第9章多路复用和多址技术.ppt

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1、12主要内容主要内容9.1 概述概述9.2 频分复用频分复用(FDM)9.3 时分复用时分复用(TDM)9.4 码分复用码分复用(CDM)9.5 多址技术多址技术39.1 概述概述多路复用多路复用 目的：在一条链路上传输多路独立信目的：在一条链路上传输多路独立信号号而互不干扰而互不干扰 基本原理：正交划分方法基本原理：正交划分方法 3种多路复用基本方法：种多路复用基本方法：频分复用频分复用（FDM）、时分复用（）、时分复用（TDM）、码分）、码分复用（复用（CDM）其它方法：光纤通信中的波分复用其它方法：光纤通信中的波分复用(WDM)4(a)频分制频分制(b)时分制时分制(c)码分制码分制fN

2、f1f2t2tNt1tNt1t25复接复接 目的：解决来自若干条链路的多路信目的：解决来自若干条链路的多路信号的合并和区分。号的合并和区分。关键技术问题：目前大容量链路的复关键技术问题：目前大容量链路的复接几乎都是接几乎都是TDM信号的复接，此时，信号的复接，此时，多路多路TDM信号时钟的统一和定时就成信号时钟的统一和定时就成为关键问题。为关键问题。6数字复接系统组成原理数字复接系统组成原理7多址多址 目的：多个用户目的：多个用户共享共享信道、信道、动态动态分配分配网络资源。网络资源。方法：频分多址、时分多址、码分多方法：频分多址、时分多址、码分多址、空分多址、极化多址以及其他利址、空分多址、

3、极化多址以及其他利用信号统计特性复用的多址技术等。用信号统计特性复用的多址技术等。8多路复用和多址技术的联系与区别多路复用和多址技术的联系与区别 相同：二者都是为了通信资源共享相同：二者都是为了通信资源共享 区别：区别：多路复用中，用户对资源共享的需多路复用中，用户对资源共享的需求是固定的，或者至多是缓慢变化求是固定的，或者至多是缓慢变化的，资源是预先分配给各用户。的，资源是预先分配给各用户。多址接入中，网络资源通常是动态多址接入中，网络资源通常是动态分配的，并且可以由用户在远端提分配的，并且可以由用户在远端提出共享要求。因此必须按照用户对出共享要求。因此必须按照用户对网络资源的需求，随时动态

4、地改变网络资源的需求，随时动态地改变网络资源的分配。网络资源的分配。9例如卫星通信例如卫星通信109.2 频分复用（频分复用（FDM）Frequency Division Multiplexing按频率分割多路信号的方法，即将信道的按频率分割多路信号的方法，即将信道的可用频带分成若干互不交叠的频段，每路可用频带分成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中的一个频段。在接收端用适信号占据其中的一个频段。在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。调和终端处理。通常采用通常采用SSB调制搬移频谱，以节省频带。调制搬移频谱，以节省频带。113路频分复

5、用电话通信系统原理路频分复用电话通信系统原理(a)发送端原理方框图发送端原理方框图4.37.4 kHz8.311.4 kHz4 kHz12 kHz8 kHz多路信号输出多路信号输出相乘相乘带通带通低通低通话音输入话音输入1f1相乘相乘带通带通低通低通话音输入话音输入2f2相乘相乘带通带通低通低通话音输入话音输入3f3300 3400 Hz300 3400 Hz300 3400 Hz12.315.4kHz12多路信号输入多路信号输入(b)接收端原理方框图接收端原理方框图话音输出话音输出1话音输出话音输出2话音输出话音输出3相乘相乘低通低通带通带通f1相乘相乘低通低通带通带通f1相乘相乘低通低通带

6、通带通f14.3 7.4 kHz8.311.4 kHz12.315.4 kHz3400 Hz3400 Hz3400 Hz8 kHz12 kHz4 kHz134 kHz8 kHz12 kHz基带语音基带语音信号信号300 3,400 Hz4.3 7.4 kHz8.3 11.4 kHz12.3 15.4 kHzf012路群的频谱图路群的频谱图121234 kHzf(kHz)12 kHz16 kHz20 kHz56 kHz14频分复用的主要缺点：频分复用的主要缺点：要求系统的非线性失真很小，否则将要求系统的非线性失真很小，否则将因非线性失真而产生各路信号间的互因非线性失真而产生各路信号间的互相干扰；

7、相干扰；用硬件实现时，设备的生产技术较为用硬件实现时，设备的生产技术较为复杂，特别是滤波器的制作和调试较复杂，特别是滤波器的制作和调试较繁难；繁难；成本较高。成本较高。159.3 时分复用时分复用(TDM)Time Division Multiplexing首先考虑对一个基带信号采样，只要采首先考虑对一个基带信号采样，只要采样脉冲宽度足够窄，那么在两个采样值样脉冲宽度足够窄，那么在两个采样值之间就会留有一定的时间空隙。之间就会留有一定的时间空隙。然后考虑对两个基带信号然后考虑对两个基带信号m1(t)和和m2(t)按按相同的时间周期进行采样，如果一路信相同的时间周期进行采样，如果一路信号的采样时

8、刻在另一路信号的采样时间号的采样时刻在另一路信号的采样时间空隙处空隙处,则两路信号的采样值在时间上将则两路信号的采样值在时间上将不发生重叠。不发生重叠。16两个基带信号时分复用原理两个基带信号时分复用原理时分复用是利用各信号的抽样值在时间上时分复用是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传输多路不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法信号的一种方法。17多路信号时分复用多路信号时分复用的工作过程的工作过程时分复用原理时分复用原理m1(t)抽样开关抽样开关传输传输系统系统LPFLPFm1(t)同步同步m2(t)mN(t)x(t)x(t)y(t)y(t)m2(t)mN(t

9、)LPFLPFLPFLPFLPFLPFLPFLPFLPFLPF取样取样合路合路量化量化编码编码解码解码 分路分路恢复恢复低低通通滤滤波波18m1(t)m2(t)1帧帧T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N时隙时隙1信号信号m1(t)的采样的采样信号信号m2(t)的采样的采样旋转开关采集到的信号旋转开关采集到的信号19假设信号取样频率为假设信号取样频率为fs则取样时间间隔则取样时间间隔帧周期等于帧周期等于在复用在复用N路时，每一路时隙宽度路时，每一路时隙宽度Tc为为)/(1/scNfNTTT=1/fsT=1/fs对各路信号取样后的样值序列，合路后变对各路信号取样后的样值序列，合路后变成群路样值

10、序列。每个样值编成一个成群路样值序列。每个样值编成一个n位位二元数码构成的码字，此时编码器输出的二元数码构成的码字，此时编码器输出的二元数码序列的信息速率二元数码序列的信息速率Rb为为scbnNfTnR/20基本条件：基本条件：各路信号必须组成为帧。各路信号必须组成为帧。一帧应分为若干时隙。一帧应分为若干时隙。在帧结构中必须有帧同步码。在帧结构中必须有帧同步码。当各路信号不是用同一时钟抽样时，当各路信号不是用同一时钟抽样时，必须容许各路输入信号的抽样速率必须容许各路输入信号的抽样速率（时钟）有少许误差。（时钟）有少许误差。主要优点：主要优点：便于信号的数字化和实现数字通信。便于信号的数字化和实

11、现数字通信。制造调试较易，适合用集成电路实现。制造调试较易，适合用集成电路实现。生产成本较低，具有价格优势。生产成本较低，具有价格优势。21在数字通信系统中，为了使终端设备标准在数字通信系统中，为了使终端设备标准化和系列化，同时又能适应不同传输媒介化和系列化，同时又能适应不同传输媒介和不同业务容量的要求，通常用各种等级和不同业务容量的要求，通常用各种等级的终端设备进行组合配置，把若干个低速的终端设备进行组合配置，把若干个低速比特流合并成高速比特流，以满足以上要比特流合并成高速比特流，以满足以上要求，这种过程称为求，这种过程称为数字复接数字复接，就是，就是按照时按照时分多路复用的基本原理完成比特

12、流合并的分多路复用的基本原理完成比特流合并的技术。技术。采用采用TDM的的PCM数字电话系统，在国际上数字电话系统，在国际上已逐步建立起标准，称为已逐步建立起标准，称为数字复接系列数字复接系列。22数字复接系列数字复接系列形成的原则是先把一定路形成的原则是先把一定路数的数字电话信号复合成一个标准的数数的数字电话信号复合成一个标准的数据流，该数据流被称为据流，该数据流被称为基群（一次群）基群（一次群）。然后再用数字复接技术将基群复合成更然后再用数字复接技术将基群复合成更高速的复用信号，即多次复用。高速的复用信号，即多次复用。国际电信联盟国际电信联盟(ITU)制定了两种建议：制定了两种建议：准同步

13、数字体系准同步数字体系PDH 同步数字体系同步数字体系 SDH23 9.3.1 准同步数字体系准同步数字体系(PDH)PDH有有E体系体系和和T体系两套标准。体系两套标准。E体系以体系以64kbit/s的的A律律PCM话音信号话音信号为基础，为基础，以以2.048Mbit/s为基群的数字为基群的数字序列，序列，我国大陆、欧洲采用，以及作我国大陆、欧洲采用，以及作为国际间连接标准。为国际间连接标准。T体系体系是以是以l.544 Mbit/s为基群的数字序为基群的数字序列，主要是美国、日本等地采用。列，主要是美国、日本等地采用。24层次层次比特率（比特率（Mb/s）路数（路路数（路 64kb/s）

14、E体体系系E-12.04830E-28.448120E-334.368480E-4139.2641920E-5565.1487680T体体系系T-11.54424T-26.31296T-332.064（日本）（日本）48044.736（北美）（北美）672T 497.728（日本）（日本）1440274.176（北美）（北美）4032T5397.200（日本）（日本）5760560.160（北美）（北美）806425130(30路路 64 kb/s)一次群一次群2.048 Mb/sPCM复用设复用设备备14路路 2.048 Mb/s二次群二次群 8.448 Mb/s二次复用二次复用4复用设复用

15、设备备三次群三次群 34.368Mb/s三次复用三次复用复用设复用设备备144路路 8.448 Mb/s五次复用五次复用复用设复用设备备五次群五次群 565.148 Mb/s4路路 139.264 Mb/s四次群四次群139.264Mb/s复用设复用设备备144路路 34.368 Mb/s四次复用四次复用图图9.3.2 E体系结构图体系结构图26采用准同步数字系列（采用准同步数字系列（PDH）的系统，）的系统，是在数字通信网的每个节点上都分别设是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟的信号都具置高精度的时钟，这些时钟的信号都具有统一的标准速率。尽管每个时钟的精有统一的标准速率

16、。尽管每个时钟的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做以叫做“准同步准同步”。这种同步体系，需要在复接中加入群同这种同步体系，需要在复接中加入群同步和信令等额外开销。步和信令等额外开销。27PCM 基群基群(一次群一次群)帧结构帧结构在在E体系体系PCM基群中，一帧共有基群中，一帧共有 32个时隙。个时隙。各个时隙从各个时隙从0到到31顺序编号，分别记作顺序编号，分别记作 TS0,TS1,TS2,TS31。每路时隙包含。每路时隙包含8位位码，一帧共码，一帧共328=256个码元。个码元。其中其中TS0用来传输帧同步码，用来传输帧同步码，TS16用来传用来传输信令信息。输信令信息。TS1TS15和和TS17TS31这这30个个路时隙用来传送路时隙用来传送30路电话信号的编码码组，路电话信号的编码码组，因此因此E体系体系PCM基群也称为基群也称为3