调制解调器概要课件.pptx

1、电力系统通信与网络技术电力系统通信与网络技术第四讲第四讲 调制解调器调制解调器2.4 调制解调器调制解调器n2.4.1 调制解调器的作用调制解调器的作用n2.4.2 调制解调器的分类调制解调器的分类n2.4.3 调制解调器的标准调制解调器的标准n2.4.4 宽带调制解调器宽带调制解调器2.4.1 调制解调器的作用调制解调器的作用n调制解调器：调制解调器：MODEM-Modulator and Demodulatorn 目前大部分通信信道仍是模拟通道。为了充目前大部分通信信道仍是模拟通道。为了充分利用现有模拟通信网进行数据通信，必须在分利用现有模拟通信网进行数据通信，必须在数据终端与信道之间插入

2、数字利用数据终端与信道之间插入数字利用MODEM在在数据发送端将数字信号转换成便于通道传送的数据发送端将数字信号转换成便于通道传送的模拟信号，而在接收端再将模拟信号转换为数模拟信号，而在接收端再将模拟信号转换为数字信号。字信号。2.4.2 调制解调器的分类调制解调器的分类n按按工作速率工作速率：低速：低速Modem(9600bit/s)。n按按调制方式调制方式：频移键控：频移键控FSK，相移键控，相移键控PSK，振幅键，振幅键控控ASK几类。在电力系统数据通信中，多采用几类。在电力系统数据通信中，多采用FSK方方式。式。n按按结构分结构分：机箱式、独立式和插卡式。：机箱式、独立式和插卡式。n按

3、其按其应用场合应用场合：有适合四线电路或二线电路的；有使：有适合四线电路或二线电路的；有使用在全双工或半双工方式的；有使用在全音频通道的用在全双工或半双工方式的；有使用在全音频通道的(3003400Hz)，也有使用在上音频频段的，也有使用在上音频频段的(27003400Hz)，有适用专线的；也有适合交换机的。，有适用专线的；也有适合交换机的。n按按信号传输方式信号传输方式：同步传输方式和异步传输方式。：同步传输方式和异步传输方式。Modem按传输速率的分类表按传输速率的分类表名称名称低速低速中速中速高速高速传输速率传输速率9600bit/s调制方式调制方式FSKPSK4PSK，PCM等等2.4

4、.3 调制解调器的标准调制解调器的标准 一、标准与建议一、标准与建议 由于调制解调器涉及到通信双方，为使通信能够正由于调制解调器涉及到通信双方，为使通信能够正确进行确进行,必须对通信过程中所涉及的各种参数、协议、必须对通信过程中所涉及的各种参数、协议、工作方式等作统一的规定。工作方式等作统一的规定。 ITU-T制定有关调制解调器的标准和建议，称为制定有关调制解调器的标准和建议，称为V系列系列建议。北美地区则使用建议。北美地区则使用BELL标准。标准。目前高速目前高速Modem的标准协议的标准协议（一）三种调制协议（一）三种调制协议 ITU-T建议的高速建议的高速Modem的调制协议有如下几种：

5、的调制协议有如下几种：nV.32协议协议是是9600bit/s高速高速Modem的标准调制协议。它采用的标准调制协议。它采用QMA调制，使其传输速率达到调制，使其传输速率达到9600bit/s。nV.32bis协议是协议是14400bit/s高速高速Modem的标准调制协议。是的标准调制协议。是V.32协议的增强版本，采用协议的增强版本，采用TCM调制方式使传输速率达到调制方式使传输速率达到14400bit/s，与是，与是V.32兼容。兼容。nV.34协议协议采用四维采用四维TCM编码调制方式等和编码调制方式等和V8协商握手等先协商握手等先进手段先进技术，使其传输速率达到进手段先进技术，使其传

6、输速率达到28.8k bit/s。n此外，此外，ITU-T还制定了一个还制定了一个56 k bit/s的数据传输标准的数据传输标准V.90, V.90使得调制解调器能够在标准公用电话交换网使得调制解调器能够在标准公用电话交换网（PSTN）上以）上以56 k bit/s的速率接收数据。的速率接收数据。目前高速目前高速Modem的标准协议（续）的标准协议（续） （二）差错控制协议（二）差错控制协议 差错控制协议是为了保证传输正确而提供的协议，主要有差错控制协议是为了保证传输正确而提供的协议，主要有两个工业标准两个工业标准MNP和和V.42。V.42是差错控制协议。是差错控制协议。MNP包包括括MN

7、P2，MNP4，均为差错控制协议。，均为差错控制协议。 （三）数据压缩协议（三）数据压缩协议 数据压缩协议是高速数据压缩协议是高速Modem的关键技术，数据压缩有两个的关键技术，数据压缩有两个工业标准：工业标准：V.42bis和和MNP5。 （四）通信软件（四）通信软件 对于智能型对于智能型Modem提供很多高级功能，但要靠通信软件完提供很多高级功能，但要靠通信软件完成成 2.5 多路复用技术多路复用技术n2.5.1 多路复用的概念多路复用的概念n2.5.2 频分多路复用频分多路复用n2.5.3 时分多路复用时分多路复用n2.5.4 波分多路复用波分多路复用2.5.1 多路复用的概念多路复用的

8、概念n多路复用技术多路复用技术： 为了充分利用信道的传输能力，使多个信号沿为了充分利用信道的传输能力，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰的技术。同一信道传输而互相不干扰的技术。n复用技术分类：复用技术分类： 频分多路复用频分多路复用：常用于模拟通信，如载波通信：常用于模拟通信，如载波通信 时分多路复用时分多路复用：常用于数字通信，如：常用于数字通信，如PCM通通信。信。2.5.2 频分多路复用（频分多路复用（FDM）n频分多路复用频分多路复用（FDMFrequency Division Multiplex） 通过对多路调制信号进行不同载频的调制，使通过对多路调制信号进行不同载频的调制，使得多

9、路信号的频谱在同一个传输信道的频率特得多路信号的频谱在同一个传输信道的频率特性中互不重叠，从而完成在一个信道中同时传性中互不重叠，从而完成在一个信道中同时传输多路信号的目的。输多路信号的目的。n基本原理是基本原理是频率搬移频率搬移。频分复用系统示意图频分复用系统示意图为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率频率 1 1, , 2 2, , , , n n，并使各路已调信号频谱之间留，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔。有一定的保护间隔。2.5.3 时分多路复用（时分多路复用（TDM ）n时分多路复用时分多路复用（TDM Tim

10、e Division Multiplexing） 各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。n时隙时隙：每个信号占一个指定的固定长度的时间间隙。：每个信号占一个指定的固定长度的时间间隙。n抽样抽样是将时间上连续变化的模拟信号变化成离散的数是将时间上连续变化的模拟信号变化成离散的数字信号，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号字信号，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号沿同一信道传输提供了条件。沿同一信道传输提供了条件。nTDM就是将时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信就是将时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，

11、已达到互相分号的传输时间分配在不同的时间间隙，已达到互相分开，互不干扰的目的。开，互不干扰的目的。时分复用示意图时分复用示意图时分复用的特点时分复用的特点n时分复用的特点时分复用的特点 各路信号在各路信号在频谱上是互相重叠频谱上是互相重叠的，但在传输时彼此独的，但在传输时彼此独立，任一时刻，信道上只有一路信号在传输。立，任一时刻，信道上只有一路信号在传输。n注意两个问题：注意两个问题： 一是传输时间间隔必须一是传输时间间隔必须满足抽样定理满足抽样定理，即各路样值信号，即各路样值信号分别传输一次的时间分别传输一次的时间T125s，但每一路信号传输时所，但每一路信号传输时所占用的时间（时隙）没有限

12、制，显然，一路信号占用占用的时间（时隙）没有限制，显然，一路信号占用的时间越少，则可复用的信号路数就越多。的时间越少，则可复用的信号路数就越多。 二是收信端和发信端的转换开关必须二是收信端和发信端的转换开关必须同步动作同步动作，否则，否则信号传输就会发生混乱。信号传输就会发生混乱。TDM的同步技术的同步技术n位同步位同步n帧同步帧同步位同步（时钟同步）位同步（时钟同步）n位同步是位同步是最基本最基本的同步，是实现帧同步的前提。的同步，是实现帧同步的前提。n位同步的基本含义是收发两端的位同步的基本含义是收发两端的时钟频率时钟频率必须必须同频同相同频同相。这样接收端才能正确接收和判决发。这样接收端

13、才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。送端送来的每一个码元。n为了达到收发两端频率同频同相，在设计传输为了达到收发两端频率同频同相，在设计传输码型时，一般要考虑码型时，一般要考虑传输码型中应含有发送端传输码型中应含有发送端的时钟频率的时钟频率成分。这样，接收端从接收到的成分。这样，接收端从接收到的PCM码中提取出发端时钟频率来控制收端时钟，码中提取出发端时钟频率来控制收端时钟，就可做到位同步。就可做到位同步。帧同步帧同步n帧帧是传输一段具有固定数据格式数据所占用的时间。是传输一段具有固定数据格式数据所占用的时间。 第一，第一，“帧帧”是是一段时间一段时间，每一帧中的数据格式是一，每一帧中的

14、数据格式是一样的；样的； 第二，第二，“帧帧”是一种是一种数据格式数据格式，一般来说同一种应用，一般来说同一种应用每一帧的时间长度和数据格式是一样的，但每一帧的每一帧的时间长度和数据格式是一样的，但每一帧的数据内容可以不同。数据内容可以不同。n帧同步帧同步是为了保证收发各对应的是为了保证收发各对应的话路在时间上保持一话路在时间上保持一致致，使接收端能正确接收发送端送来的每一路话音信，使接收端能正确接收发送端送来的每一路话音信号，必须是在位同步的前提下实现。号，必须是在位同步的前提下实现。n为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧（或几为了建立收、发系统的帧同步，需要在每一帧（或几帧）中的固定位

15、置插入具有帧）中的固定位置插入具有特定码型的帧同步码特定码型的帧同步码。这。这样，只要接收端能正确识别出这些帧同步码，就能正样，只要接收端能正确识别出这些帧同步码，就能正确辨别出每一帧的首尾，从而能正确区分出发端送来确辨别出每一帧的首尾，从而能正确区分出发端送来的各路信号。的各路信号。时分复用的过程时分复用的过程nC1、C2、C3为三路模拟语音信为三路模拟语音信号，固定时隙长度为号，固定时隙长度为T=125 s，n对采样获得的离散值用三位二对采样获得的离散值用三位二进制线性编码，进制线性编码，nT时间内必须依次发送完三次抽时间内必须依次发送完三次抽样获得的编码值，这称为一帧。样获得的编码值，这

16、称为一帧。n数据传输速率为数据传输速率为72kbit/s (8kHz 3时隙时隙/帧帧 3比特比特/时隙时隙)n实际使用时在帧前还要插入起实际使用时在帧前还要插入起始标志，以便接收时用该标志始标志，以便接收时用该标志同步，识别一帧的起始。同步，识别一帧的起始。T1载波载波nTDM有两个国际标准，分别是有两个国际标准，分别是T标准和标准和E标准标准。T标准标准在北美和日本采用，在北美和日本采用，E标准在欧洲和我国采用。标准在欧洲和我国采用。nT1载波载波是是T标准的基群，由标准的基群，由24路路8kHz抽样的信号复用抽样的信号复用而成为帧结构。而成为帧结构。n每路抽样信息占每路抽样信息占8位位，

17、每帧包括，每帧包括24 8+1位位。其中第。其中第193位是成帧位，用于位是成帧位，用于帧同步帧同步。n对于话音传输，每个抽样值用对于话音传输，每个抽样值用7位比特编码，另一位用位比特编码，另一位用作标志或控制信息位。作标志或控制信息位。n数据率数据率应为应为8000 193=1.544Mbps，n每一路的数据率为每一路的数据率为8000 8=64kbps，净数据率为，净数据率为8000 7=56kbps。T1载波帧结构载波帧结构 C1 C2 C1 C2 C23 C24 C23 C24帧帧125125 s(193bits)s(193bits)7 7位数据位数据 1 1位控制信号位控制信号帧同步

18、编码帧同步编码E1载波载波nE1载波是载波是E标准的基群，又称标准的基群，又称PCM30/32路路系统。系统。nE1载波由载波由32路组成，其中路组成，其中30路用来传输用路用来传输用户话音信号，户话音信号，2路用作信令。路用作信令。E1载波帧结构载波帧结构n每路话音信号抽样速率为每路话音信号抽样速率为fs=8000Hz，故对应的每帧，故对应的每帧（子帧）时间间隔为（子帧）时间间隔为125 s。n一帧共有一帧共有32个时间间隔个时间间隔，称为时隙。各个时隙从，称为时隙。各个时隙从0到到31按顺序编号，分别记作按顺序编号，分别记作TS0，TS1，TS2， ，TS31。 TS1至至TS15和和TS

19、17至至TS31这这30个路时隙用来传送个路时隙用来传送30路路电话信号的电话信号的8位编码码组，位编码码组， TS0分配给帧同步，分配给帧同步， TS16专用于传送话路信令。专用于传送话路信令。 每个路时隙包含每个路时隙包含8位码，一帧共包含位码，一帧共包含256个比特。个比特。nE1载波载波信息传输速率信息传输速率： fb=8000(30+2)8=2.048Mb/s 其中，每比特时间宽度为其中，每比特时间宽度为b=1/ fb 0.448s，每路时隙，每路时隙时间宽度为时间宽度为l=8b3.91s。E1载波复帧结构载波复帧结构n将将16个子帧个子帧构成一个复帧：每个子帧开始处构成一个复帧：每

20、个子帧开始处TS0 用作同步，用作同步，TS16用作用作信令，由于信令，由于TS16的的8位只能传送位只能传送2个话路的信令，因此，以偶数帧的个话路的信令，因此，以偶数帧的TS0作同步码，奇数帧的作同步码，奇数帧的TS0作同步对告，以第一个子帧的作同步对告，以第一个子帧的TS16作复帧作复帧同步及对告，以随后的同步及对告，以随后的15个子帧的个子帧的TS16依次传送依次传送30路的信令。路的信令。n偶帧（偶帧（F0、F2、F4 等）的等）的TS0时隙用于帧同步，第一位用于国际通时隙用于帧同步，第一位用于国际通信，第二位为信，第二位为0表示偶数帧，第表示偶数帧，第3到第到第8位为位为011011

21、，是子帧的帧同步码。，是子帧的帧同步码。奇帧的奇帧的TS0时隙是当帧失步时向对端告警用的，第一位用于国际通信，时隙是当帧失步时向对端告警用的，第一位用于国际通信，第二位为第二位为1表示奇数帧，第表示奇数帧，第3位码为帧失步时向对端发送的告警码（对位码为帧失步时向对端发送的告警码（对告码），帧同步时该位为告码），帧同步时该位为0，帧失步时为，帧失步时为1，以便告诉对端，收端已出，以便告诉对端，收端已出现帧失步，无法工作。现帧失步，无法工作。4 8位用于业务联络，也可不用。位用于业务联络，也可不用。nF0的的TS16用于复帧同步和失步告警，前用于复帧同步和失步告警，前4位位0000用于同步，第用于

22、同步，第6位为位为0，表示复帧同步；为表示复帧同步；为1表示复帧失步。第表示复帧失步。第5、7、8为可传信令，也可不用。为可传信令，也可不用。nF1 F15的的TS16分别为相应路的信令码（如振铃信号等），由于信令信分别为相应路的信令码（如振铃信号等），由于信令信号频率很低，所以对于每路话路的信令码，只要每隔号频率很低，所以对于每路话路的信令码，只要每隔16帧（帧（1复帧）轮复帧）轮流传送一次就够了。这样流传送一次就够了。这样15帧（帧（F1 F15）的）的TS16 时隙可以轮流传送时隙可以轮流传送30个话路的信令码。个话路的信令码。E1载波的帧结构图载波的帧结构图例题例题nPCM30/32路

23、系统中第路系统中第23话路信令码的传话路信令码的传输时隙位置是输时隙位置是( ) A.F7帧帧TS16的前的前4位码位码 B.F7帧帧TS16的后的后4位码位码 C.F8帧帧TS16的前的前4位码位码 D.F8帧帧TS16的后的后4位码位码 B多级复用多级复用n多级复用：多级复用：将多个基群信号再按时分的方法多将多个基群信号再按时分的方法多次汇接起来，以便形成更高速率的数据流的复次汇接起来，以便形成更高速率的数据流的复接方法接方法n通常有通常有3种复接方法：种复接方法：n按位复接按位复接（PDHPlesiochronous Digital Hierarchy）n按路复接按路复接（SDHSync

24、hronous Digital Hierarchy）n按帧复接按帧复接准同步数字体系（准同步数字体系（PDH）复接）复接基群基群二次群二次群三次群三次群四次群四次群北美北美T1: 24路路 1.544Mb/sT2: T1 4=96路路6.312Mb/sT3: T2 7=672路路44.736Mb/sT4: T3 6=4032路路274.176Mb/s日本日本T1: 24路路 1.544Mb/sT2: T1 4=96路路6.312Mb/sT3: T2 5=480路路32.064Mb/sT4: T3 3=1440路路97.728Mb/s欧洲欧洲中国中国E1: 30路路2.048Mb/sE2: E1 4=120路路8.448Mb/sE3: E2 4=480路路34.368Mb/sE4: E3 4=1920路路139.264Mb/s 速率并非简单的成倍数关系，因为在复接时还速率并非简单的成倍数关系，因为在复接时还要加入了一些比特，用作帧同步控制等。要加入了一些比特，用作帧同步控制等。作业作业n思考题思考题 19、20