第十章复用和数字复接技术

1、第十章第十章 复用和数字复接技复用和数字复接技术术 v实际通信系统中经常要在异地之间同时传送多路信号，一般采用 :近距离多路信号传输：采用多路低速传输介质分别传输多路信号 远距离多路信号传输： 采用一条高速传输介质传输多路信号多路复用技多路复用技术术复用器解复用器.输入缓冲器输出缓冲器第十章 多路复用技术一一 多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念v定义：定义：将一些彼此无关的低速信号按照一定的方法和规则合成一路复用信号，并在一条公用（高速）信道上进行数据传输，到达接收端再进行分离的一种技术。多路信号多路信号一路复用信号一路复用信号一路接收信号一路接收信号多路信号多路信号合成合成分解分解So

2、urceDestinationv理论依据：信道多路复用的理论基础是信号分割原理。信号分割的依据在于信号之间的差别，这种差别可以体现在频率、时间或波形等参量上。多路复用技术理论依据多路复用技术理论依据按照频率的差别来分割信号的多路复用称为频分多路复用(Frequency-Division Multiplex,FDM)按照时间上的差别来分割信号的多路复用称为时分多路复用(TimeDivision Multiplex,TDM）v同步时分多路复用（同步）v统计时分多路复用（异步）根据码字的不同来实现信号分割的多路复用称为码分多路复用或码分多址(Code DivisionMultiplex Addres

3、s,CDMA）多路复用分类多路复用分类二二 频分多路复用（频分多路复用（FDM）vFDM是根据频率参量的差别来分割信号的。vFDM对各路信号的要求： 只要各路信号在在频谱上不重叠频谱上不重叠，即可以在同一信道中传输，最后用滤波器将其分开，实现频分多路复用。v下图给出了频分多路复用频分多路复用的一般情况。v在该图中，有4个信号源输入到一个多路复用器上，复用器用不同的频率（f1，f2，f3，f4）调制每一个信号。每个调制后的信号都需要一个以它的载波频率每个调制后的信号都需要一个以它的载波频率为中心的带宽，称之为为中心的带宽，称之为通道（信道）通道（信道）。v为了防止信号间的相互干扰，在每一条通道间

4、使用保护频带保护频带进行隔离。保护频带是一些无用的频谱区。FDM基本原理基本原理v发送端：调制合成传输（复合信号） 频分复用发送器频分复用发送器FDM基本原理基本原理v接收端：滤波(BPF)解调(Demodulator) 频分复用接收器频分复用接收器 三个话音信号多路复用频谱图三个话音信号多路复用频谱图 FDM应用系统应用系统_电话系统电话系统FDM应用系统_电话系统v注意两个问题：第一，防止串扰问题防止串扰问题。如果相邻话路信号的频带重叠，串话现象就可能发生。因此要在频带前后各增加500Hz的保护带。第二，减少噪声减少噪声。尽量消除其非线性噪声，因为非线性因素会产生新的频率成分，如果刚好在信

5、号频带范围内，形成同频干扰。 FDM标准化vAT&T分级结构 ：（书上是CCITT的标准）12路电话复用到60kHz108kHz的频带上，构成一个群(Group，48kHz)；5个群(60路电话)复用到312kHz552kHz的频带上，构成一个超群(Supergroup，240kHz)；5个超群(300路电话)复用到812kHz2044kHz的频带上，构成一个主群(Mastergroup，1.12MHz)；3个主群(900路电话)复用到8516kHz12388kHz的频带上，构成一个超主群(Supermastergroup)；4个超主群(360路电话)复用到42612kHz59684k

6、Hz的频带上，构成一个巨群(Gaintgroup)。vFDM：以频率作为分割信号的参量；采用模拟技术，对计算机通信不太合适。vTDM：以时间作为分割信号的参量；即信号在时间位置上分开但它们能占用的频带是重叠的。三三 时分多路复用（时分多路复用（TDM）vTDM：完全由数字线路实现，近几年得到广泛应用。v时分复用又分为同步时分复用和异步时分复用。时分多路复用器43214321同步时分多路复用同步时分多路复用S4S3S2S1S4S3S2S1多路解复用器同步多路电子同步多路电子开关开关t1t2同步时分多路复用（同步时分多路复用（TDM）同步TDM中的基本概念v（1）帧：TDM传送信号时，以帧为单位进

7、行传输。每一帧又被分成若干时间片。每路信号占用一个或多个时间片。v在具有N路输入系统中，每个帧至少含有N个时间片。vSynchronous TDM：时间片是预先分配给数据源且固定不变的。 同步时分多路复用帧的传输同步时分多路复用帧的传输时分多路复用器S4S3S2S11234123412344路输入信号路输入信号每帧含有每帧含有4个时间片个时间片帧帧n帧帧2帧帧1Time分配给某一设备的时间片在一帧中的位置是固定的v（2）交错：如果把同步时分复用器想象成高速旋转开关，开关的这种以固定的速率和固定的顺序在设备间的移动过程就称作交错；v交错可以按 bit/byte/Data block v交错过程：

8、2.同步同步TDM中的基本概念中的基本概念时分多路复用器DDDCCBAAAD C B A4路输入信号路输入信号每帧含有每帧含有4个时间片个时间片帧帧2帧帧1D CADA帧帧3 同步时分多路复用交错过程同步时分多路复用交错过程v（3）帧定位比特：在每帧的开始附加一个或多个同步比特，以便于解复用器识别后同步，从而精确地分离各时间片。比特模式：101010 一旦建立帧同步，接收器会继续监视帧定位比特，如果监视中断，接收器必需再次进入同步模式的搜索。v（4）比特填充：同步不同传输速率的数据源，使得不同数据源间速率匹配（近似呈整数倍关系），主要是通过复用器在设备的数据流中插入附加的比特。2.同步同步TD

9、M中的基本概念中的基本概念同步TDM标准v主要采用一种脉冲编码调制的技术 PCM(Pulse Coded Modulation)vPCM电话系统是时分多路PCM系统的一种最重要的应用。v现在PCM没有统一的标准，各个国家使用了各种互不兼容的方法。v北美和日本的技术：T1线路（24）vITU-T推荐的TDM标准：E1线路（30）T1载波载波v帧格式帧格式v最大传输速率最大传输速率 = 位数位数/帧帧 * 采样频率采样频率fs = （1+8*24）* 8000 = 1.544 (Mbps) 分分帧帧位位控控制制位位7654321* 24 （对应（对应24路话音）路话音）数据位数据位同步TDM的传输

10、标准v帧格式帧格式v最大传输速率最大传输速率 = 位数位数/帧帧 * 采样频率采样频率fs = （8*2+8*30）* 8000 = 2.048 (Mbps) E1载波载波8位位同步同步Total=30 （对应（对应30路话音）路话音）8位位信令信令8位位数据数据8位位数据数据实例:同步TDMS4S3S2S1时分多路复用器AAAAACCCAC 帧帧1CA 帧帧2CA 帧帧3A 帧帧4A 帧5 同步同步TDM实例实例缓冲器v在交错法中，当复用器取走一路信号的一个数据后，又切换到其它其它信号源上，但这路信号的其它数据又源源不断传来，因此需要一个缓冲区暂存这些数据以等待输出。mmuM) 1(缓冲区容

11、量复用信号支路数复用单位（帧）比特数计算题v例例6.1 五个信源通过同步TDM复用在一起。每个信源每秒产生 100个字符，每个字符为8位。假设采用字符交错技术而且每帧需要一个比特同步。帧速率是多少？复用线路上的比特率是多少？并求出该系统的传输效率。v解：解：（1）已知每个信源每秒产生 100个字符，而每一帧容纳每个信源的一个字符，由此可知该系统的帧速率是100帧/秒。v（2）如果假设每个字符为8位，因此每帧有85=40位，再加上每帧有一位帧定位比特，所以每帧的长度为41位。由此可计算出通路上的比特率是41位/帧100帧/秒=4100bps。v（3）要想计算传输效率，已知通路上的比特率为=410

12、0bps，而各通道上传输有用数据的总合为81005=4000bps。由此可计算出该系统的效率为97.6%。v同步TDM缺点：资源浪费v原因：帧中时间片与用户一一对应，用户没有数据发送时也占用这个时间片，因而浪费资源。v为了提高时隙的利用率，可以采用动态分配、按需分配时隙的技术，以避免每帧中出现空闲时隙的现象，即每一个时间片都可被任何一路信号使用。v以这种动态分配时隙方式工作的技术称为统计时分多路复用(STDM)或称异步TDM（ATDM）或智能TDM （ITDM）Asynchronous TDMIntelligent TDM 异步时分多路复用（STDM）A2A4B3B4C1C3D2D3统计统计时

13、分时分多路多路复用复用器器C1A2D2B3C3D3A4B4帧帧1帧帧3帧帧2帧帧4SASBSCSD 帧长不固定的帧长不固定的STDM STDM帧长度可以是固定的也可以是不固定的；时间片位置也可以是不固定的；因此每个时隙应带有地址信息，指明该数据属于哪一路设备，因此STDM的每个时隙存在额外开销。实例:帧长度固定的STDM时分多路复用器S5S4S3S2AACACACAS1AAAAACCC情况情况1：两条输入线路发送数据：两条输入线路发送数据时分多路复用器S5S4S3S2E C AE C AE C AS1AAAAACCCC情况情况2：三条输入线路发送数据：三条输入线路发送数据EEEA C A时分多

14、路复用器S5S4S3S2A E DC A ED C AS1AAAAACCCC情况情况3：四条输入线路发送数据：四条输入线路发送数据EEEE D CDDDA C A时分多路复用器S5S4S3S2D C BA E DC B AS1AAAAACCCC情况情况4：五条输入线路发送数据：五条输入线路发送数据EEEA C ADDDE D CB A EBBB性能分析vN：输入源数目，即复用信道数vR：每个源数据率 bpsvM：复用线路的信道容量，即最大传输速率v：每个数据源传输比例（0 = N vSTDM:帧内时间片数M = N 效率上：v TDM: 效率低，但技术可靠，通信费用低 （即使数据源、线路空闲也要占用时间片）v STDM:效率高，技术先进，但缓冲的容量较大，需用地址信息以便解复用器确定数据流向，即控制规程较复杂4.复用过程vTDM:时间片固定(包括个数，与数据源的对应） ，帧长度固定。vSTDM: 帧长度可以是固定的也可以是不固定的。作 业v6-3 ? A?v例例6.1 五个信源通过同步TDM复用在一起。每个信源每秒产生 100个字符，每个字符为8位。假