第7章多路复用.ppt

《第7章多路复用.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《第7章多路复用.ppt（61页珍藏版）》请在优知文库上搜索。

1、第第7 7章章 多路复用多路复用7.1 7.1 频分复用频分复用7.2 7.2 时分复用和多路数字电话系统时分复用和多路数字电话系统 7.3 7.3 码分复用码分复用 所谓多路复用是指在同一个信道上同时所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。传输多路信号而互不干扰的一种技术。最常用的多路复用方式是频分复用最常用的多路复用方式是频分复用（FDMFDM）、时分复用（）、时分复用（TDMTDM）和码分复用）和码分复用（CDMCDM）。）。多路复用的主要目的是：多路复用的主要目的是：1 1、提高通信链路利用率；、提高通信链路利用率；2 2、提高通信能力；、提高通信能力；3

2、3、通过共享线路分摊成本，降低通信费用。、通过共享线路分摊成本，降低通信费用。按频段区分信号的方法叫按频段区分信号的方法叫频分复用频分复用，传，传统的模拟通信中都采用频分复用，按时隙区统的模拟通信中都采用频分复用，按时隙区分信号的方法叫分信号的方法叫时分复用时分复用，按相互正交的码，按相互正交的码字区分信号的方法叫字区分信号的方法叫码分复用码分复用，随着数字通，随着数字通信的发展，时分复用和码分复用在通信系统信的发展，时分复用和码分复用在通信系统中的应用越来越广泛。中的应用越来越广泛。7.1 7.1 频分复用频分复用 所谓频分复用是指按照频率的不同来复所谓频分复用是指按照频率的不同来复用多路信

3、号的方法。在频分复用中，信道的用多路信号的方法。在频分复用中，信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。而恢复出所需要的信号。频分多路复用原理的频谱图fc1fc2fc3-fc1-fc2-fc3F(f)fCH1CH1CH1防卫间隔Bg已调信号带宽BSCH1相邻载波频率间隔B相邻载波间隔相邻载波间隔=已调信号带宽已调信号带宽+防卫间隔防卫间隔带宽的计算带宽的计算 为了防止邻路信号之间相互

4、干扰，相邻为了防止邻路信号之间相互干扰，相邻信道之间需加防护频带信道之间需加防护频带f fg g，因此，总的复用，因此，总的复用信号的带宽为信号的带宽为 典型例子：多路载波电话系统典型例子：多路载波电话系统国际电信联盟国际电信联盟(ITU)(ITU)建议：建议：基群基群 1212路，占用路，占用48kHz48kHz带宽，位于带宽，位于12 12 60kHz60kHz之间；之间；超群超群 6060路，由路，由5 5个基群组成，占用个基群组成，占用240kHz240kHz的的带宽；带宽；主群主群 600600路，由路，由1010个超群组成。个超群组成。12路群的频谱图路群的频谱图121234 kH

5、zf(kHz)12 kHz16 kHz20 kHz56 kHz FDM FDM 技术主要用于模拟信号的传输。技术主要用于模拟信号的传输。其主要其主要优点优点是信道利用率高，技术成熟；是信道利用率高，技术成熟；缺点缺点是设备复杂，滤波器难以制作，并且是设备复杂，滤波器难以制作，并且在复用和传输过程中，调制、解调等过程在复用和传输过程中，调制、解调等过程会不同程度地引入非线性失真，而产生各会不同程度地引入非线性失真，而产生各路信号的相互干扰。路信号的相互干扰。复合调制复合调制 在复用系统中采用两种或两种以上在复用系统中采用两种或两种以上的调制方式的系统称为复合调制系统。的调制方式的系统称为复合调制

6、系统。第一次对多路信号调制所用的载波称为第一次对多路信号调制所用的载波称为副载波副载波，第二次调制所用的载波称为，第二次调制所用的载波称为主主载波载波。原则上，两次调制可以是任意方。原则上，两次调制可以是任意方式的调制方式。式的调制方式。如果第一次调制采用单边带调制，如果第一次调制采用单边带调制，第二次调制采用调频方式，一般记为第二次调制采用调频方式，一般记为SSB/FMSSB/FM。P207例例7.2正交频分复用正交频分复用(OFDM)P232(OFDM)P232 正交频分复用正交频分复用是一种多载波调制技术，是一种多载波调制技术，具有较强的抗多径传播和抗频率选择性衰具有较强的抗多径传播和抗

7、频率选择性衰落的能力，以及较高的频谱利用率，在高落的能力，以及较高的频谱利用率，在高速无线通信系统中得到了广泛应用。速无线通信系统中得到了广泛应用。单载波调制与多载波调制单载波调制与多载波调制单载波调制将需要传输的数据流调制到单个载波上进行传送。多载波调制它是指将信道分成N 个子信道，将高速数据信号串/并转换为N 路速率较低的子数据流，然后分别调制到每个子信道上进行并行传输。OFDM的特点：为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠；各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号；每路子载波的调制是多进制调制；每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信

8、道特性的优劣不同采用不同的体制。FDM与与OFDM信道的频谱分布比较信道的频谱分布比较 f（a）FDM（b）OFDM1234567f1234567节约的带宽节约的带宽在OFDM中，各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间隔 故各子载波合成后的频谱密度曲线如下图 虽然由图上看，各路子载波的频谱重叠，但是实际上在一个码元持续时间内它们是正交的。故在接收端很容易利用此正交特性将各路子载波分离开。采用这样密集的子载频，并且在子信道间不需要保护频带间隔，因此能够充分利用频带。这是OFDM的一大优点。s/1 Tf fk2/Tsfk1/Tsfkff OFDMOFDM早期主要用于军用的无线高频通信系统，由早期主要

9、用于军用的无线高频通信系统，由于其实现的复杂限制了它的进一步应用。直到于其实现的复杂限制了它的进一步应用。直到2020世世纪纪8080年代，人们提出了采用离散傅里叶变换来实现年代，人们提出了采用离散傅里叶变换来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFDMOFDM技术技术更趋于实用化。更趋于实用化。实现实现OFDMOFDM调制的方法有两种：调制的方法有两种：1 1、按、按OFDMOFDM原理直接进行调制；原理直接进行调制；2 2、用快速傅里叶变换来实现，简称、用快速傅里叶变换来实现，简称OFDMOFDM的的DFTDFT实现法。实现法。OFDM的发展与应用目

10、前，目前，OFDM OFDM 技术已广泛应用到各类通信领域。技术已广泛应用到各类通信领域。例如，接入网中的高速数字环路例如，接入网中的高速数字环路(HDSL)(HDSL)、非对称数、非对称数字环路字环路(ADSL)(ADSL)、高清晰度数字电视、高清晰度数字电视(HDTV)(HDTV)、数字视、数字视频广播频广播(DVB)(DVB)、数字音频广播、数字音频广播(DAB)(DAB)、无线局域网、无线局域网(WLAN)(WLAN)等，并且开始应用于无线广域网等，并且开始应用于无线广域网(WWAN)(WWAN)。在。在移动通信领域，移动通信领域，OFDM OFDM 已被列为第已被列为第4 4代代(4

11、G)(4G)移动通信移动通信的关键技术。的关键技术。7.2 7.2 时分复用和多路数字电话系统时分复用和多路数字电话系统 时分复用（时分复用（TDMTDM）是建立在抽样定理基）是建立在抽样定理基础上的。时分复用就是利用各路信号的抽础上的。时分复用就是利用各路信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，来达到在样值在时间上占据不同的时隙，来达到在同一信道中传输多路信号而互不干扰的一同一信道中传输多路信号而互不干扰的一种方法。种方法。主要优点：主要优点：1 1、便于信号的数字化和实现数字通便于信号的数字化和实现数字通信。信。2 2、制造调试较容易，更适合采用集制造调试较容易，更适合采用集成电路实现。成电路

12、实现。3 3、生产成本较低，具有价格优势。生产成本较低，具有价格优势。7.2.1 7.2.1 时分复用的时分复用的PAMPAM系统（系统（TDM-PAMTDM-PAM）例如，若语音信号用例如，若语音信号用8kHz8kHz的速率抽的速率抽样，则旋转开关应每秒旋转样，则旋转开关应每秒旋转80008000周。设周。设旋转周期为旋转周期为T Ts s秒，共有秒，共有N N 路信号，则每路信号，则每路信号在每周中占用路信号在每周中占用T Ts s/N N 秒的时间。此秒的时间。此旋转开关采集到的信号如下图所示。每旋转开关采集到的信号如下图所示。每路信号实际上是路信号实际上是PAMPAM调制的信号。调制的

13、信号。m1(t)m2(t)1帧帧T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N时隙时隙1 旋转开关采集到的信号旋转开关采集到的信号信号信号m1(t)的采样的采样信号信号m2(t)的采样的采样为了提高信道利用率，数字信号在传输过程中一般采为了提高信道利用率，数字信号在传输过程中一般采用用(TDM)方式。方式。4321dcbaB BA AC CD D321帧1帧2A AB BC Cabc帧3TDM原理图dcbaB BA AC CD D4321 在在TDMTDM中，以数据帧的形式复用多路信号，每中，以数据帧的形式复用多路信号，每帧时间等于抽样周期，每帧分成帧时间等于抽样周期，每帧分成n n个时隙，每个时隙

14、个时隙，每个时隙依次分配给依次分配给n n路信号的样值。路信号的样值。注意两点注意两点 ：1 1、传输时间间隔必须满足抽样定理、传输时间间隔必须满足抽样定理2 2、收信端和发信端的转换开关必须同步动作、收信端和发信端的转换开关必须同步动作3 3路路PAMPAM信号时分复用的帧和时隙信号时分复用的帧和时隙 TDM-PAM TDM-PAM系统系统目前几乎不再用于传输。目前几乎不再用于传输。抽样信号一般都在量化编码后以数字信抽样信号一般都在量化编码后以数字信号的形式传输。故上述仅是时分复用的号的形式传输。故上述仅是时分复用的基本原理。基本原理。7.2.2 7.2.2 时分复用的时分复用的PCMPCM

15、系统（系统（TDM-PCMTDM-PCM）PCM PCM和和PAMPAM的区别在于的区别在于PCMPCM要在要在PAMPAM的基础的基础上再进行量化和编码。为简便起见，假设上再进行量化和编码。为简便起见，假设3 3路路话音信号话音信号PCMPCM复用的原理方框图如图所示。复用的原理方框图如图所示。3 3路路PCMPCM信号时分复用原理图信号时分复用原理图7.2.3 7.2.3 时分复用信号的码元速率和带宽时分复用信号的码元速率和带宽 TDM-PCM TDM-PCM信号传输波形为矩形脉冲时的信号传输波形为矩形脉冲时的第一零点带宽第一零点带宽 B=1/B=1/R RB B=n=nl lf fs s

16、n-n-复用路数复用路数l-l-每个抽样值的编码位数每个抽样值的编码位数f fs s-抽样频率抽样频率 如果采用滚降系数为如果采用滚降系数为的传输信道来进行的传输信道来进行无码间串扰传输，由无码间串扰传输，由maxmax=2/(1+=2/(1+)计算计算PCMPCM信号所需要的最小理论带宽。信号所需要的最小理论带宽。例例1 1 对对1010路最高频率为路最高频率为3400Hz3400Hz的话音信号的话音信号进行进行TDM-PCMTDM-PCM传输，抽样频率为传输，抽样频率为8000Hz8000Hz。抽。抽样合路后对每个抽样值按照样合路后对每个抽样值按照8 8级量化，并编级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形脉为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形脉冲，且占空比为冲，且占空比为0.50.5。计算。计算TDM-PCMTDM-PCM基带信号基带信号的第一零点带宽。的第一零点带宽。例例2 2 对对1010路最高频率为路最高频率为4000Hz4000Hz的话音信号的话音信号进行进行TDM-PCMTDM-PCM传输，抽样频率为奈奎斯特抽传输，抽样频率为奈奎斯特抽样频率。抽样合路后对每个抽样