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电话光端机在数字通信系统中的信号复用与解复用技术

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电话光端机怎样复用多路电话?采样、时分复用与波分边界

同一对电话光端机可以传多路电话,不是把几个人的声音直接叠在一起,也不必给每一路电话分配一种光的颜色。数字电话光端机会分别处理各路语音和通话状态,将数据按约定规则组织成一条传输码流;另一端识别规则,再把内容送回对应的话路。理解这个过程,才能判断“几路电话”“一根光纤”和“多大带宽”分别代表什么。

先分清声音和呼叫状态

设想厂区办公室有三条模拟分机,要延伸到远端值班室。电话交换机的三个模拟分机口分别接近端设备,远端三个电话接口分别接三台话机。每路都是独立通话,不能把三条电话线并在一个端口上来增加容量。两端通常都具有发送和接收功能,所以“发射机”和“接收机”的称呼不能理解成一端永远只说、另一端永远只听。

声音是随时间变化的电信号,而摘机、挂机和来电振铃是通话状态。只把声音送过去,电话仍可能无法正常呼入或释放。设备需要检测本地状态,传到另一端,再由对端电话接口产生对应动作。振铃电压不是沿着光纤直接传过去的;光纤承载的是传输信息,远端由本地供电与接口电路恢复线路条件。

模拟语音怎样成为数字数据

采样可以理解为按固定节奏记录语音波形在各个时刻的值;量化和编码则把这些值表示为数字。语音进入编解码电路后,形成按顺序排列的数字数据。接收端按同样的规则还原,再经接口电路送到电话线路。输入滤波、采样、编码及输出恢复都会影响声音,不能把“数字传输”当成没有误差的保证。

以G.711语音编码为教学例子,每秒8000个采样、每个采样8位,对应每个方向64 kbit/s的语音编码数据。这只是解释计算方法,并不证明任何电话光端机都采用这种编码,也不等于整条光链路只需要这个速率。实际产品的编码方法、附加信令、帧结构与开销,必须查对应型号资料。

三路模拟电话经采样编码和通道复用,在光纤传输后按对应通道还原的功能示意
图1:仅画一个传输方向;通道颜色用于说明对应关系,不代表波长或产品内部结构。

时分复用为什么不会把三路声音混起来

时分复用的意思是让多个通道依照约定次序使用传输时间。可以把一个重复的数据帧想象成有编号的托盘:话路一、二、三的部分数据分别进入相应位置,接收端认出帧的边界及各位置的用途,就能将它们分别取出。实际帧可能还有同步、控制、检测等信息,不一定就是图中简化的三格。

这种方式不是要求第一位用户说完,第二位用户才能讲话。各路语音被持续处理,传输设备在更细的时间尺度上组织数据,所以多路用户可以同时通话。码流里轮流安排数据,与用户轮流使用电话,是完全不同的事情。接收端的缓冲和恢复过程也有时间要求,不能由“同时通话”推出零延迟。

解复用是相反的过程。接收端先恢复传输数据及同步,再按通道规则取出属于每路的内容,送给对应的解码和电话接口。两端通道映射不一致时,可能出现拨一个号码却让另一台电话响、某路无声音或接错话路。物理光链路能连接,只证明公共传输部分具备一定条件,不代表通道对应和呼叫业务已经正确。

波分复用解决的是另一层问题

波分复用让不同波长的光共用光纤,常见用途包括把不同光通道合在一起,或在合适的单纤配对设备中区分两个传输方向。它与数字码流内部怎样排列电话通道不是同一层机制。一条光通道内部仍可以复用多路电话,因此“一路电话一个波长”不能作为普通电话光端机的通用解释。

双纤设备通常把本端发送接到对端接收,两个方向分别走相应纤芯;单纤双向设备则需核对配对型号、发送与接收波长和设备互通条件。图中只对比原理,不给所有产品统一指定波长。同样的光接头、同样标称距离,不能保证来自不同传输体系的两台设备互通。

时分复用在数字帧内分配通道,波分复用在光纤内区分光通道,两者位于不同层次
图2:时分与波分处理不同层次;波分示意不表示每路电话必须独占一个波长。

电话路数、光速率和业务带宽怎样核对

如果某个示例系统有十六路、每路每方向采用64 kbit/s语音编码,那么语音编码数据合计为1024 kbit/s。传输还有帧、同步和信令等开销,不能直接用这个合计值确定光模块速率或设备容量。换用另一种编码、加入以太网或其它业务,资源组织方式可能不同,不能继续套同一个简单乘法。

固定话路设备未必能让用户任意调节每次通话的带宽。光口有空余容量,也不意味着能接更多电话:还需要足够的电话接口、编解码与处理资源、对端匹配配置,以及设备明确支持的扩容方法。有网络接口的多业务机,也不能仅凭接口速率推断电话与网络能同时达到全部标称能力。

电话光端机也不天然等于VoIP网关、SDH设备或带QoS调度的交换机。普通模拟话路延伸、语音IP接入和E1接入需要分别确认接口与协议。采购时应说明希望延伸模拟分机还是接入IP电话系统,再让供应方给出对应方案,而不是只问能传多少公里。

用三路同时通话验证复用结果

先在符合接收光功率要求的短链路上,用成对设备、正常交换机分机口和正常话机测试一条通道。随后逐路加入,记录近端端口、分机号和远端端口对应表。逐台发起呼叫,确认只有目标话机振铃;接通后检查双向语音,再分别从两侧挂机,观察线路是否正确释放。

再让多路同时通话,检查是否串音、误响、单向无声或某一路在其它话路使用时中断。来电显示、传真及其它信令功能需要单独验证,一次普通语音通话不能代替全部兼容性测试。若所有通道同时异常,优先检查公共供电、光路和同步;若仅一路异常,则通过换正常话机、短线及对应端口定位。

不要随意调整增益来掩盖通道或信令错误。每次只改变一个条件,保留告警、配置和前后结果。电话线路可能有振铃电压,光口也不得直视;测量与接线应按设备手册,由具备相应能力的人员操作。验收以真实线路和业务要求为准,原理示意不能替代现场测试。

怎样对应飞畅产品资料

飞畅纯电话光端机系列可作为路数与安装形式的选型入口。其中FCP-O16/FCP-S16桌面型产品页列有1—16路FXO/FXS接口及网管选择。这些资料有助于核对端口角色和配置,但不证明图中采用了该型号实际帧结构或内部电路。具体编码、通道映射、光口配置及选配功能,应在订购前取得对应资料。

资料说明:通用语音编码参考ITU-T G.711。文中计算为教学示例,产品能力依据上述官网页面并按实际配置核对。两张图为AI辅助制作的通用功能示意,不是实测、拆机图或具体型号结构。本文纠正原文将每路电话与波长一一绑定、将复用等同于随意扩容的描述。