《计算机通信技术》课件 第4章 多路复用

1、计算机通信技术 第第4章章 多路复用多路复用 Multiplexing 1 本章内容 多路复用的概念多路复用的概念 频分多路复用频分多路复用 同步时分多路复用同步时分多路复用 统计时分多路复用统计时分多路复用 波分多路复用波分多路复用 2 多路复用的概念 多路复用的概念多路复用的概念 多路复用的分类多路复用的分类 3 多路复用的概念 多路复用是指在数据传输系统中，允许两个多路复用是指在数据传输系统中，允许两个 或多个数据源共享一个公共传输媒介或多个数据源共享一个公共传输媒介 子信道子信道 集合信道集合信道 复合信号复合信号 4 多路复用系统 复用器复用器 也称为复接器、合波器等也称为复接器、合

2、波器等 多路译码器多路译码器 也称为分接器、分波器、解复器等也称为分接器、分波器、解复器等 5 复 接 器 解 复 器 n个输入 n个输出 1条链路，n个信道 多路复用的分类 频分多路复用频分多路复用FDM 时分多路复用时分多路复用TDM 同步时分多路复用（同步时分多路复用（TDM） 统计时分多路复用（统计时分多路复用（STDM） 波分多路复用波分多路复用WDM 码分多路复用码分多路复用CDM 6 频分多路复用 FDM的原理和特性的原理和特性 FDM应用实例应用实例 多路载波通信系统多路载波通信系统 7 FDM的原理和特性 把传输频带分成若干个较窄的频带把传输频带分成若干个较窄的频带 每个窄频

3、带构成一个子通道每个窄频带构成一个子通道 8 信道5f5 信道1f1 信道2f2 信道3f3 信道4f4 时间 频率 频率搬移 将信号搬移到传输媒介的不同传输频率范围将信号搬移到传输媒介的不同传输频率范围 内内 单边带调制单边带调制 9 tftStg ci 2cos)()( )()( 2 1 )( cici ffSffSfG 保护频带 相邻信道的频谱之间留有一定的频率间隔相邻信道的频谱之间留有一定的频率间隔 话音信号的频谱范围是话音信号的频谱范围是300Hz3400Hz 分配的频带宽度一般规定为分配的频带宽度一般规定为4kHz 10 FDM的问题 串扰串扰 保护频带保护频带 互调噪声互调噪声

4、选择器件时，清除其非线性效应选择器件时，清除其非线性效应 11 FDM应用实例 音频电报系统音频电报系统 ADSL的频谱划分的频谱划分 12 音频电报系统 载波电报载波电报 FSK频移键控频移键控 13 极性）时（当信号为 极性）时（当信号为 Ztff Atff t i i i 1)(2sin 0)(2sin )(S Hzf iHzifi 30 .24,.,3 , 2 , 1120) 1(420 传输 频带 保护带 420540660900780 f(Hz) (dB) b 40 30 20 10 ADSL的频谱划分 1.1MHz200kHz25kHz 下行信道 上行信道 传统电话业务 14 1

5、.1MHz容量的双绞线频谱分成容量的双绞线频谱分成3个不同频个不同频 段段 POTS信道信道 上行数据信道上行数据信道 下行数据信道下行数据信道 ADSL的基本结构 局端模块局端模块 ATU-C，ADSL收发器收发器-局端局端 远端模块远端模块 ATU-R，ADSL收发器收发器-远端远端 具体设备具体设备 ADSL调制解调器、分离器、调制解调器、分离器、DSLAM（DSL Access Multiplexer） DSLAM 分离器 电话交换机 下行信道： 6Mb/s 上行信道： 640Kb/s 分离器 铜双绞线 用户环路 ADSL调制 解调器 电话机 下行信道： 6Mb/s 上行信道： 640

6、Kb/s 15 DMT的子信道 多载波调制技术多载波调制技术 我国我国ADSL线路传输的惟一选用技术线路传输的惟一选用技术 256个子频段个子频段 每个子频段内采用每个子频段内采用QAM 话音信道 4KHz 1.1MHz 256个子信道 16 多路载波通信系统 基群（基群（Group） 超群（超群（Super-group） 主群（主群（Master-group） 超主群（超主群（Super mastergroup） 巨群（巨群（Giant group） 巨群巨群 = 12（话路）（话路） 5（基群）（基群） 5（超群）（超群） 3（主群）（主群） 4（超主群）（超主群）= 3600个话路个话路

7、 17 同步时分多路复用 TDM的原理和特性的原理和特性 帧同步帧同步 速率适配速率适配 TDM数字通信的层次结构数字通信的层次结构 18 时分多路复用的分类 同步时分多路复用（同步时分多路复用（TDM） 统计时分多路复用（统计时分多路复用（STDM） 19 时分多路复用（TDM） FDM 以以频率频率作为分割信号的参量；作为分割信号的参量； 采用采用模拟技术模拟技术，对计算机通信不太合适；，对计算机通信不太合适； TDM 以以时间时间作为分割信号的参量；作为分割信号的参量； 信号所占用的信号所占用的频带是重叠的频带是重叠的； 完全由完全由数字线路实现数字线路实现，近几年得到广泛的应用；，近几

8、年得到广泛的应用； 20 TDM的原理和特性 TDM的时隙和帧的时隙和帧 比特交错技术和字节交错技术比特交错技术和字节交错技术 同步时分多路复用的问题同步时分多路复用的问题 21 TDM的原理 按按时间时间区分各路信号区分各路信号 22 fh 时间 频率 信 道 1 信 道 3 信 道 2 信 道 1 信 道 4 信 道 3 信 道 2 信 道 4 信 道 1 fl TDM的时隙和帧 TDM的时隙（时间片）的时隙（时间片） 在每个低速信道上采样停留的时间在每个低速信道上采样停留的时间 TDM帧帧 一个扫描周期形成的一组比特流或字符流一个扫描周期形成的一组比特流或字符流 23 集合信道 旋转开关

9、 旋转开关 信道 1 2 3 N . . . . . . 信道 1 2 3 N . . . . . . . . 发送端接收端 “同步”的含义 同步时分复用的同步时分复用的“同步同步”是指是指 分配给各数据源的分配给各数据源的时间片是固定不变的时间片是固定不变的 各数据源之间的时间片又可以不同各数据源之间的时间片又可以不同（根据数据源（根据数据源 的传输速率决定）的传输速率决定） 速率越快，时间片越多速率越快，时间片越多 24 交错技术 比特交错技术比特交错技术 字节交错技术字节交错技术 25 比特交错技术 每一个时隙只传送一个低速信道的每一个时隙只传送一个低速信道的1比特数据比特数据 26 比

10、特交错技术 每一个时隙只传送一个低速信道的每一个时隙只传送一个低速信道的1比特数据比特数据 27 字节交错技术 每一个时隙传送一个低速信道的一个字节每一个时隙传送一个低速信道的一个字节 28 12345678 12345678 12345678 12345678 12345678 12345678 采样1采样2采样3 信道2的比特 信道1的比特 87654321 TDM帧的比特 8765432187654321876543218765432187654321 信道2 采样3 信道1 采样3 信道2 采样2 信道1 采样2 信道2 采样1 信道1 采样1 字节交错技术的实现 每一个时隙传送一个低

11、速信道的一个字节每一个时隙传送一个低速信道的一个字节 29 . 信道1 集合信道 高速 扫描器 缓冲移存器 复用器 信道2 信道3 信道4 信道 N 同步时分多路复用的问题 帧同步帧同步 目的：解决目的：解决 TDM帧如何定界的问题帧如何定界的问题 方法：方法：找到帧的起始位置找到帧的起始位置 手段：帧同步码、成帧位、剥夺位帧同步、唯一手段：帧同步码、成帧位、剥夺位帧同步、唯一 线路码等线路码等 速率适配速率适配 目的：解决各式各样速率的数据流的同步问题目的：解决各式各样速率的数据流的同步问题 手段：抽样法、跃变编码法、止码元调整法手段：抽样法、跃变编码法、止码元调整法 30 帧同步 帧同步码

12、帧同步码 成帧位同步成帧位同步 剥夺位帧同步剥夺位帧同步 统计帧同步统计帧同步 惟一线路码帧同步惟一线路码帧同步 31 帧同步码 专门增加一个时隙专门增加一个时隙 用来传送一个特殊的标识字符用来传送一个特殊的标识字符 即，帧同步码即，帧同步码 E1线路帧结构线路帧结构 32 同 步 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 信 令 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 125s 话路话路 E1线路的失步条件和同步条件 失步条件失步条件 连续收到的连续收到的3个帧同步码均有

13、错个帧同步码均有错 或在或在250ms时间内，集合信号为稳定的起极性码时间内，集合信号为稳定的起极性码 或止极性码或止极性码 （故障状态）（故障状态） 同步条件同步条件 在帧的同一比特位置上，连续收到在帧的同一比特位置上，连续收到6个无错的的个无错的的 同步码（即至少搜索同步码（即至少搜索6个帧的长度）个帧的长度） 并且同一时间内，在帧的其它任一比特位置上，并且同一时间内，在帧的其它任一比特位置上， 没有连续收到没有连续收到2个或个或2个以上的帧同步码。个以上的帧同步码。 33 成帧位 TDM帧中附加仅仅附加一位帧中附加仅仅附加一位 交替位模式交替位模式101010 T1线路帧结构线路帧结构

14、搜索到搜索到1/0交替模式达到交替模式达到30位位 34 125s 24路话音，每路8位 110432511987612 132423222120191817161514 1位成帧位 剥夺位帧同步 周期性地置换数据位周期性地置换数据位 最低有效位最低有效位 适用范围适用范围 用于音频、视频数据源用于音频、视频数据源 35 统计帧同步 根据特定代码中根据特定代码中“0”，“1”分布的概率来判分布的概率来判 别别 例如，例如，Gray码在代码范围中心第码在代码范围中心第2位是位是1，在两，在两 端为端为0 36 惟一线路码帧同步 帧同步码的电信号与数据的电信号不同帧同步码的电信号与数据的电信号不同

15、 幅度幅度 持续时间持续时间 优点优点 快速快速 自动同步自动同步 缺点缺点 产生和辨认需要额外要求产生和辨认需要额外要求 37 系统同步 同步复接同步复接 统一的主时钟统一的主时钟 准同步复接准同步复接 各支路信号的标称速率相同各支路信号的标称速率相同 异步复接异步复接 低次群使用各自的时钟低次群使用各自的时钟 38 速率适配的概念 把输入到复用器的数据信号变为等时数字信把输入到复用器的数据信号变为等时数字信 号号 39 速率适配器 1 速率适配器 N 速率适配器 2 。 。 。 信道2 信道N 信道1 复用器 集合信道 时钟发生器帧同步码 fd ft 1 2 n 。 。 。 速率适配 抽样

16、法抽样法 跃变编码法跃变编码法 止码元调整法止码元调整法 40 抽样法 用高速抽样频率为用高速抽样频率为fs的脉冲对低速信道速率的脉冲对低速信道速率 为为fd的数据信号进行抽样，得到抽样速率为的数据信号进行抽样，得到抽样速率为 fs的等时信号的等时信号 41 Ts=1/fs 抽样脉冲 等时信号 数据信号 10 t 1 跃变编码法 将抽样脉冲分成一些比特组将抽样脉冲分成一些比特组 每组有每组有2n-1个抽样脉冲个抽样脉冲 每组根据跃变位置进行编码每组根据跃变位置进行编码 42 0 T 编码字符编码字符 1 010111001 T PPPC1C1C2C2 非等时数字信号 等时数字信号 抽样脉冲 数

17、字信道脉冲 比特标志 止码元调整法 通过增加止码元个数进行调整通过增加止码元个数进行调整 43 54321 54321543211 54321 等时数字 信号 5432154321 第n字符第(n+1)字符 起起起起止止止止止 第(n-1)字符 第(n-1)字符第n字符第(n+1)字符 异步信号 抽样脉冲 起起起起止止止 TDM数字通信的层次结构 T1线路线路 E1线路线路 SDH帧结构帧结构 44 通信网传输体制 PDH SDH 复用等级复用等级北美北美欧洲欧洲日本日本越洋越洋 064646464 11544204815442048 26312844863126312 34473634368

18、3206444736 413926413926497728139264 45 北美洲数字通信的层次结构 美国电报电话美国电报电话TDM体系结构体系结构 46 话 音 信 道 1 2 4 1 5 4 2 5 3 3 3 6 1 6 .4 DS-2 DS-3 3 2 1 DS-1 1 1 24 2 1 1 次 群 复用器 3 次 群 复用器 2次群 复 用 器 4 次 群 复用器 3 DS-4 7 T1线路 T1线路的传输速率为线路的传输速率为 1938000 1.544Mbps 125s 24路话音，每路8位 110432511987612132423222120191817161514 1位成

19、帧位 47 E1线路 E1线路上的传输速率线路上的传输速率 64kbps32路路2.048Mbps 48 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15 同 步 1 2 3 4 5 6 7 8 9 1 0 1 1 1 2 1 3 1 4 1 5 信 令 1 6 1 7 1 8 1 9 2 0 2 1 2 2 2 3 2 4 2 5 2 6 2 7 2 8 2 9 3 0 X 0 0 1 1 0 1 1 X 1 P A B C D E 0 0 0 0 x y x x 1a 1b 1c 1d 16a 16b 16c 16d 2a 2b 2

20、c 2d 17a 17b 17c 17d 15a 15b 15c 15d 30a 30b 30c 30d A B C D E F G H 复帧 帧 2ms 125s 话路话路 39s 帧同步码组 39s 39s 包含 帧同 步码 组 不包 含帧 同步 码组 F0帧 F1帧 F2帧 F15帧 A:表示极性 B -H:表示幅度的编码输出 X:留作今后国际通话用, 暂规定为1. P:国际通路告警 正常:0,告警:1 A,B,C,D,E:留作国内用 F0:1-4比特为复帧同步码组 x:留作今后用,不用时发0. y:复帧失步时发1,同步时发0. F1:第1,16路两个话路的信令信号, 如b,c,d不用作

21、信令时,固定发101. F2:第2,17路两个话路的信令信号, 如b,c,d不用作信令时,固定发101. . . F15:第15,30路两个话路的信令信号, 如b,c,d不用作信令时,固定发101. SDH帧结构 块状帧块状帧 9行行270N列列 段开销（段开销（SOH）区域）区域 管理单元指针（管理单元指针（AUPTR）区域）区域 净负荷（净负荷（Payload）区域）区域 49 SOH AUPTR SOH STM-N 净负荷 1 3 4 9 5 9N 列261N 列 传输顺序 先 后 9行 例题 5个信源通过同步个信源通过同步TDM复用，每个信源每秒复用，每个信源每秒 产生产生100个字节

22、。假设采用字节交错技术，个字节。假设采用字节交错技术， 而且每帧需要而且每帧需要1个比特同步。问：个比特同步。问： 帧速率是多少？帧速率是多少？ 通路上的比特率是多少？通路上的比特率是多少？ 50 统计时分多路复用 STDM的原理和特性的原理和特性 STDM的构成的构成 ATM的复用方式的复用方式 51 STDM的原理和特性 动态带宽分配动态带宽分配 STDM的性能的性能 STDM的构成的构成 52 动态带宽分配 无数据就不分配时隙无数据就不分配时隙 一个扫描周期的时间不固定一个扫描周期的时间不固定 同步同步TDM和和STDM的比较的比较 53 A B C D 用户 0 t 1 t 2 t 3

23、 t 4 t 到远程计算机 1 A 1 B 1 B 1 C 1 D 2 C 2 B 2 A 2 D 第一周期第二周期 1 A 1 B 2 C 2 B 第一周期第二周期 额外有效带宽 同步时分多路复用 统计时分多路复用 插图说明 数据 地址 STDM的性能 低速信道标称数据传输速率之和与集合信道低速信道标称数据传输速率之和与集合信道 数据传输速率之比数据传输速率之比 为为STDM的效率的效率 N为输入信源的数目为输入信源的数目 R为每个信源的数据速率为每个信源的数据速率 54 M NR STDM的构成 压缩编码压缩编码 数据缓冲器数据缓冲器 虚拟信道接入器虚拟信道接入器 帧存储器帧存储器 55

24、压缩 编码 数据 缓冲器 . 虚拟 信道 接入 器 帧存 储器 集合信道 低速信道 1 2 3 4 5 N ATM的复用方式 ATM信元的结构信元的结构 ATM信元的定界信元的定界 56 ATM信元的结构 GFC：通用流量控制：通用流量控制 VPI：虚路径标识符：虚路径标识符 VCI：虚信道标识符：虚信道标识符 PT ：负载类型：负载类型 CLP：信元丢失优先权：信元丢失优先权 HEC：信头差错控制：信头差错控制 字节位 8 7 6 5 4 3 2 1 . 1GFCVPI 2VPIVCI 3VCI 4VCIPTCLP 5HEC 6-5348字节的信息 57 ATM信元的定界 利用利用HEC对信元定界对信元定界 HEC采用采用CRC校验校验 生成多项式为生成多项式为x8+x2+x+1 同步搜索同步搜索 连续连续6次检测次检测HEC正确无误正确无误 失步失步 连续连续7次收到错误的次收到错误的HEC 58 波