現(xiàn)代通信原理

2010.9~2011.1主要內(nèi)容時分復(fù)用原理PCM基群幀結(jié)構(gòu)幀同步技術(shù)數(shù)字復(fù)分接原理統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)第四講時分多路復(fù)用為什么要采用時分復(fù)用技術(shù)？時分復(fù)用包含哪些關(guān)鍵技術(shù)？為什么要定義幀結(jié)構(gòu)或包結(jié)構(gòu)？如何實現(xiàn)幀或包的定位？支路信號怎樣形成合路信號？什么是統(tǒng)計時分復(fù)用技術(shù)？研究對象研究對象在數(shù)字通信系統(tǒng)中的位置時分復(fù)用（TDM）Time-DivisionMultiplexing主要特點是利用不同時隙來傳送各路不同信號充分利用信道帶寬與FDM的比較TDM在時域上是各路信號分割開來，但在頻域上是各路信號混疊在一起FDM在頻域上是各路信號分割開來，但在時域上是混疊在一起時分復(fù)用原理時間頻率TDM的方法的突出優(yōu)點可靠性多路信號的匯合與分路都是數(shù)字電路，比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠對信道要求信道的非線性會在FDM系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真與高次諧波，引起路際串話，因此，對信道的非線性失真要求很高TDM系統(tǒng)的非線性失真要求可降低復(fù)用速率高40Gbps、100Gbps、160Gbps隨器件的進步，發(fā)展很快TDM的主要技術(shù)問題幀結(jié)構(gòu)的設(shè)計同步、開銷、凈荷等結(jié)構(gòu)設(shè)計復(fù)分接的方法支路信號如何形成合路信號，合路信號中如何解出支路信號同步時鐘及數(shù)據(jù)的恢復(fù)問題接入控制固定性業(yè)務(wù)變化的業(yè)務(wù)TDM技術(shù)的發(fā)展PDH（PlesiochronousDigitalHierarchy)采用TDM方式的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國際上已建立起標準。數(shù)字復(fù)接序列中按傳輸速率不同，分別稱為基群、二次群、三次群、四次群等等目前四次群以下已存在兩套準同步數(shù)字復(fù)接系列(PDH)，分別用于北美、日本和歐洲、中國PDH速率等級基群：2.048M二次群：8.448M三次群：34.368M四次群：139.264MSDH(SynchronousDigitalHierarchy)隨著光纖通信的發(fā)展，四次群速率已不能滿足大容量高速傳輸?shù)囊竺绹紫忍岢鐾焦饫w網(wǎng)（SONET）的建議現(xiàn)已形成ITU正式建議，STM-1/4/16/64/256SDH則是全球統(tǒng)一的同步數(shù)字復(fù)接系列SDH速率等級STM-1:155.52MSTM-4:622.28MSTM-16:2448.32MSTM-64:9953.28MSTM-256:39813.12M統(tǒng)計時分復(fù)用 TDM系統(tǒng)的幀結(jié)構(gòu)設(shè)計幀結(jié)構(gòu)的必要性要有起始標志要有用于OAM的開銷收發(fā)端要有統(tǒng)一的約定幀結(jié)構(gòu)的組成部分幀同步標志開銷凈荷PDH的基群幀結(jié)構(gòu)F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15×001101111TS012345678910111213141516171920212211232425262728112930311832路時隙，256bit,125us16幀，2.0ms00001A21111×A111111111abdabcdcF1CH1CH16abdabcdcF2CH2CH17abdabcdcF15CH15CH30幀同步時隙話路時隙(CH1-CH15)信令時隙話路時隙(CH17-CH30)CH31幀同步信號復(fù)幀同步信號備用比特3.91μs保留給國內(nèi)通信用關(guān)注參數(shù)：幀長、幀周期、幀同步、開銷結(jié)構(gòu)SDHSTM－N幀結(jié)構(gòu)

SDH幀結(jié)構(gòu)：STM-N9*270*N字節(jié)SOH: 段開銷RSOH:

再生段開銷MSOH:

復(fù)用段開銷AU:

管理單元PTR:

指針AU=PTR+payload1231345919102701N單位:字節(jié)STM-NPayloadRSOHMSOHPTR傳輸順序A1B1D1A1??A2J0F1D3A2??A2E1D2A1??數(shù)據(jù)傳輸包結(jié)構(gòu)

GFP數(shù)據(jù)包幀結(jié)構(gòu)幀同步幀同步接收設(shè)備的幀與所接收到的信號的幀處于準確同相的狀態(tài)，是保證分接器正確分離各支路信號的前提幀同步的建立：捕捉接收信號中的幀定位信號，以此相位作為標準來調(diào)整接收設(shè)備的時間系統(tǒng)幀同步的建立與保持的時間是TDM系統(tǒng)的重要指標，與幀定位碼型、幀長、幀同步的方法等有關(guān)系幀同步碼型的選擇隨機變化的信碼將會以一定的概率出現(xiàn)與幀定位一致的假幀定位信號，將影響幀定位的搜捕過程幀定位碼要具有良好的相位辨識能力，及應(yīng)具有脈沖自相關(guān)特性幀定位碼還應(yīng)對傳輸誤碼具有高容忍性，即允許幀定位碼有一些誤碼而不影響幀同步巴克碼：110111001011100010010…幀同步設(shè)計同步碼長選擇需要考慮的因素碼長越長在隨機數(shù)據(jù)流中產(chǎn)生假幀同步碼的概率越小碼長越長越容易被傳輸誤碼破壞，捕捉時間增大碼長越長信道利用率越低需要綜合考慮各種因素選擇幀定位碼長幀同步的基本方法逐比特搜索幀同步碼組按幀結(jié)構(gòu)跳到下一可能幀同步碼組處校驗，如果是同步碼組則再跳到下一處，否則重新逐比特搜索參數(shù)設(shè)定

幀定位碼比特數(shù)＝n 幀時隙寬度＝Th 幀周期＝Ts虛警概率：假幀同步碼組出現(xiàn)概率虛漏概率：幀同步碼組出現(xiàn)誤碼致使錯過幀同步的概率虛警概率：虛漏概率：平均搜捕時間從非同步位移到同步位并且能夠作出正確判斷所經(jīng)歷的時間同步碼組區(qū)虛警為0幀同步設(shè)計幀同步設(shè)計-平均搜捕時間在非同步碼位上平均停留時間自非同步位移到同步位經(jīng)歷的時間幀同步設(shè)計－平均搜捕時間考慮誤碼的影響最佳幀同步碼長幀同步設(shè)計同步保護狀態(tài)的必要性誤碼將引起幀失步，導(dǎo)致系統(tǒng)不能正常工作平均幀同步丟失時間間隔：誤碼引起的兩次幀失步之間的間隔，如果過短，則難以保證服務(wù)的質(zhì)量如果沒有同步的保護措施，同步碼組的任何一位發(fā)生誤碼就會引起幀失步一個例子幀同步設(shè)計同步狀態(tài)保護方法進入同步態(tài)后，每隔一幀時間連續(xù)檢測是否發(fā)生幀同步信號丟失現(xiàn)象，如果連續(xù)次發(fā)生幀同步信號丟失，則確認進入失幀狀態(tài)平均失幀時間間隔平均確認失幀時間：從真正失幀到確認失幀的平均時間加長搜捕校核的必要性如果沒有采取同步狀態(tài)保護，則不需要采取搜捕校核如果沒有搜捕校核，如果出現(xiàn)虛警現(xiàn)象，則立即進入同步狀態(tài)，而且必須在隨后的規(guī)定時刻連續(xù)若干次不再出現(xiàn)偽同步，方可進行下一碼位的搜索，使得同步搜捕時間大大加長，因此需要進行搜捕校核幀同步設(shè)計搜捕的校核方法發(fā)現(xiàn)第一個幀同步碼后，在規(guī)定的時刻連續(xù)檢測是否還有幀同步碼出現(xiàn)，如果連續(xù)出現(xiàn)次，才確認進入同步狀態(tài)搜捕校核對同步搜捕時間的影響如果虛警僅導(dǎo)致進入同步一次系統(tǒng)實際已進入同步態(tài)，但卻需要經(jīng)過同步確認時間后才進入幀同步設(shè)計幀同步狀態(tài)機適用于周期性固定幀長的情況，如PDH、SDH幀同步！幀同步設(shè)計保護參數(shù)的計算可用誤碼門限10^-3

推薦值計算值二次群342.74三次群342.74四次群342.24.2數(shù)據(jù)包的同步GFP數(shù)據(jù)包的同步與PDH、SDH同步的不同標志信息不再是固定的碼組，而是一種固定的約束關(guān)系包長是變化的，有可能很長，也有可能很小有開銷指示包長信息同步狀態(tài)機設(shè)計的不同需要考慮不同包長的影響著重考慮虛警的影響GFP同步狀態(tài)機設(shè)計如果出現(xiàn)虛警，將有可能導(dǎo)致大量的數(shù)據(jù)包丟失幀同步設(shè)計的基本思路是一致的！TDM的復(fù)分接復(fù)接若干支路信號形成合路信號分接從合路信號中拆分成若干支路信號PDH復(fù)接方法準同步數(shù)字系列輸入支路數(shù)字信號與本機定時信號的標稱速率相同，但實際上有一個很小的容差復(fù)分接結(jié)構(gòu)PDH復(fù)接存在的問題容器大小不一致的問題輸入的支路信號速率固定，連續(xù)輸出的合路信號速率固定，連續(xù)在合路信號幀結(jié)構(gòu)中分配給某一支路信號的時隙數(shù)目是固定的問題：PDH支路信號速率之間存在小的容差合路信號的速率與標稱速率之間存在小的容差合路信號能夠提供給支路信號的容器大小合支路信號希望的可能不一致經(jīng)過長時間的積累將產(chǎn)生漏信息或重傳信息的情況解決的途徑把容器作大，絕對滿足要求，但不能浪費大容器的哪一部分是攜帶支路信息，需要指示PDH復(fù)接方法碼速調(diào)整在每個復(fù)接幀中規(guī)定一個指定的時隙，稱為碼速調(diào)整支路比特如果該支路碼速不需要調(diào)整，這個時隙就照常操作如果該支路要調(diào)整碼速，這個時隙則空閑一次或多傳一次，該時隙稱為塞入位置SV在復(fù)接幀中留出指定的時隙來傳送碼速調(diào)整的指示信號指示信號出錯，會導(dǎo)致支路碼流丟失一比特或誤塞入一比特，即出現(xiàn)滑動PDH復(fù)接方法正碼速調(diào)整輸入支路時鐘頻率為，其輸出時鐘即同步復(fù)接支路時鐘的頻率為。在正碼速調(diào)整技術(shù)中，輸出頻率大于輸入頻率。碼速調(diào)整的實現(xiàn)：緩沖存儲器，控制電路正碼速調(diào)整的基本關(guān)系式m：復(fù)接之路數(shù)目Q：合路幀中每一支路的信息比特數(shù)K：合路幀中每一支路的非信息比特數(shù)LS：合路幀長：最大碼速調(diào)整速率，可能不傳信息的最大速率，如果每復(fù)接幀中只設(shè)定一個調(diào)整位置，則調(diào)整比率：實際調(diào)整速率與最大調(diào)整速率之比正碼速調(diào)整關(guān)系式：PDH復(fù)接方法1234------------------535455106107159108160161162------2121F11F12F13信息S50bit第二個塞入標志SZ信息S52bit第一個塞入標志SZ第三個塞入標志SZ塞入位置SV信息S52bit信息S51bitⅠ組53bitⅡ組53bitⅢ組53bitⅣ組53bit212bitPDH復(fù)接方法基群到二次群的正碼速調(diào)整PDH復(fù)接方法二次群的形成——同步復(fù)接PDH復(fù)接方法關(guān)于同步復(fù)接的討論為什么要采用間插的方式？支路信碼接近均勻分布，收發(fā)端的緩沖存儲器的容量可以減小，降低實現(xiàn)復(fù)雜度收端支路恢復(fù)信碼接近均勻，可以減小恢復(fù)時鐘難度，降低恢復(fù)時鐘抖動PDH復(fù)接方法關(guān)于塞如標志SZ的討論塞入標志的作用：指示塞入位SV是否為信息為什么在幀結(jié)構(gòu)中要采用三個塞入標志？如果塞入標志出錯，在接觸的支路幀中將會多處一個比特或少一個比特，即出現(xiàn)滑動滑動帶來的后果——一定會出幀同步丟失采用三個塞入標志的處理方法三個位置傳送相同的值接收端判斷準則：多數(shù)判決法塞入標志的做法實際上是一種信道編碼，采用冗余對抗信道誤碼！PDH復(fù)接方法復(fù)接參數(shù)的計算：以基群到二次群復(fù)接為例

其他碼速調(diào)整正/負碼速調(diào)整原理與正碼速調(diào)整一樣同步復(fù)接時鐘與支路時鐘的標稱值相同，因此存在略大于、等于或小于三種情況，對于等于的情況可以用正調(diào)和負調(diào)間差的方式進行，系統(tǒng)中只存在正、負兩種調(diào)整塞入指示僅有正負兩種表示正/0/負碼速調(diào)整時鐘取值與正/負碼速調(diào)整一致塞入指示有正調(diào)、不調(diào)和負調(diào)三種指示PDH技術(shù)的缺點地區(qū)性的標準北美：1.5M,6.3M,45M,Nx45M歐洲：2M，8M，34M，140M日本：1.5M,6.3M,32M,100M,400M沒有世界性的標準光接口異步復(fù)用方式：碼速調(diào)整OAM通道缺乏基于點對點傳輸沒有業(yè)務(wù)的兼容性

SDH技術(shù)的特點全球統(tǒng)一的標準同步復(fù)用方式與靈活的復(fù)用映射結(jié)構(gòu)5％的豐富開銷比特標準的光接口信息凈負荷的網(wǎng)絡(luò)透明性網(wǎng)絡(luò)定時的透明性網(wǎng)絡(luò)結(jié)構(gòu)靈活，適用于各種情況業(yè)務(wù)的前向和后向兼容性不足之處：頻帶利用率降低網(wǎng)絡(luò)同步困難軟件依賴性提高SDH復(fù)用方法SDH復(fù)用映射結(jié)構(gòu)SDH復(fù)用方法同步復(fù)用采取字節(jié)間插的方式進行復(fù)用同步復(fù)用帶來的好處在準同步復(fù)用中，如果希望把一個基群信號復(fù)用到四次群并從四次群高速合路信號中解出該基群支路信號，需要經(jīng)歷的過程：基群－二次群－三次群－四次群－四次群－三次群－二次群－基群，及所謂的背靠背分插復(fù)用，設(shè)備量很大、成本太高在同步復(fù)用中，每一個支路信息在合路信號中占據(jù)固定的位置，可以通過軟件一次性地把支路信號直接復(fù)用到和路信號或從合路信號中解出來，實現(xiàn)一步復(fù)用特性SDH復(fù)用方法映射支路信號進入到SDH容器的過程采用的方法：碼速調(diào)整－支路信號與SDH合路信號時鐘準同步同步映射－支路信號與SDH合路信號時鐘同步V5信元字節(jié)(34)J2Z6信元字節(jié)(34)信元字節(jié)(34)Z7信元字節(jié)(34)兩種映射方式的時鐘關(guān)系SDH復(fù)用方法指針指針的作用碼速調(diào)整的調(diào)整指示與調(diào)整位支路信息的起始位置指示，中間復(fù)用層次不再需要專門的幀同步，從而不需要背靠背的復(fù)分接設(shè)備，簡化系統(tǒng)結(jié)構(gòu)指針的調(diào)整主要應(yīng)對無法實現(xiàn)完全同步情況下的系統(tǒng)工作782--0--1---86-H1YYH21*1*H3H3H387--521--數(shù)