2.4 数字传输

2.4.1 脉码调制

将模拟信号变换为数字信号的常用方法是脉码调制PCM(Pulse Code Modulation)。PCM 最初并不是了传送计算机数据用的,而是为了解决电话局之间中继线不够用的问题,希望使用一条中继线不是只传送一路而是可以传送几十路的电话。由于历史上的原因 ,PCM有两个互不兼容的国际标准,即北美的24路PCM(简称为T1)和欧洲的30路PCM(简称为 E1)。我国采用的是目标准。T1的速率是1.544Mbps,E1的速率是2.048Mbps。下面结合PCM的取祥、量化和编码三个步骤,说明这些速率是如何得出的。计算机基础知识

为了将模拟电话信号转变为数字信号,必须对电话信号进行取样。即每隔一定的时间间隔,取模拟信号的当前值作为样本。该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。一系列连 续的样本可用来代表模拟信号在某一区间随时间变化的值。取样的频率可根据奈氏取样定理 确定。奈氏取样定理表述为,只要取样频率大于模拟信号最高频率的2倍,则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号。即

其中fl为取样频率,T1为取样周期,即两次取祥之间的间隔,f2max为信号的最高频率二标准电话信号的最高频率为3.4KHz,为方便起见,取样频率就定为8KHz,相当于取样周期为 125μs(1/8000s)。图2.14表示了上述概念。

图2.14PCM的基本原理

这样,一个话路的模拟电话信号,经模数变换后,就变成每秒8000个脉冲信号,每个脉冲信号再编为8位二进制码元。因此一个话路的PCM信号速率为64Kbps。

为有效利用传输线路,通常总是将多个话路的PCM信号用时分多路复用(见下一节)的方法装成帧(即时分复用帧),然后再往线路上一帧接一帧地传输。图2.15说明了E1的时分复用帧的构成。

图2.15E1的时分复用帧

E1的一个时分复用帧(其长度T=125µs)共分为32个相等的时间间隙(简称时隙),时隙的编号为CH0～CH31。时隙CH0用作帧同步,时隙CH16用来传送信令u盘装win7(如用户的拨号信令)。可供用户使用的话路是时隙CH1～CH15和CH17～CH31,共30个时隙用作30个话路。每个时隙传送8bits。因此,整个32个时隙共传送256bits,即一个帧的信息量。每秒传送8000个帧,故PCM一次群E1的数据率即为2.048Mbps。图2.14中,在2.048Mbps传输线路两端的同步旋转开关,表示32个时隙中比特的发送和接收必须和时隙的编号相对应,不能弄乱。http://www.upzxt.com

北美使用的T1系统共24个话路。每个话路的取样脉冲用7bits编码,然后再加上1位信令码元,因此一个话路也是占用8bits。帧同步是在24路的编码之后加上1bits,这样每帧共193bit。因此T1一次群的数据率为1.544Mbps。

当需要有更高的数据率时,可以采用复用的方法。例如,4个一次群就可以构成一个二次群。当然,一个二次群的数据率要比4个一次群的数据率总和还要多一些,因为复用后还需要一些同步的码元。表2-1所示给出了欧洲和北美系统的高次群的话路数和数据率。日本的一次群用T1,但自己另有一套高次群的标准。

表2-1数字传输系统高次群的话路数和数据率

系统类型

一次群

二次群

三次群

四次群

五次群

欧洲体制

符号

话路数

数据率速

E1

30

2.048

E2

120

8.488

E3

480

33.368

E4

1920

139.264

E5

7680

565.148

北美体制

符号

话路数

数据率速

T1

24

1.544

T2

96

6.312

T3

672

43.736

T4

4032

273.176

2.4.2 数字数据信号编码

1. 不归零编码

不归零编码(NRZ,Non-Return to Zero)如图2.16(a)所示。NRZ码规定用负电平表示“0”,用正电平表示“1”,亦可有其他表示方法。如果接收端无法确定每个比特从什么时候开始,什么时候结束,则还是不能从高低电平的矩形波中读出正确的比特串。

2. 曼氏编码

曼氏编码(Manchester)自带同步信号,如图2.16(b)所示。在曼氏编码中每个比特持续时间分为两半。在发送比特“0”时,前一半时间为高电平,后一半时间为低电平;在发送比特“1”时则u盘装系统软件相反。或者也可在发送比特0时,前一半时间电平为低,后一半时间电平为高;在发送比特1时则相反。

3. 差分曼氏编码

差分曼氏编码(Difference Manchester)是对曼氏编码的改进。它与曼氏编码的不同之处主要是:每比特的中间跳变仅做同步用;每比特的值根据其开始边界是否发生跳变决定,每比特开始除出现电平跳变表示二进制“0”,不发生跳变表示二进制“1”,如图2.16(c)所示。

图2.16数字数据的数字信号编码

2.4.3 字符编码

数字传输时,在信道上传送的数据都是以二进制位的形式出现的,如何组合“0” 与“1”这两种码元,使之代表不同的字符或信息(数据信息和控制信息), 叫称字符编码。国际标准化组织1967年推荐了一个7单位编码(每个字符由七位二进制码元组成,另外附加一位奇偶校验位),即国际标准IS0646,为世界各国广泛采用。我国1981年由国家标准总局公布了信息处理交换用7单位编码,与IS0646的7单位编码一致,国标代号GB1988-80,其字符集标准见表2-2,该字符集与美国ASCII字符集基本一致。