第4讲调制解调器

E1载波复帧结构

将16个子帧构成一个复帧：每个子帧开始处TS0 用作同步，TS16用作 信令，由于TS16的8位只能传送2个话路的信令，因此，以偶数帧的 TS0作同步码，奇数帧的TS0作同步对告，以第一个子帧的TS16作复帧 同步及对告，以随后的15个子帧的TS16依次传送30路的信令。 偶帧（F0、F2、F4… 等）的TS0时隙用于帧同步，第一位用于国际通 信，第二位为0表示偶数帧，第3到第8位为011011，是子帧的帧同步码。 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， 第二位为1表示奇数帧，第3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0，帧失步时为1，以便告诉对端，收端已出 现帧失步，无法工作。48位用于业务联络，也可不用。
电力系统通信与网络技术
第四讲
调制解调器
2.4 调制解调器

2.4.1 调制解调器的作用 2.4.2 调制解调器的分类 2.4.3 调制解调器的标准 2.4.4 宽带调制解调器
2.4.1 调制解调器的作用


调制解调器：MODEM---Modulator and Demodulator 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 数据终端与信道之间插入数字利用MODEM在 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 字信号。
T1载波帧结构
帧125s(193bits)
C1
C2
C23
C24
7位数据 1位控制信号
帧同步编码
E1载波

E1载波是E标准的基群，又称PCM30/32路 系统。
E1载波由32路组成，其中30路用来传输用 户话音信号，2路用作信令。

E1载波帧结构

每路话音信号抽样速率为fs=8000Hz，故对应的每帧 （子帧）时间间隔为125 μs。 一帧共有32个时间间隔，称为时隙。各个时隙从0到31 按顺序编号，分别记作TS0，TS1，TS2， …，TS31。 TS1至TS15和TS17至TS31这30个路时隙用来传送30路 电话信号的8位编码码组， TS0分配给帧同步， TS16专用于传送话路信令。 每个路时隙包含8位码，一帧共包含256个比特。 E1载波信息传输速率： fb=8000［(30+2)×8］=2.048Mb/s 其中，每比特时间宽度为τb=1/ fb ≈0.448μs，每路时隙时 间宽度为τl=8τb≈3.91μs。
2.5 多路复用技术

2.5.1 多路复用的概念 2.5.2 频分多路复用 2.5.3 时分多路复用 2.5.4 波分多路复用
2.5.1 多路复用的概念

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 同一信道传输而互相不干扰的技术。 复用技术分类： 频分多路复用：常用于模拟通信，如载波通信 时分多路复用：常用于数字通信，如PCM通 信。
按位复接（PDH—Plesiochronous Digital Hierarchy） 按路复接（SDH—Synchronous Digital Hierarchy） 按帧复接



准同步数字体系（PDH）复接
基群 北美 T1: 24路 1.544Mb/s T1: 24路 1.544Mb/s E1: 30路 2.048Mb/s 二次群 T2: T14=96路 6.312Mb/s T2: T14=96路 6.312Mb/s E2: E14=120路 8.448Mb/s 三次群 T3: T27=672路 44.736Mb/s T3: T25=480路 32.064Mb/s E3: E24=480路 34.368Mb/s 四次群 T4: T36=4032路 274.176Mb/s T4: T33=1440路 97.728Mb/s E4: E34=1920路 139.264Mb/s
V.34协议采用四维TCM编码调制方式等和V8协商握手等先 进手段先进技术，使其传输速率达到28.8k bit/s。 此外，ITU-T还制定了一个56 k bit/s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 （PSTN）上以56 k bit/s的速率接收数据。



C1
T
时分复用的过程
C2

(1)
t
C1、C2、C3为三路模拟语音信 号，固定时隙长度为T=125s，
对采样获得的离散值用三位二 进制线性编码，
C3
(2)

t
(3)

T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。
数据传输速率为72kbit/s (8kHz3时隙/帧3比特/时隙) 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 同步，识别一帧的起始。

位同步 帧同步
位同步（时钟同步）


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。 为了达到收发两端频率同频同相，在设计传输 码型时，一般要考虑传输码型中应含有发送端 的时钟频率成分。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， 就可做到位同步。
2.4.2 调制解调器的分类

按工作速率：低速Modem(<1200bit/s)，中速Modem (1200~9600bit/s)，高速Modem(>9600bit/s)。

按调制方式：频移键控FSK，相移键控PSK，振幅键 控ASK几类。在电力系统数据通信中，多采用FSK方 式。
按结构分：机箱式、独立式和插卡式。 按其应用场合：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 (300~3400Hz)，也有使用在上音频频段的 (2700~3400Hz)，有适用专线的；也有适合交换机的。 按信号传输方式：同步传输方式和异步传输方式。


F0的TS16用于复帧同步和失步告警，前4位0000用于同步，第6位为0， 表示复帧同步；为1表示复帧失步。第5、7、8为可传信令，也可不用。
F1F15的TS16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16帧（1复帧）轮 流传送一次就够了。这样15帧（F1F15）的TS16 时隙可以轮流传送 30个话路的信令码。
日本 欧洲 中国
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。
作业

思考题 19、20

2.5.2 频分多路复用（FDM）

频分多路复用（FDM—Frequency Division Multiplex） 通过对多路调制信号进行不同载频的调制，使 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 输多路信号的目的。

基本原理是频率搬移。
频分复用系统示意图
注意两个问题： 一是传输时间间隔必须满足抽样定理，即各路样值信号 分别传输一次的时间T≤125μs，但每一路信号传输时所 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。 二是收信端和发信端的转换开关必须同步动作，否则 信号传输就会发生混乱。

TDM的同步技术
目前高速Modem的标准协议
（一）三种调制协议 ITU-T建议的高速Modem的调制协议有如下几种：

V.32协议是9600bit/s高速Modem的标准调制协议。它采用 QMA调制，使其传输速率达到9600bit/s。

V.32bis协议是14400bit/s高速Modem的标准调制协议。是 V.32协议的增强版本，采用TCM调制方式使传输速率达到 14400bit/s，与是V.32兼容。
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1, 2, …, n，并使各路已调信号频谱之间留 有一定的保护间隔。
2.5.3 时分多路复用（TDM ）

时分多路复用（TDM —Time Division Multiplexing）
各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。

时隙：每个信号占一个指定的固定长度的时间间隙。
111 110 101 100 011 010 001 000 111 101 010 110 110 100
t


(4)
t
帧 三路模拟信号时分复用示意图
T1载波




TDM有两个国际标准，分别是T标准和E标准。T标准 在北美和日本采用，E标准在欧洲和我国采用。 T1载波是T标准的基群，由24路8kHz抽样的信号复用 而成为帧结构。 每路抽样信息占8位，每帧包括248+1位。其中第193 位是成帧位，用于帧同步。 对于话音传输，每个抽样值用7位比特编码，另一位用 作标志或控制信息位。 数据率应为8000193=1.544Mbps， 每一路的数据率为80008=64kbps，净数据率为 80007=56kbps。
wenku.baidu.com

Modem按传输速率的分类表
名称 传输速率 调制方式 低速 中速 高速 >9600bit/s
1200~9600 <1200bit/s bit/s FSK PSK
4PSK， PCM等
2.4.3 调制解调器的标准
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 确进行,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。 ITU-T制定有关调制解调器的标准和建议，称为V系列 建议。北美地区则使用BELL标准。
帧同步

帧是传输一段具有固定数据格式数据所占用的时间。 第一，“帧”是一段时间，每一帧中的数据格式是一 样的； 第二，“帧”是一种数据格式，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 数据内容可以不同。 帧同步是为了保证收发各对应的话路在时间上保持一 致，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。 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，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 的各路信号。

E1载波的帧结构图
例题

PCM30/32路系统中第23话路信令码的传 输时隙位置是( B ) A.F7帧TS16的前4位码 B.F7帧TS16的后4位码 C.F8帧TS16的前4位码 D.F8帧TS16的后4位码
多级复用

多级复用：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 接方法 通常有3种复接方法：

目前高速Modem的标准协议（续）
（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 两个工业标准MNP和V.42。V.42是差错控制协议。MNP包 括MNP2，MNP4，均为差错控制协议。
（三）数据压缩协议 数据压缩协议是高速Modem的关键技术，数据压缩有两个 工业标准：V.42bis和MNP5。 （四）通信软件 对于智能型Modem提供很多高级功能，但要靠通信软件完 成

抽样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 沿同一信道传输提供了条件。 TDM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，已达到互相分 开，互不干扰的目的。

时分复用示意图
时分复用的特点

时分复用的特点 各路信号在频谱上是互相重叠的，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。
F1( ) 发话人1 F2( ) 发话人2 F3( ) 发话人3 cos3t cos3t cos2t 调制器3 带通滤波器3 H3 ( ) cos2t 解调器3 cos1t 调制器2 ∑ 信道 带通滤波器2 H2 ( ) cos1t 解调器2 调制器1 带通滤波器1 H1 ( ) 解调器1 F1() 受话人1 F2() 受话人2 F3() 受话人3