第9章多路复用和多址技术ppt课件

1、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9.1 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号目的：在一条链路上传输多路独立信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：频分复用种多路复用基本方法：频分复用FDM）、时分复用）、时分复用TDM）、码分复）、码分复用用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)(a) 频分制频分制(b) 时分制时分制(c) 码分制码分制fNf1f2t2tN

2、t1tNt1t2复接复接 目的：解决来自若干条链路的多路信号目的：解决来自若干条链路的多路信号的合并和区分。的合并和区分。关键技术问题：目前大容量链路的复接关键技术问题：目前大容量链路的复接几乎都是几乎都是TDM信号的复接，此时，多路信号的复接，此时，多路TDM信号时钟的统一和定时就成为关键信号时钟的统一和定时就成为关键问题。问题。数字复接系统组成原理数字复接系统组成原理多址多址目的：多个用户共享信道、动态分配网目的：多个用户共享信道、动态分配网络资源。络资源。方法：频分多址、时分多址、码分多址、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用信号空分多址、极化多址以及其他利

3、用信号统计特性复用的多址技术等。统计特性复用的多址技术等。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一样：二者都是为了通信资源共享一样：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求是多路复用中，用户对资源共享的需求是固定的，或者至多是缓慢变化的，资源固定的，或者至多是缓慢变化的，资源是预先分配给各用户。是预先分配给各用户。多址接入中，网络资源通常是动态分配多址接入中，网络资源通常是动态分配的，并且可以由用户在远端提出共享要的，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网络资源的需求。因此必须按照用户对网络资源的需求，随时动态地改变网络资源的分

4、配。求，随时动态地改变网络资源的分配。例如卫星通信例如卫星通信9.2 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SSBSSB调制搬移频谱，以节省频带。调制搬移频谱，以节省频带。3路频分复用电话通信系统原理路频分复用电话通信

5、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 Hz12.315.4kHz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通带通f14.3 7.4 kHz8.3

6、11.4 kHz12.315.4 kHz3400 Hz3400 Hz3400 Hz8 kHz12 kHz4 kHz4 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 kHz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，否则将因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非线性失真而产生各路信号间的互相干扰；扰；用硬件实现时，设备的生产技术较为复

7、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；杂，特别是滤波器的制作和调试较繁难；成本较高。成本较高。9.3 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刻在另一路信号的采样时间号的采样时刻在另一路

8、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。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。多路信号时分复用的工作过程多路信号时分复用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)LPFLPFLPFLPFLPFLPFLPFLP

9、FLPFLPF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m1(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)的采的采样样信号信号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

10、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/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，必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时钟须容许各路输入信号的抽样速率时钟有少许误差。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

11、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。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，这种过程称为数字复接，就是按照时求，这种过程称为数字复接，就是按照时分多路复用的基本原理完成比特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

12、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，称为数字复接系列。已逐步建立起标准，称为数字复接系列。数字复接系列形成的原则是先把一定路数字复接系列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，该数据流被称为基群一次群）。据流，该数据流被称为基群一次群）。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：准同步数字体系准同步数字体系PDH 同步数字体系同步数字体系 SDH 9.3.1

13、准同步数字体系准同步数字体系(PDH)PDH有有E体系和体系和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话音信号为话音信号为基础，以基础，以2.048Mbit/s为基群的数字序列，为基群的数字序列，我国大陆、欧洲采用，以及作为国际间我国大陆、欧洲采用，以及作为国际间连接标准。连接标准。T体系是以体系是以l.544 Mbit/s为基群的数字序列，为基群的数字序列，主要是美国、日本等地采用。主要是美国、日本等地采用。层次层次比特率（比特率（Mb/s）路数（路路数（路 64kb/s）E体体系系E - 12.04830E - 28.448120E - 334.3684

14、80E - 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）8064130(30路路 64 kb/s)一次群一次群2.048 Mb/sPCM复用设备复用设备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复用设复用设备备三次群三次群 34.368Mb/s三次复用三次复用

15、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 .264 Mb/s四次群四次群.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。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

16、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。PCM 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

17、时隙包含8位码，一帧共位码，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个路时隙用来传送个路时隙用来传送30路电话信号的编码路电话信号的编码码组，码组， 因此因此E体系体系PCM基群也称为基群也称为30/32路系统。路系统。话路话路时隙时隙CH1CH15F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F150 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031 0 0 1

18、 1 0 1 1帧同步时隙帧同步时隙帧同步信号帧同步信号 1 A11 1 1 1 1保留给保留给国内通信用国内通信用0 0 0 0 1 A21 1信令时隙信令时隙复帧同复帧同步信号步信号备用备用比特比特a b c da b c da b c d a b c dCH1CH16CH15CH30F1F15话路话路时隙时隙CH16CH29PCM基群帧结构基群帧结构保留给国际用保留给国际用奇奇帧帧识识别别码码失失步步告告警警码码复帧结构：复帧结构： 16帧，帧，2.0ms帧结构：帧结构：32时隙，时隙，256bit，125s话路时隙话路时隙CH303.91s488ns偶帧偶帧TS0奇帧奇帧TS0复帧失步

19、告警码复帧失步告警码TS16传送信令时有两种用法传送信令时有两种用法共路信令传送：可以将共路信令传送：可以将TS16所包含的总所包含的总比特率比特率64kbit/s集中起来使用；集中起来使用；随路信令传送：也可以将随路信令传送：也可以将TS16中的各个中的各个比特按规定的时间顺序分配给各个话路，比特按规定的时间顺序分配给各个话路，直接传送各路所需的信令。直接传送各路所需的信令。例例 已知已知32路时分多路复用路时分多路复用PCM数字电话系数字电话系统，每个话路的取样速率是统，每个话路的取样速率是8kHz，每个样，每个样值编成值编成8位二元数码。位二元数码。试求试求 (1) 路时隙宽度路时隙宽度

20、Tc； (2) 输出码流速率输出码流速率Rb ; (3) 信道的最小传输带宽信道的最小传输带宽Bmin； (4) 平均每路电话占用的带宽。平均每路电话占用的带宽。解：解： n=8 ； N=32 ； fs=8000Hz(1)帧时隙宽度帧时隙宽度路时隙宽度路时隙宽度sfTs125/1sNTTc9 . 332125/(2)输出码流数码率输出码流数码率Rb (3)信道的最小传输带宽信道的最小传输带宽Bmin； (4)平均每路电话占用的带宽。平均每路电话占用的带宽。sMbnNfTnRscb/048. 2MHzRBb024. 12/minkHz323210024. 16qPCM30/32路时分多路系统路时

21、分多路系统 基本特性基本特性 每帧时隙数：每帧时隙数：32 话路数目话路数目 ：30 抽样频率抽样频率 ：8kHz 每帧宽度每帧宽度 ：1/8000=125s 压扩特性压扩特性 ：A=87.6/13折线压扩律，每时折线压扩律，每时隙按隙按8位编码位编码 总信息速率：总信息速率：8328000=2048kb/s 平均每路信息速率：平均每路信息速率：2048/32=64kbit/s 帧与复帧结构帧与复帧结构 时隙分配时隙分配: 每时隙宽度：每时隙宽度：125/32=3.9 s TS1TS15和和TS17TS31：30个话路时隙个话路时隙 TS0：帧同步码：帧同步码 TS16：信令时隙：信令时隙 话

22、路比特安排话路比特安排: 比特宽度：比特宽度：3.9/8=488nsPDH的主要缺点的主要缺点标准不统一，各国所采用的速率、线路标准不统一，各国所采用的速率、线路码型、接口标准、结构都不相同。无法码型、接口标准、结构都不相同。无法在光路上实现不同厂家设备的互通和直在光路上实现不同厂家设备的互通和直接联网，造成许多技术上的困难和费用接联网，造成许多技术上的困难和费用的增加。的增加。复接和分接必须逐级进行，适合低速通复接和分接必须逐级进行，适合低速通信，在高速传输情况下上下电路就过于信，在高速传输情况下上下电路就过于复杂。复杂。9.3.3 同步数字体系同步数字体系(SDH) 在SDH中，信息是以

23、“同步传送模块STM” 传送的。 STM由信息有效负荷和段开销SOH 组成块状帧结构，其重复周期为125s。 SDH分若干等级等级等级比特率比特率(Mb/s)STM-1 155.52STM-4 622.08STM-162,488.32STM-649,953.28SDH采用块状的帧结构来承载信息，整个采用块状的帧结构来承载信息，整个帧结构分成段开销帧结构分成段开销(SOH)区、区、STM-N净负净负荷区和管理单元指针荷区和管理单元指针(AUPTR)三个区域。三个区域。段开销区主要用于网络的运行、管理、维段开销区主要用于网络的运行、管理、维护及指配以保证信息能够正常灵活地传送护及指配以保证信息能够

24、正常灵活地传送净负荷区用于存放真正用于信息业务的比净负荷区用于存放真正用于信息业务的比特和少量的用于通道维护管理的通道开销特和少量的用于通道维护管理的通道开销字节字节管理单元指针用来指示净负荷区内的信息管理单元指针用来指示净负荷区内的信息首字节在首字节在STMN帧内的准确位置以便接帧内的准确位置以便接收时能正确分离净负荷。收时能正确分离净负荷。STM-N有效负荷有效负荷段开销段开销SOH段开销段开销SOH管理单元指针管理单元指针9行行261N9N270N列列bytes）91345 SDH的帧结构的帧结构SDH技术与技术与PDH技术相比，主要优点：技术相比，主要优点： 1、统一的比特率，统一的接

25、口标准，为、统一的比特率，统一的接口标准，为不同厂家设备间互联提供了可能。使信号不同厂家设备间互联提供了可能。使信号传输、复用和交换过程得到简化，从而降传输、复用和交换过程得到简化，从而降低联网成本。低联网成本。2、上下电路灵活。可从任何、上下电路灵活。可从任何N值的值的STM码流中直接插入码流中直接插入/抽出低级抽出低级STM码流和任码流和任一级别的一级别的PDH码流，而不需要逐级进行码流，而不需要逐级进行复接复接/分接操作。分接操作。3、SDH是严格同步的，从而保证了整个是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调网络稳定可靠，误码少，且便于复用和调整整 4、强大的网管

26、功能。因、强大的网管功能。因SDH帧结构中安排帧结构中安排了信号的了信号的5开销比特，它的网管功能显开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系得特别强大，并能统一形成网络管理系统，大大节约了维护费用的开支。统，大大节约了维护费用的开支。5、SDH设备能容纳各种新的业务信号，如设备能容纳各种新的业务信号，如准同步数字体系、宽带综合业务数字网准同步数字体系、宽带综合业务数字网(B-ISDN)均可进入其帧结构。它能与现均可进入其帧结构。它能与现有的有的PDH完全兼容，完全兼容，SDH使使1.5Mb/s和和2Mb/s两大数字体系在两大数字体系在STM-1上得到统一。上得到统一。 9.4 码分复用码分复用(CDM) Code Division Multiplexing码分复用是靠不同的编码来区分各路原码分复用是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式。此时各路信号始信号的一种复用方式。此时各路信号利用一组正交码序列来区分，它们占用利用一组正交码序列来区分，它们占用的频带和时间都可重叠。的频带和时间都可重叠。实现码分复用的关键就是选取正交的码实现码分复用的关键就是选取正交的码字。字。 设设 x 和和 y 表示两个长度为表示两个长度为N的二进制码组：的二