通信原理精品课--第四章 频分复用与时分复用

1、电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 通信原理通信原理 主讲人：吴海涛主讲人：吴海涛 副教授副教授 TEL:Email: 第第1页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 第第4 4章章 频分复用与时分复用频分复用与时分复用 4.1 引言引言 4.2 频分复用频分复用(FDM) 4.3 时分复用时分复用(TDM) 第第2页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.1 4.1

2、 引言引言 n 目的：在一条链路上传输多路独立信号 n 分类： 3种多路复用基本方法： u 频分复用（FDM） u 时分复用（TDM） u 码分复用（CDM） n 3种多路复用新方法：空分复用(SDW)、波分复用(WDM)、 极化波复用(PWDM) n 复用的目的和分类复用的目的和分类 第第3页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.1频分复用原理频分复用原理 所谓频分复用所谓频分复用(Frequency Division Multiplexing-FDM)是指

3、按是指按 照频率的不同来复用多路信号的方法。在频分复用中，照频率的不同来复用多路信号的方法。在频分复用中， 信道信道 的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中的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，因而在接收端可以采用适当的带通滤波器将多路一个频段，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，从而恢复出所需要的信号。信号分开，从而恢复出所需要的信号。 第第4页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 图4-1 频分复用系统组成原理图 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(F

4、DM) 4.2.1频分复用原理频分复用原理 第第5页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.1频分复用原理频分复用原理 如图如图 4-1所示，各路基带信号首先通过低通滤波器所示，各路基带信号首先通过低通滤波器(LPF)限制限制 基带信号的带宽，避免它们的频谱出现相互混叠。然后，各基带信号的带宽，避免它们的频谱出现相互混叠。然后，各 路信号分别对各自的载波进行调制、合成后送入信道传输。路信号分别对各自的载波进行调制、合成后送入信道传输。 在接收端，分别采用不同中心

5、频率的带通滤波器分离出各路在接收端，分别采用不同中心频率的带通滤波器分离出各路 已调信号，解调后恢复出基带信号。已调信号，解调后恢复出基带信号。 第第6页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.1频分复用原理频分复用原理 频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。 若若 相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。 为为 了防止相邻信号之间产生相互干

6、扰，应合理选择载波频率了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率c1, c2, , cn，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间 隔。若基带信号是模拟信号，则调制方式可以是隔。若基带信号是模拟信号，则调制方式可以是DSB-SC、 AM、SSB、VSB或或FM等，其中等，其中SSB方式频带利用率最高。方式频带利用率最高。 第第7页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.1频分复用原理频分复用原理 若基带信号是数字

7、信号，则调制方式可以是若基带信号是数字信号，则调制方式可以是ASK、FSK、PSK 等各种数字调制。复用信号的频谱结构示意图如图等各种数字调制。复用信号的频谱结构示意图如图4-2所示。所示。 O 123n 图 42 复用信号的频谱结构示意图 第第8页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.1频分复用原理频分复用原理 频分多路复用广泛应用于频分多路复用广泛应用于长途载波电话、立体声调频长途载波电话、立体声调频、电视、电视 广播和空间遥测等方面。广播和空间遥测等方面

8、。 第第9页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.2 载波电话多路复用系统载波电话多路复用系统 目前，多路载波电话系统是按照目前，多路载波电话系统是按照ITU建议，采用单边带调制建议，采用单边带调制 频分复用方式。北美多路载波电话系统的典型组成频分复用方式。北美多路载波电话系统的典型组成如图如图 4-3 所示所示。 图图 4-3(a)是其分层结构，由是其分层结构，由12路电话复用为一个基群路电话复用为一个基群(Basic Group)；5个基群复用为一个超群个

9、基群复用为一个超群(Super Group)，共，共60路电路电 话；由话；由 10 个超群复用为一个主群个超群复用为一个主群(Master Group)，共，共600路路 电话。电话。 第第10页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.2 载波电话多路复用系统载波电话多路复用系统 如果需要传输更多路电话，可以将多个主群进行复用，组成如果需要传输更多路电话，可以将多个主群进行复用，组成 超主群。每路电话信号的频带限制在超主群。每路电话信号的频带限制在 30034

10、00Hz，为了在，为了在 各路已调信号间留有保护间隔，每路电话信号取各路已调信号间留有保护间隔，每路电话信号取4000 Hz作为作为 标准带宽。标准带宽。 第第11页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.2 载波电话多路复用系统载波电话多路复用系统 图 43 北美多路载波电话系统的典型组成 第第12页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM

11、) 4.2.2 载波电话多路复用系统载波电话多路复用系统 一个基群一个基群(Basic Group)由由12路电话复用组成，路电话复用组成， 其频谱配置如其频谱配置如 图图 4-3(c)所示。每路电话占所示。每路电话占4kHz带宽，采用单边带下边带调带宽，采用单边带下边带调 制制(LSB)，12路电话共路电话共48kHz带宽，频带范围为带宽，频带范围为 60108 kHz。 或采用单边带上边带调制或采用单边带上边带调制(USB)，频带范围为，频带范围为148 196 kHz。 第第13页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享

12、课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.2 载波电话多路复用系统载波电话多路复用系统 一个超群一个超群(Supergroup)由由5个基群复用组成，共个基群复用组成，共60路电话，其路电话，其 频谱配置如图频谱配置如图4- 3(d)所示。所示。5个基群采用单边带下边带合成，个基群采用单边带下边带合成， 频率范围为频率范围为312552kHz，共，共240kHz带宽。带宽。 或采用单边带上或采用单边带上 边带合成，频率范围为边带合成，频率范围为60300kHz。 第第14页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精

13、品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.2 载波电话多路复用系统载波电话多路复用系统 一个基本主群一个基本主群(Basic Mastergroup)由由10个超群复用组成，个超群复用组成， 共共 600路电话。主群频率配置方式共有两种标准：路电话。主群频率配置方式共有两种标准：L600和和U600， 其频谱配置如图其频谱配置如图 4-4 所示。所示。L600的频率范围为的频率范围为602788kHz， U600的频率范围为的频率范围为5643084kHz。 第第15页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共

14、享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 图44 北美多路载波电话系统的典型组成 60 564 60 300 312 552 1052 1300 1548 1796 2044 2172 2788 804 812 1060 1308 1556 1804 2412 2548 Mastergroup L600 (a) 564 804 1052 1300 1548 1796 2044 2340 2588 2836 3084 564 812 1060 1308 1556 1804 2100 2348 2596 2844 Mastergroup U600 (b) 第第16页

15、，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.3 调频立体声广播调频立体声广播(FM Stereo Broadcasting) 调频立体声广播系统占用频段为调频立体声广播系统占用频段为88108 MHz，采用，采用FDM方方 式。在调频之前，首先采用抑制载波双边带调制将左右两个式。在调频之前，首先采用抑制载波双边带调制将左右两个 声道信号之差声道信号之差(L-R)与左右两个声道信号之和与左右两个声道信号之和(L+R)实行频分实行频分 复用。立体声广播信号频谱结构如复用

16、。立体声广播信号频谱结构如图图 4-5所示所示。 图中，图中，015 kHz用于传送用于传送(L+R)信号，信号，2353 kHz用于传送用于传送(L-R)信号，信号， 5975 kHz用作辅助通道。用作辅助通道。 第第17页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.3 调频立体声广播调频立体声广播(FM Stereo Broadcasting) 在在19 kHz处发送一个单频信号，用于接收端提取相干载波和立处发送一个单频信号，用于接收端提取相干载波和立 体声指示

17、。调频立体声广播系统发送与接收原理图如图体声指示。调频立体声广播系统发送与接收原理图如图 4-6 所示。所示。 L R L R 下边带 L R 上边带 辅助 通信通道 导频 载频 DSB-SC 01915233853 5975 f / kHz 图 45 立体声广播信号频谱结构 第第18页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 图 46 调频立体声广播系统 发送与接收原理图 (a) 发送端; (b) 接收端 38 kHz 振 荡 器 2衰 减 L R L R 左 声 道 L 右 声 道 R 去 调 频 发 射 机 (a) L

18、PF 0 15 kHz BPF 23 53 kHz LPF 0 15 kHz 导 频 滤 波 19 kHz 2 L R 来 自 鉴 频 器 立 体 声 指 示 (b) 1 2 (L R) 1 2 (L R) 第第19页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.3 调频立体声广播调频立体声广播(FM Stereo Broadcasting) 由于调频广播占用频段为由于调频广播占用频段为88-108MHz，因而只能用于视距传，因而只能用于视距传 输，多径传输和建筑物的

19、阻挡对传输质量的影响较大，在汽输，多径传输和建筑物的阻挡对传输质量的影响较大，在汽 车等移动物体上接收立体声调频广播时接收质量不稳定等问车等移动物体上接收立体声调频广播时接收质量不稳定等问 题尤为明显。为了解决这个问题，近年来已经开始出现调幅题尤为明显。为了解决这个问题，近年来已经开始出现调幅 立体声广播，虽然其信噪比低于调频立体声广播，但受衰落立体声广播，虽然其信噪比低于调频立体声广播，但受衰落 影响小，传输距离远，而且接收机简单、便宜。影响小，传输距离远，而且接收机简单、便宜。 第第20页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资

20、源共享课 4.2 4.2 频分复用频分复用(FDM)(FDM) 4.2.3 调频立体声广播调频立体声广播(FM Stereo Broadcasting) 频分复用的主要缺点：频分复用的主要缺点： u 要求系统的非线性失真很小，否则将因非线性失真而产生要求系统的非线性失真很小，否则将因非线性失真而产生 各路信号间的互相干扰；各路信号间的互相干扰； u 用硬件实现时，设备的生产技术较为复杂，特别是滤波器用硬件实现时，设备的生产技术较为复杂，特别是滤波器 的制作和调试较繁难；的制作和调试较繁难； u 成本较高。成本较高。 第第21页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通

21、信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 时分复用时分复用(Time division Multiplexing-TDM)是利用各信号的是利用各信号的 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信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信 号的一种方法。在号的一种方法。在FDM系统中，各信号在频域上是分开的而系统中，各信号在频域上是分开的而 在时域上是混叠在一起的；在在时域上是混叠在一起的；在TDM系统中，各信号在时域上系统中，各信号在时域上 是分开的，而在频域上是混叠在一起的。是分

22、开的，而在频域上是混叠在一起的。 第第22页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 图图 4-7 给出了两个基带信给出了两个基带信 号进行时分复用的原理图。号进行时分复用的原理图。 图中，对图中，对m1(t)和和m2(t)按按 相同的时间周期进行采样，相同的时间周期进行采样， 只要采样脉冲宽度足够窄，只要采样脉冲宽度足够窄， 在两个采样值之间就会留在两个采样值之间就会留 有一定的时间空隙。有一定的时间空隙。 图 4-7 两个基带信号

23、时分复用原理 第第23页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 如果另外一路信号的采样时刻在时间空隙，则两路信号的采如果另外一路信号的采样时刻在时间空隙，则两路信号的采 样值在时间上将不发生重叠。在接收端只要在时间上与发送样值在时间上将不发生重叠。在接收端只要在时间上与发送 端同步，则两个信号就能分别正确恢复。上述概念也可以推端同步，则两个信号就能分别正确恢复。上述概念也可以推 广到广到n个信号进行时分复用。个信号进行时分复用。 举

24、一个简单的例子，以见一般。举一个简单的例子，以见一般。 第第24页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 图图 4-8 给出了一个具有三个模拟信源的时分复用给出了一个具有三个模拟信源的时分复用PCM系统原系统原 理图。首先，抽样电子开关以适当的速率交替对输入的三路理图。首先，抽样电子开关以适当的速率交替对输入的三路 基带信号分别进行自然抽样，得到基带信号分别进行自然抽样，得到TDM-PAM波形。波形。 TDM- PAM脉冲波形宽度为

25、脉冲波形宽度为 式中，式中，Ts为每路信号的抽样时间间隔，满足奈奎斯特间隔。为每路信号的抽样时间间隔，满足奈奎斯特间隔。 然后对然后对PAM波形进行编码，得到波形进行编码，得到TDM-PCM信号。信号。 s s a f T T 3 1 3 第第25页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 图48三路模拟信号的 TDM-PCM系统原理图 第第26页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时

26、分复用原理时分复用原理 在接收端，输入的在接收端，输入的TDM-PCM信号经过译码器输出信号经过译码器输出TDM- PAM波形，与发送端抽样开关相同步的接收抽样开关对输入波形，与发送端抽样开关相同步的接收抽样开关对输入 的的TDM-PAM波形同步抽样并正确分路。于是，三路信号得波形同步抽样并正确分路。于是，三路信号得 到分离，各分离后的到分离，各分离后的PAM信号通过低通滤波器，从而恢复出信号通过低通滤波器，从而恢复出 发送的三路基带信号。发送的三路基带信号。 第第27页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.

27、3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 TDMA技术广泛应用于第二代移动通信系统中。在实际应用中，技术广泛应用于第二代移动通信系统中。在实际应用中， 综合采用综合采用FDMA和和TDMA技术的，即首先将总频带划分为多个技术的，即首先将总频带划分为多个 频道，再将一个频道划分为多个时隙，形成信道。例如频道，再将一个频道划分为多个时隙，形成信道。例如GSM数数 字蜂窝标准采用字蜂窝标准采用200 kHz的的FDMA频道，并将其再分割成频道，并将其再分割成8个时个时 隙，用于隙，用于TDMA传输，如图传输，如图4-9所示。所示。 0-124 95为分界点，为分

28、界点，0-94属于移动的，属于移动的，96-124联通的，联通的，95一般不用一般不用. 890-915MHz用于上行用于上行,935-960MHz为下行为下行,收发间隔为收发间隔为45MHz . 第第28页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 图49 FDMA/TDMA示意图 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 第第29页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用

29、(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 与与FDM方式相比，方式相比，TDM方式主要有以下两个突出优点：方式主要有以下两个突出优点： 多路信号的复接和分路都是采用数字处理方式实现的，通多路信号的复接和分路都是采用数字处理方式实现的，通 用性和一致性好，比用性和一致性好，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。的模拟滤波器分路简单、可靠。 1. 信道的非线性会在信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和高次谐波，系统中产生交调失真和高次谐波， 引起路间串话，因此，要求信道的线性特性要好，而引起路间串话，因此，要求信道的线性特性要好，而TDM 系统对信道的非线性失真要求可降低。系统

30、对信道的非线性失真要求可降低。 第第30页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 然而，然而，TDM对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟 同步问题则提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地同步问题则提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地 从数据流中识别各路信号。为此必须在每帧内加上标志信号从数据流中识别各路信号。为此必须在每帧内加上标志信号 （称为帧同步信号）。在实际通信系统

31、中还必须传送信令以建（称为帧同步信号）。在实际通信系统中还必须传送信令以建 立通信联接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及立通信联接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及 振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割，按某种固定方振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割，按某种固定方 式排列起来，称为式排列起来，称为帧结构帧结构。 第第31页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.1 时分复用原理时分复用原理 在实际应用中，一般是多种多址方式的结合使用

32、。在实际应用中，一般是多种多址方式的结合使用。 如如GSM系统中，是系统中，是FDMA/TDMA的结合使用。的结合使用。 窄带窄带CDMA系统系统(IS-95)和和3G中的宽带码分多址中的宽带码分多址(WCDMA)中，中， 采用的则是采用的则是FDMA/CDMA方式。方式。 TDSCDMA的无线传输方案灵活地综合了的无线传输方案灵活地综合了FDMA，TDMA和和 CDMA等基本传输方法。等基本传输方法。 第第32页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PC

33、M基群帧结构基群帧结构 目前，国际上推荐的目前，国际上推荐的PCM基群有两种标准，即基群有两种标准，即PCM30/32路路(A 律压扩特性律压扩特性)制式和制式和PCM24路路(律压扩特性律压扩特性)制式。并规定，国制式。并规定，国 际通信时，以际通信时，以A律压扩特性为标准。律压扩特性为标准。 我国规定采用我国规定采用PCM30/32路制式。路制式。 第第33页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 PCM30/32路制式基群帧

34、结构如图路制式基群帧结构如图 4-10所示，共由所示，共由32路组成，路组成， 其中其中30路用来传输用户话语，路用来传输用户话语，2路用作勤务。每路话音信号抽路用作勤务。每路话音信号抽 样速率样速率fs=8000Hz，故对应的每帧时间间隔为，故对应的每帧时间间隔为125 s。一帧共有。一帧共有 32个时间间隔，称为时隙。各个时隙从个时间间隔，称为时隙。各个时隙从0到到31顺序编号，分别顺序编号，分别 记作记作TS0，TSl，TS2， ，TS31。 第第34页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 TS 0 1234567

35、8910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15 00110110000111A2 abcdabcd abcdabcd 复帧同 步信号 备用 比特 CH1 CH1 6 CH2 CH1 7 abcdabcd CH1 5 CH3 0 F1 F2 F15 帧同步信号 1A111111 保留给 国内通信用 帧同步时隙 话路 时隙 话路 时隙 信令时隙 CH3 0 (CH16 CH29) (CH1 CH15) 32路时隙，256 bit,12

36、5 s 16帧，2.0 ms 复帧结构 帧结构 偶帧 TS0 奇帧 TS0 488 ns 3.91 s 图 4-9 PCM30/32路制式基群帧结构 帧结构 信令 帧同步 信令复帧 A2为复帧失步 对告码。 A2=0 时表示帧同步， A2=1时表示帧 失步； A1是对端告警码， A1=0时表示帧同步， A1=1时表示帧失步； 对告码的作用是： 通话正常进行， 必须两个方向都 通畅，如果一个 方向有故障，就 必须能通过对告 码来告诉对方。 第第35页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(T

37、DM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 其中，其中，TS1至至TS15和和TS17至至TS31这这30个路时隙用来传送个路时隙用来传送30路路 电话信号的电话信号的8位编码码组，位编码码组，TS0分配给帧同步，分配给帧同步，TS16专用于传专用于传 送话路信令。每个路时隙包含送话路信令。每个路时隙包含8位码，一帧共包含位码，一帧共包含256个比特。个比特。 信息传输速率为信息传输速率为 fb=8000(30+2)8=2.048Mb/s 第第36页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分

38、复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 每比特时间宽度为每比特时间宽度为 每路时隙时间宽度为每路时隙时间宽度为 s f b b 488. 0 1 us bl 91. 38 第第37页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 帧同步码组为帧同步码组为X0011011，它插入在偶数帧的，它插入在偶数帧的TS0时隙，时隙， 其中第其中第 一位码一位码“X”保留作国际电话间通信用。接收端识别出帧同步码保留作

39、国际电话间通信用。接收端识别出帧同步码 组后，即可建立正确的路序。在不传帧同步的奇数帧组后，即可建立正确的路序。在不传帧同步的奇数帧TS0的第的第2 位固定为位固定为1，以避免接收端错误识别为帧同步码组。，以避免接收端错误识别为帧同步码组。 TS16为信令，为信令， 插入各话路的信令。在传送话路信令时，若将插入各话路的信令。在传送话路信令时，若将 TS16所包含的所包含的总比特率总比特率集中起来使用，则称为共路信令传送；集中起来使用，则称为共路信令传送； 若将若将TS16按规定的时间顺序分配给各个话路，直接传送各话路按规定的时间顺序分配给各个话路，直接传送各话路 所需的信令，则称为随路信令传送

40、。所需的信令，则称为随路信令传送。 64Kbps 第第38页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 当采用随路信令传送方式时，必须将当采用随路信令传送方式时，必须将16个帧构成一个更大的帧，个帧构成一个更大的帧， 称为称为复帧复帧。复帧的重复频率为。复帧的重复频率为500Hz，周期为，周期为 2 ms，复帧中各，复帧中各 帧顺次编号为帧顺次编号为F0，F1， ， F15。其中。其中F0的的TS16前前4位码用来位码用来 传送复帧同

41、步码组传送复帧同步码组0000， F1至至F15的的TS16用来传送各话路的信用来传送各话路的信 令。每个信令用令。每个信令用4位码组来表示，因此，每个位码组来表示，因此，每个TS16时隙可以传时隙可以传 送两路信令。送两路信令。 前4比特传115话路的信 令信号，后4比特传 1630话路的信令信号 第第39页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 在数字通信中，每一路 信令都先转换为4位数 字信号，放在TS16的4 个比特中，这样， TS16的8位可以放下两 路数字信

42、令，30路的信 令共需15个TS16。再 将这15个帧前面加上一 帧作为标志，就构成了 一个复帧，这个复帧称 为信令复帧。 第第40页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 采用采用u律的律的 PCM24路制式基群帧结构如图路制式基群帧结构如图4-11所示，由所示，由24路组路组 成。成。 每路话音信号抽样速率每路话音信号抽样速率fs=8000Hz，每帧时间间隔为，每帧时间间隔为125s。 一帧共有一帧共有24个时隙。每帧长个时隙

43、。每帧长193个码元，其中第个码元，其中第193位码用作同位码用作同 步码，每个时隙也由步码，每个时隙也由8位码元构成。其中每位码元构成。其中每6帧第帧第8位码用来传位码用来传 送随路信令。送随路信令。12帧构成一个复帧，复帧周期为帧构成一个复帧，复帧周期为1.5ms。 第第41页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 0 12 122223 345678 5.18 s,8比 特 每 帧 周 期 125 s ,193比 特 每 路

44、 8比 特 824 192比 特 b 1比 特 帧 同 步 码 图411 PCM24路制式基群帧结构 第第42页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 各个时隙从各个时隙从0到到23顺序编号，分别记作顺序编号，分别记作TS0，TS1，TS2， ， TS23，这，这24个路时隙用来传送个路时隙用来传送24路电话信号的路电话信号的8位编码码组。位编码码组。 为了提供帧同步，在为了提供帧同步，在TS23路时隙后插入路时隙后插入1比特帧同

45、步位比特帧同步位(第第193 比特比特)。这样，每帧时间间隔。这样，每帧时间间隔125s，共包含，共包含193个比特。个比特。 第第43页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 信息传输速率为信息传输速率为 fb=8000(248+1)=1.544Mb/s 每比特时间宽度为：每比特时间宽度为： 每路时隙时间宽度为：每路时隙时间宽度为： us fb b 647. 0 1 us bl 18. 58 第第44页，共页，共61页页 电子信

46、息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.2 PCM基群帧结构基群帧结构 PCM24路制式与路制式与PCM30/32路制式的帧结构不同，路制式的帧结构不同，12帧构成一帧构成一 个复帧，复帧周期为个复帧，复帧周期为1.5 ms。12帧中奇数帧的第帧中奇数帧的第193比特构成比特构成 101010帧同步码组。而偶数帧的第帧同步码组。而偶数帧的第193比特构成复帧同步码比特构成复帧同步码 000111。这种帧结构同步建立时间（同步捕捉时间）要比。这种帧结构同步建立时间（同步捕捉时间）要比 PC

47、M30/32帧结构长，这是因为同步码组分散的配置在相同间帧结构长，这是因为同步码组分散的配置在相同间 隔的各帧内，此外，每帧长度为隔的各帧内，此外，每帧长度为193码元，不是码元，不是2的整数倍，实的整数倍，实 现上也不如现上也不如30/32制式合理方便。制式合理方便。 第第45页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 图412 GSM系统的时隙结构示意图 25 (51 个(26-帧)或 26 个(51-帧) 504948473210 1 超高帧2048 超帧2 715 648 个 TDMA 帧（3h 28 min 53

48、s 760 ms) 2047204620452044204320426543210 0 24232205049484746 (51-帧)的复帧51 个 TDMA 帧(3 060/13 ms) 76543210 TDMA 帧8 时隙(60/13 或 4.615 ms) 1 超帧1326 个 TDMA 帧(6.12 s) 12425 1 2 3 4 (26-帧)的复帧26 个 TDMA 帧(120 ms) 0 1 2 3 4 第第46页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM)

49、 4.3.3 PCM高次群高次群 以上我们讨论的以上我们讨论的PCM30/32路与路与PCM24路时分多路数字电话路时分多路数字电话 系统，称为数字基群或一次群。如果要传输更多路的数字电系统，称为数字基群或一次群。如果要传输更多路的数字电 话，则需要将若干个一次群数字信号通过数字复接设备复合话，则需要将若干个一次群数字信号通过数字复接设备复合 成二次群，二次群复合成三次群等。我国和欧洲各国采用以成二次群，二次群复合成三次群等。我国和欧洲各国采用以 PCM30/32路制式为基础的高次群复合方式，北美和日本采路制式为基础的高次群复合方式，北美和日本采 用以用以PCM24路制式为基础的高次群复合方式

50、。路制式为基础的高次群复合方式。 第第47页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.3 PCM高次群高次群 北美采用的数字北美采用的数字TDM的一种等级结构的一种等级结构(T体系体系)如图如图4-12所示。所示。 每路每路PCM数字话速率为数字话速率为64 kb/s，表示为，表示为DS-0。由。由24路路PCM 数字话复接为一个基群数字话复接为一个基群(或称一次群或称一次群)，表示为，表示为DS-1，一次群，一次群 包括包括24路用户数字话，传输速率为路用户数字

51、话，传输速率为1.544 Mb/s。 第第48页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.3 PCM高次群高次群 由由4个一次群复接为一个二次群，表示为个一次群复接为一个二次群，表示为DS-2， 二次群包括二次群包括 96路用户数字话，传输速率为路用户数字话，传输速率为6.312 Mb/s。由。由7个二次群复接个二次群复接 为一个三次群，为一个三次群， 表示为表示为DS-3，三次群包括，三次群包括672路用户数字话，路用户数字话， 传输速率为传输速率为44.736

52、 Mb/s。 由由6个三次群复接为一个四次群，个三次群复接为一个四次群， 表示为表示为DS-4，四次群包括，四次群包括4032路用户数字话，传输速率为路用户数字话，传输速率为 274.176 Mb/s。由。由2个四次群复接为一个五次群，表示为个四次群复接为一个五次群，表示为DS-5， 五次群包括五次群包括8064路用户数字话，传输速率为路用户数字话，传输速率为560.160 Mb/s。 第第49页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.3 PCM高次群高次群 第

53、一级 复用 1 24 第二级 复用 DS-1 1.544 Mb / s 1 4 DS-1 第三级 复用 DS-2 6.312 Mb / s 1 7 DS-2 第四级 复用 DS-3 44.736 Mb / s 1 6 DS-3 第五级 复用 DS-4 274.176 Mb / s 1 2 DS-4 DS-5 560.160 Mb / s 24个DS-0 64 kb / s DS-5 图 4-12 北美采用的数字TDM等级结构 第第50页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TD

54、M) 4.3.3 PCM高次群高次群 表表 4 - 1 给出了北给出了北 美数字美数字TDM标准标准 一览表，表中包一览表，表中包 括传输速率、话括传输速率、话 路数和采用的传路数和采用的传 输媒质。输媒质。 标号 比特速率 (Mb/s) PCM 话路数 传输媒质 DS-0 0.0641对称电缆 DS-1 1.54424对称电缆 DS-1c 3.12548对称电缆 DS-2 6.31296对称电缆，光纤 DS-3 44.736672同轴电缆，无线， 光纤 DS-3c 90.2541344无线， 光纤 DS-4E 139.2642016无线，光纤，同轴电缆 DS-4274.164032同轴电缆，

55、光纤 DS-432 432.006048光纤 DS-5 560.1608064同轴电缆，光纤 表 4-1 北美数字TDM标准一览表 第第51页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.3 PCM高次群高次群 ITU-T(CCITT)建议的数字建议的数字TDM等级结构等级结构(E体系体系)如图如图4-13所所 示，它是我国和欧洲大部分国家所采用的标准。示，它是我国和欧洲大部分国家所采用的标准。 第一级 复用 1 30 第二级 复用 2.048 Mb / s 1 4

56、第三级 复用 1 4 第四级 复用 1 4 第五级 复用 1 4 64 kb / s 8.448 Mb / s34.368 Mb / s139.264 Mb / s565.148 Mb / s 图 412 ITU-T建议的数字TDM等级结构 第第52页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.3 PCM高次群高次群 ITU-T建议的标准与北美标准类似，由建议的标准与北美标准类似，由30路路PCM用户话复用用户话复用 成一次群，传输速率为成一次群，传输速率为2.04

57、8 Mb/s。由。由4个一次群复接为一个个一次群复接为一个 二次群，包括二次群，包括120路用户数字话，传输速率为路用户数字话，传输速率为8.448 Mb/s。由。由 4个二次群复接为一个三次群，包括个二次群复接为一个三次群，包括480路用户数字话，传输路用户数字话，传输 速率为速率为34.368 Mb/s。 由由4个三次群复接为一个四次群，包括个三次群复接为一个四次群，包括 1920路用户数字话，传输速率为路用户数字话，传输速率为139.264 Mb/s。 第第53页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 4.3 4.3

58、 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 4.3.3 PCM高次群高次群 由由4个四次群复接为一个五次群，包括个四次群复接为一个五次群，包括7680路用户数字话，路用户数字话， 传输速率为传输速率为565.148 Mb/s。 ITU-T建议标准与北美标准的每一等级群路可以用来传输多建议标准与北美标准的每一等级群路可以用来传输多 路数字电话，可以用来传送其他相同速率的数字信号，路数字电话，可以用来传送其他相同速率的数字信号， 如可如可 视电话、数字电视等。视电话、数字电视等。 第第54页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课

59、频分复用频分复用(FDM)(FDM) 频分复用频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用就是将用 于传输信道的总带宽划分成若干个子频带于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道或称子信道)，每，每 一个子信道传输一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各路信号。频分复用要求总频率宽度大于各 个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号 互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各 路信号互不干扰路信号互不干扰(条

60、件之一条件之一)。频分复用技术的特点是所有子。频分复用技术的特点是所有子 信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不 考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。 频分复用技术除传统意义上的频分复用频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种外，还有一种 是正交频分复用是正交频分复用(OFDM)。 第第55页，共页，共61页页 电子信息与机电工程学院电子信息与机电工程学院 通信原理通信原理精品资源共享课精品资源共享课 时分复用时分复用(TDM)(TDM) 时分复