数字传输
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2.14 PCM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2.15 E1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（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.woaidiannao.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 |
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| 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 |
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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