波系统。 • SONET/SDH (同步光纤网 Synchronous Optical NETwork /同步数字等级 Synchronous Digital Hierarchy)。

  6. 数字载波系统和 PDH • 20世纪60年代中，AT&T发明了数字载波系统。首先利用脉码调制 PCM技术把话音信号转换成数字信号，然后把24路信号复合在一起形成数字信号DS-1(Digital Signal-1)，再进行传输。这样的载波系统称为 T1。它是PCM-TDM系统。

  7. 数字载波系统和 PDH(续) • 话音信号在300～3400Hz，选 8000次/秒采样率。1/8000 = 125微秒/次。每次对24 路话音轮流采样一遍，用一个codec 数字化。每路的采样用8位编码，24路共192位，再加一个定帧位(framing bit)，构成DS-1信号的193位传输帧。 • 定帧位用于帧同步，指示从哪里开始计数信道。DS-1定帧位的模式是0、1交替。

  8. 数字载波系统和 PDH—DS-1传输帧 125微秒 信道1 信道2 信道24 1 2 3 4 5 6 7 8 193位 framing bit

  9. 数字载波系统和 PDH—DS-1传输帧 (续) • 8000次/秒采样，每次采样编码成193位传输，DS-1的速率为 8000次/秒×193位/次=1.544Mb/s = 1.544Mbps。 • DS-1用于数字数据时，23个信道用作数据信道，第24信道用作同步字节，每个数据信道的7位用于数据，第8位用作信令，所以每个信道的速率是7×8000=56kbps。

  10. 数字载波系统和 PDHE1数字载波系统 • 1968年欧洲开发了 E1 数字载波系统。 • E1标准中，每帧包含32个信道的信号，其中1 个信道用于传输信令，1个用于帧同步。 • 总速率为：8000×32×8＝2.048Mbps。 • 每个信道的速率为：8000×8＝64kbps。 • 邮电部的DDN是利用电信网的PCM数字通道为用户提供数字传输业务。(T1/E1)

  11. 数字载波系统和 PDH—PDH的数字信号等级

  12. 数字载波系统和 PDH—PDH的操作 • 几个DS-1或E1信号的复合：从每个支流轮流取一位交替形成高等级流。 • 4个E1做成E2，4个E2做成E3，…等。但4个 DS-1做成DS-2，7个DS-2做成DS-3，不太规范。 • 多路复用器中，每个支流有一输入缓冲，暂存到来的数据。但支流的时钟略有不同，多路复用器以最高的支流时钟速率为基准，从缓冲区读取。若时钟速率慢的支流数据未到达，多路复用器要加填充位，多路分解器要丢填充位。这就是所谓准同步。

  13. 数字载波系统和 PDH—PDH的主要问题 • 每次向/从高等级流(例如E3)插入/取出一个支流(例如E1)，必须完成组建E3的两个多路复用器的全部操作。即每次上、下信号时都要将整个通信码流拆开，插入或抽取支流，再重组，代价昂贵、效率低下。 • 对采用这种多路复用技术的网络作监测、管理十分困难。 • 基于上述原因，DS-3以上的等级很少使用。

  14. SONET/SDH • SONET是一种光纤传输标准，80年代中期由BellCore提出，由美国国家标准局ANSI标准化，1988年发表，用于操作电话公司的光纤网。 • ITU-T在1989年建立了SDH标准。 • SONET/SDH的开发是为了充分利用光纤的高速传输能力，需要在DS-3等级以上建立一个新的时分多路复用标准。

  15. SONET/SDH—标准信号帧 • SONET的基本电信号块是一级同步传输信号STS-1(Synchronous Transport Signal-level 1)。多个 STS-1信号块可以组合形成高速率的N级同步传输信号STS-N，速率是51.84Mbps的N倍， N最常用的值是1，3，12，48等。 • SONET的光信号称 N 级光载波OC-N (Optical Carrier at level N)，光信号由电信号转换得到。

  16. SONET/SDH—标准信号帧(续) • SDH的标准信号块称为N级同步传输模块STM-N(Synchronous Transfer Module-level N)，速率是155.52Mbps的N倍, N最常用的值是1, 4, 16等。

  17. SONET/SDH—信号等级

  18. SONET/SDH—帧格式 • SONET/SDH 帧在逻辑上可看作9 行的矩阵。STS-1 帧是 9 行×90 列(字节)，STS-N 帧是 9行×90N 列，STM-N 帧是 9行×270N 列。 • 每125 微秒发送一个SONET/SDH帧，即8000帧/秒。STS-1的速率为 810×8×8000＝51.84Mbps。 • 帧的传输是按字节，一行接一行，从左到右，从上到下。

  19. SONET/SDH—STS-1的帧格式 3字节 87字节 A1 A2 H1 H2

  20. SONET/SDH—STS-1的帧格式 • 头3列是开销字节，A1、A2是同步字节，表示每个STS-1帧的开始； • 后87列放用户数据，称为同步载荷信封 SPE (Synchronous Payload Envelop)，其中第1列是路径开销； • SPE可以在帧中任一位置开始，载荷指针H1~H2 指示 SPE 第1字节的位置。 • STS-1可传输28个DS-1，或1个DS-3，或21个E1信号。

  21. SONET/SDH—高等级信号块和载荷指针 • 高等级信号块是由低等级信号块 (称支流) 字节交替得到，如STM-4由4个STM-1的信号字节交替组成，STM-16由4个STM-4字节交替组成； • 高等级信号帧中每一支流都有载荷指针指示该支流的开始。用这指针为各支流载荷定位，上/下 (ADD/DROP) 信号方便。载荷指针是SONET/SDH中多路复用同步新技术，是其成功的秘密。

  22. SONET信号块的组合 ... STS-1 T1 STS-3 STS-1 STS-3 STS-12 E/O OC-12 T3 STS-3 STS-1 STS-3

  23. SONET/SDH—连锁的信号块STS-Nc • 连锁的信号块STS-Nc (concatenated STS-N)是为了传输宽带载荷。 • 3个STS-1锁定在一起，作为一个信号块，称为STS-3c。 • STS-1最高可以连锁为STS-3c。高等级的连锁信号块用多个STS-3c连锁而成。更高等级用多个STS-12c连锁。

  24. 波分多路复用 WDM • 通过光纤的光信号可以包含许多频率(即波长)，每个频率对应不同的颜色。光纤的发送器和接收器一般只发送和接收特定的颜色。 • 所谓波分多路复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)是指不同源的信息以不同的波长在一根光纤上传播，互不干扰。光纤上传输的不同信号波长对应不同的信道，称为信道波长。 • 同一波段中信道间隔小于1.6nm的波分多路复用称为密集波分多路复用 DWDM (Dence Wavelength Division Multiplexing)。

  25. 波分多路复用 WDM (续) • WDM 和 FDM 的原理类似，是将光波调制到不同的波长，即不同的频率。 • WDM 和 FDM 还是不一样，最明显的区别是光的频率(THz)比无线电频率(MHz和GHz)高得多。 • FDM 运行在相对低的无线电频率，无线电信号可通过任何传输介质传播，甚至大气中。而WDM 只能在光缆中。

  26. 波分多路复用 WDM (续) • 90年代初 WDM 系统的波段标准化为 1550nm，最初在一根光纤上可同时传送2个光波，后来到16，重命名为 DWDM，后来到32，…160，… 个光波。信道波长一般等间隔，间隔为1.6，0.8nm或更小。每个光波可操作在2.5Gbps或10Gbps。 • 光信号经长距离光纤传输后需放大，目前常用的光放大器工作波长为1530～1565nm，所以这也是波分复用系统的工作波段。 • WDM采用单模光纤，激光发射器。

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