物联网通信技术第6章-电信网络课件.ppt

1、第6章 电信网络n通信网n语音数字编码技术n电话网帧结构n数字程控交换技术n多网融合6.1 通信网n通信网是各种通信节点（端节点、交换节点、转接点）及连接各节点的传输链路互相依存的有机结合体，以实现两点及多个规定点间的通信体系 n从硬件设施方面去看，通信网由终端设备、交换设备及传输链路三大要素组成 6.1.1 通信网的基本结构通信网的基本结构6.1.2 现代通信网的构成现代通信网的构成n业务网也就是用户信息网，它是现代通信网的主体，是向用户提供诸如电话、电报、传真、数据和图像等各种电信业务的网络 n支撑网是使业务网正常运行、增强网络功能、提供全网服务质量以满足用户要求的网络。n信令网n管理网n

2、同步网6.1.3 电话网等级结构 n等级结构就是把全网的交换中心划分成若干个等级，本地交换中心位于较低等级，而转接交换中心和长途交换中心位于较高等级。低等级的交换局与管辖它的高等级的交换局相连，形成多级汇接辐射网即星型网；而最高等级的交换局间则直接互连，形成网状网。所以等级结构的电话网一般是复合型网。n电话网由长途网和本地网两部分组成 6.1.3 电话网等级结构一级交换中心C1二级交换中心C2三级交换中心C3四级交换中心C4端局C5汇接局Tm(国际局长途网本地网6.2 语音数字编码技术n采样定理n脉冲编码调制n差值脉冲编码n子带编码6.2.1 采样定理n模拟数据编码为数字信号的第一步就是对模拟

3、信号实施时域离散化。通常，信号时域离散化是用一个周期为T的脉冲信号控制采样电路对模拟信号f(t)实施采样，得到样值序列fs(t)。n低通采样定理：如果一个带限的模拟信号f(t)的最高频率分量为fm，当满足采样频率fs2fm（fs=1/T）时，所获得的样值序列fs(t)就可以完全代表原模拟信号f(t)。6.2.2 脉冲编码n脉冲编码PCM（Pulse Code Modulation）是在时域按照某种方法将离散的语音信号样值变换成一个一定位数的二进制码组的过程，由量化和编码两部分构成。n脉冲编码可分为线性编码和非线性编码两种。线性编码n线性的PCM是先对样值进行均匀量化，再对量化值进行简单的二进制

4、编码，即可获得相应码组。n所谓均匀量化是以等间隔对任意信号值来量化，即将信号样值幅度的变化范围-U，+U等分成N个量化级，记作，则 NU2线性编码n根据量化的规则，样值幅度落在某一量化级区间内，则由该级的中心值一个值来量化 n获得量化值后，再用n位二进制码对其进行编码即可，码组的长度n与量化级数N之间的关系为N=2n非线性编码n均匀量化的小信号量化信噪比小，大信号的量化信噪比大，这对小信号是很不利的。从统计角度来看，语音信号中小信号是大概率事件 n在语音信号中常用的非均匀量化方法是压扩量化，信号经过一个具有压扩特性的放大系统后，再进行均匀量化。压扩系统对小信号的放大增益大，对大信号的放大增益小

5、，这样可使小信号的量化信噪比大大提高。A压扩律 n对x轴在01（归一化）范围内以1/2递减规律分成8个不均匀段，其分段点是1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64和1/128；n对y轴在01（归一化）范围内以均匀分段方式分成8个均匀段，其分段点是1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8和1；n将x轴和y轴对应的分段线在x-y平面上的相交点相连接的折线就是有8个线段的折线 A压扩律n对正、负定义域取值，在-1+1的范围内就形成了总数是13段的折线 A压扩律n在每段折线上再按照线性编码的方法将每个样值编码为8位二进制串。n码位的具体安排是：n用1位码表示信号的极性，正信号

6、为1，反之为0，称为极性码A1；n用3位码表示13折线的8段，同时表示8种相应的段落起点电平，称为段落码A2A3A4；n用4位码表示折线段内的16个小段，称为段内码A5A6A7A8。n由于各折线段长度不一，故各段内的小段所表示的量化值大小也不一样 A压扩律n表6-2 各段段落长度和段内量化 A压扩律n表6-3 段落与电平关系 6.2.3 差值脉冲编码n差值脉冲编码是对抽样信号当前样值的真值预估值的幅度差值进行量化编码调制 n增量调制，差值脉冲编码调制增量调制n对前一输入信号样值的增量用一位二进制码进行编码传输 fs(t)e(t)判决、码形成fd(t)收端解码器重建滤波器fd(t)本地解码器fd

7、(t)s(t)发端收端信道差值脉冲编码调制n将差值量化、编码成n位二进制码 fs(t)fs(t)预测器+e(t)Qe(t)PCM编码PCM解码+fd(t)预测器fs(t)6.2.4 子带编码n将语音信号频带分割成若干个带宽较窄的子带，分别对这些子带信号进行独立编码 BP1(f1)s1(n)2f1APCM编码r1(n)BP2(f2)s2(n)2f2APCM编码r2(n)BPn(fn)sn(n)2fnAPCM编码rn(n)s(n)合路器采样(a)发端分路器APCM解码APCM解码APCM解码内插内插内插BP1BP2BPnr1(n)r2(n)rn(n)s1(n)s2(n)sn(n)s(n)(b)收端

8、6.3 电话网帧结构n基群帧结构nPDH系列帧结构nSDH系列帧结构6.3.1 基群帧结构nPCM30/32路基群nPCM24路基群PCM30/32路基群n32路按字复用n30路用户数据CH1CH30：8kHz采样，8位125sn2路控制信号n帧n帧长125s，328256n30个用户数据时隙TS1TS15,TS17TS31 每个时隙tc=125 s/323.9 s TS1TS15传送CH1CH15路语音数字信号 TS17TS31传送CH16CH30路语音数字信号n帧同步时隙TS0n信令复帧时隙TS16n复帧：16帧F0,F1,F2,F15 16125 s=2ms1个复帧1帧帧同步码A1为0，

9、表示同步A1为1，表示失步复帧同步码和失步告警码A2为0，表示同步；A2为1，表示失步奇校验PCM24路基群帧结构n24路：24个时隙n每路8位：7位数据，1位用于位控制 8kHz采样，27128级量化n每帧125sn1位用于分帧“1”，一帧共2481193位n传输速率fB=193b/125s=1.544Mb/snT1标准6.3.2 准同步数字复接(PDH)系列帧结构n被复接的各支路有自己的时钟，由于各自的时钟偏差不同而不严格相等，在复接前必须调整各支路码速，使之达到严格相等调整低次群汇接定 时分离恢复高次群定 时PDH二次群帧结构（E2标准）n4路复接后8.448Mb/s,每路2.112Mb

10、/sn每路每秒插入2.112Mb/s-2.048Mb/s=64Kb/sn帧长848位，周期100.38 sn各支路子帧长212位，分为4组，每组53位I组组II组组III组组IV组组支支路路1支支路路2支支路路3支支路路4各支路按位复接为二次群各支路按位复接为二次群PDH三次群帧结构(E3标准)n4路PDH二次群复接为34.368Mb/s,每路8.592Mb/sn帧长1536位,周期44.69sn各支路子帧长384位,分为4组,每组96位n同步码1111010000I组II组III组IV组PDH四次群帧结构(E4标准)n4路PDH三次群复接为139.264Mb/s,每路34.816Mb/sn帧

11、长2928位,周期21.02sn各支路子帧长732位,分为6组,每组122位n同步码111110100000I组II组III组IV组V组VI组准同步数字系列6.3.3 同步数字复接(SDH)系列帧结构n被复接的各支路在同一高稳定的时钟控制下，数码率严格相等，将各支路码元直接在时间上压缩、移位后进行复接n字节间插同步复接n以同步传输模块(STM)形式传输nSTM-1 155.52Mb/s STM-3 466.56Mb/s STM-4 622.08Mb/s STM-6 933.12Mb/s STM-8 1244.16Mb/s STM-12 1866.24Mb/s STM-16 2488.32Mb/

12、s STM-64 9953.28Mb/snSTM-N帧由9（行）270N（列）字节组成矩形块n帧长125sn传送方式 第1页的第1个字节，第2页的第1个字节，第N页的第1个字节 第1页的第2个字节，第2页的第2个字节，第N页的第2个字节 信息净负荷9字节261字节N页段开销区域：网络运行、管理维护管理单元指针区域：指示信息净负荷的第一个字节在帧中的位置SONET帧结构nSTS(synchronous transport signal)nSTS-1 51.84Mb/s STS-3 155.52Mb/s STS-9 466.56Mb/s STS-12 622.08Mb/s STS-18 933.1

13、2Mb/s STS-24 1244.16Mb/s STS-36 1866.24Mb/s STS-48 2488.32Mb/snSTS-N帧长125s,N页,每页9行90列字节信息净负荷N页3字节87字节6.4 数字程控交换技术n交换技术的发展n数字程控交换原理6.4.1 交换技术的发展n人工交换阶段 n机电式自动交换阶段 n电子式自动交换阶段 n分组交换发展阶段 6.4.2 数字程控交换原理n在数字程控交换机中实现的数字交换实际上就是对数字语音信号进行时隙交换 n实现时隙交换功能的部件称为T接线器，实现空间交换功能的部件称为S接线器，T接线器和S接线器的适当组合就构成了数字交换网络。TSi数字

14、交换网络12341234ATSjBTSiBTSjAT接线器S接线器AnA1A2n出2出1出n入2入1入输入HW1HW2HWnTS3 TS2 TS1TS3 TS2 TS1输出HW1HW2HWn控制存储器6.5 多网融合n从通信网络来讲，多网融合主要是指固定网络、移动网络、互联网、广电网融合于一体，满足通信业务融合、网络融合、终端融合、产业融合的需求 n“多网融合”技术有两个层面的含义，一是基于IP协议的控制网与信息网的“接入融合”；二是各个子系统信息间的“内容融合”6.5.1 分组交换技术n将整个数据块或称为报文按一定长度分组，一个数据组中包含一个分组头，用来填写地址信息和其他控制信息，这样的数

15、据组称为分组n数据在分组交换网中以分组为单位流动，穿越网络的节点和中继线，到达目的地，这个过程就是分组交换传输的过程。n虚电路，是指两个用户终端在开始互相发送和接收数据之前，需要通过网络建立起逻辑上的连接，一旦这种连接建立以后，通信终端间就在网络中保持一个已建立的数据通路，用户发送的分组将按顺序由这个逻辑上的数据通路到达终点。n数据报方式是将每一个分组当作一份独立的报文一样看待，每一个分组都包含终点地址的信息，分组交换机为每一个分组独立地寻找路径 6.5.2 三网融合n三网融合是指原先独立设计运营的传统电信网、有线电视网和计算机网络趋于融合 n三网融合的内涵 n采用基于IP的分组交换技术 n可

16、以提供语音、数据、视频等多种业务服务 n具有多种宽带和服务质量保证的能力；n实现传输业务与底层传输技术的分离等 6.5.3 IP多媒体子系统6.5.4 固定移动融合技术nFMC（Fixed Mobile Convergence）指固定网络与移动网络融合，基于固定和无线技术相结合的方式提供通信业务。FMC意味着网络的业务提供与接入技术和终端设备相独立。nFMC从本质上体现了这样一种理念：通过整合电信网络资源，以及对终端、网络、运营支撑系统等多种资源的融合，为用户提供与接入技术无关、跨网络、无缝、融合的业务体验和统一的服务体验，并降低网络建设和运营技术。FMC的融合涵盖以下几个方面 n核心控制的融合 n运营支撑系统的融合 n业务网络的融合 n接入层面融合 6.5.5 IP业务nIP电话nIPT是在分组交换的IP网中传输语音、传真以及相关业务，互联网电话和VoIP是其子集；n互联网电话是主要传输网络为公共互联网的电话，通常指网络话音、网络电话以及广义的互联网电话，包括互联网传真；nVoIP是主要传输网络为专用网络，即可管理的IP网络 nIPTVn通过IP宽带连接向用户传送数字电视业务的系统，作为三重播放业务的一部分，它经常与视频点播（VOD）、互联网业务以及VoIP一起提供