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数字复用

       只要电话公司每年都可以更换一定数量的设备(这些设备的使用寿命通常是30到40年),那么在PSTN中模拟复用仍将使用下去。这样,在1980年安装的模拟复用系统在今后的几年里仍有用武之地。
频分复用
       但是,目前大多数模拟复用系统已经被数字复用系统所替代,而且所有在PSTN上新安装的复用系统都是数字化的。数字复用技术大约是在1962年出现的,当时AT&T推出了非常成功的T-1复用系统。T-1系统是第一个完全数字化的复用系统,与使用频分复用(FDM)、传输频带是4kHz的模拟话路不同,它使用时分复用(TDM)、速率为60kbit/s的数字话路。虽然模拟复用和数字复用仍然都是基于电路交换,实时实电路的系统,但是模拟复用的基本单元是话路,而数字复用的基本单元是速率为64kbit/s的DS-0串行比特流,二者有着根本的区别。即使是在1962年,数字复用终端(发送器和接受器)的价格也比模拟复用终端的价格要低,模拟系统不但价格更高而且在放大话音信号的同时也放大了噪声信号,与之相比数字系统则有更好的性能(话音质量更好)。由于线对的安装费用不断上升,而且随着数字式元件价格的降低,数字复用设备的价格也在不断降低,这样和模拟干线相比,距离越短T1系统的成本就越低。
       从技术上来讲,T-1系统是一个物理干线系统,它是由两对非屏蔽双绞铜线、一个发送器、一个接受器和在发送器与接受器之间每隔6000英尺设立的中继器所组成。在物理T-1系统上发送的比特组织形式被定义为DS-1顿结构,个DS-1能够在一对铜线上承载24个速率为64kbit/s的DS0,这样T-1系统的数字传输速率可以达到1.536Mbit/s(24x64kbit/s)在T-1系统上还有一个额外的总线路速率8kbit/s,加在一起是1.544Mbit/s,四舍五入为1.5Mbit/s。
       换个角度来看T-1系统线路速率,是认为每秒钟24个话路产生8位比特,同时每秒钟取样8000次(这就是64kbit/s的由来),因此24个话路在每一个T-1帧中封装192位比特(24x8)。在每一个基本的顿中还需要加入一个第193比特-一成顿比特,它的作用就是使接受器在即将到来的下一个顿的边界达到同步。由于在每一个数字话路中每秒钟有8000次的取样操作.T-1系统的链路必须以1.536Mbit/s(192比特x8000次/秒),或以实际的1.544Mbit/s(193比特x8000次/秒)的速率进行操作才能够达到同步,T-1系统每1/800秒(125.s)发送出去一顿(带有193位比特)。这速率非常快,是人所感觉不到的,通常一眨眼的时间是1/10s,100ms或100000μs,而T-1系统发送顿时的速率比眨眼的速度还要快。令人奇怪的是,高尔夫球手可能会对T-1的顿速率有很好的感觉,球杆击打高尔夫球时发出的短促的咔嗒声几乎接近人的感觉极限,这一时问大约是1/2ms或500s,就在这一咔塔声中,T-1系统的发送器已经在链路上发出了四帧。
       T-1系统的链路可以用来承载数字话路或计算机的串行比特流。举个例子,一个T-1复接器可以在同一个公司内部的PBX之间传递12路话音,也可以以64kbit/s的速率在一栋大楼内连接12个路由器,传输串行比特流。
       通常情况下T-1系统链路传递话音的速率是64kbit/s,而传递串行比特流的速率被限制在56kbit/s,即64kbit/s的DS-0信道速率的八分之七。
       为什么传递串行比特流的速率会比传递话音的速率要低呢?这是因为有的时候每个DS-0信道的第8位比特被T-1系统用于非比特传输功能上。对于话音应用来说,这一间歇的“比特占用”对于非传输功能是听不见的;但对于计算机数据通信,它需要正确传输所发出的在DS-0信道上的所有比特,一旦出现“比特占用”现象时,第8位比特的信息就会被抹去而且不能够恢复,就会出现信息丢失。现在虽然并不是每一个T-1帧中的每个信道的每一个第8位比特都被占用,但由于除了载波器,谁也无法确切知道什么时候使用第8位比特、什么时候占用,所以数据用户别无选择,只好放弃使用所有DS-0信道的第8位比特。
       被占用的第8位比特实际上有四种用途,其中一种用途仅当DS-0信道用于话音干线时才需要,当DS-0信道传输串行比特流时就不适用了。第8位比特的其他三种用途如下:
      1.保持线路上比特1的密度
      2.为发送器提供报警信号
      3.提供载波器的内部维护信息
       这里对于每一项用途都简要地解释一下。T-1系统的线路编码--双极性信号交替反转(AMI),在线路上没有任何电压的时候表示比特0。如果邻近的DS-0信道正传输数据比特,就可能在一行中出现太多0的情况,这时接收器就可能失去顿同步(是30比特没有任何信息,还是只有29比特或31比特?接收器不能判断)。另一方面,这种线路编码用电压脉冲来表示比特1。这样当一个只使用AMI编码的T-1系统遇到将要发送到邻近DS-0信道的16个连续的比特0时,T-1设备就会将其中的一个比特0(第一个信道中的第8位比特)转变成比特1来保持线路上最小的比特1的密度。
       当T-1接收器没有接收到信号时就会出现报警。当然,发送器一端可能还在发送信号,但是如果一条线对已经失效,那么再怎么样重复地发送信号也没有意义了。这时报警功能就在每一个上行信道中把第8位比特设置成1,目的是通知发送端停止发送下行信号(如果可行的话可以切换到备用线路上),这些无法正常传送的数据比特将被设备操作所删除。最终,技术人员可以用信道中的第8位比特通知T-1设备执行诊断、收集网络管理信息等功能。当然这些方法中的任何一种对数据用户都是有利的,不过这些方法开始使用时,T-1系统还仅仅是作为话音干线,而到八十年代早期当T-1系统开始用于数据传输时,这些方法也就继续使用下去了。
无干扰信道
       如果T-1链路允许数据用户使用64kbit/s的完全DS-0信道速率(叫做无干扰信道容量),那么T-1业务提供者必须做到以下两点:第一,在发送器、接受器、中继器和其他设备之间不再使用直接双极性信号交替反转线路编码,必须使用一种叫做二进制8零置换(B8ZS)的线路编码。有时人们认为二进制8零置换线路编码与信号交替反转线路编码是不同的线路编码,但实际上二进制8零置换线路编码是信号交替反转线路编码的改进,它解决了比特1的密集度问题;第二,必须使用另外一种T-1顿格式--T-1扩展超帧,把报警和维护信息从信道自身中转移到24个连续T-1顿的第193个成顿比特的顿上面。
       与美国的做法不同,国际上把与T-1等效的系统叫做E-1。E-1系统的数据传输速率从来没有56kbit/s的限制;E-1的顿结构与T-1不同,报警和维护信息也不成问题;在E-1中有一条特殊的信令信道,这就避免了占用比特信令;E-1的线路编码也不是双极性信号交替反转码,它采用特殊的同步信道,这样也就不需考虑比特1密集度的问题,不需要使用二进制8零置换线路编码了。所有的E1系统都支持64kbit/s速率的传输,联合国规定所有的开始于一个国家而终止于另一个国家的国际电话环路必须使用E-1系统,不能使用T-I系统。T-1系统只应用于美国和加拿大国内,也仅限于在国内。
       E-1系统的一个基本顿可以复用30个数字话路(而不是24个),帧也是分群的,但与T-1系统相比目的不同。E-1系统的信道速率仍为64kbit/s,但使用了稍微不同的话音数字化形式(两者不兼容)。图3-5列出了T-1与E-1系统的基本顿结构,把二者进行了比较。
T-1:
       193bitx8000time/s=1.544Mbit/s
E-1:
       256bitx8000time/s=2.048Mbit/s.
       无论是T-1系统还是E-1系统,基本单元都保留了64kbit/s的DS-0电路交换话路。但是,由于话务负荷导致网络日益增大,这就要求寻找-些其他方法能够在同一物理设备上的同一对电话交换机之间复用更多的数字化电路,以提高干线的容量。