ch时分多路复用PPT课件

1、第4章 多路复用技术（2） 4.4 同步时分多路复用（TDM） 4.4.1 TDM原理 4.4.2 TDM数据复用方式 4.5 统计时分多路复用（STDM） 4.5.1 STDM原理 4.5.2 STDM帧结构 4.6 多路复用技术的比较 4.6.1 时分多路复用与频分多路复用的比较 4.6.2 比特交错和字符交错复用方式的比较 4.6.3 同步时分复用与统计（异步）时分复用的比较第1页/共55页4.4 时分多路复用（TDM） FDM：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。 TDM：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。当传输信道所

2、能达到的数据传输速率超过了传输信号所需的数据传输速率时即可采用TDM；第2页/共55页4.4 同步时分多路复用（TDM） TDM：完全由数字线路实现，近几年得到广泛应用。 时分复用又分为同步时分复用和异步时分复用。 4.4.1 TDM原理 4.4.2 TDM数据复用方式第3页/共55页 低通滤波器1低通滤波器2低通滤波器n1低通滤波器n基带信号m1(t)m2(t)mn-1(t)mn(t)信道m1mmn-1mn发送端接收端时分复用系统示意图(t)(t)(t)(t)第4页/共55页时分多路复用器43214321图4-15 同步时分多路复用S4S3S2S1S4S3S2S1多路解复用器同步多路电子开关

3、t1t2同步时分多路复用（同步时分多路复用（TDM）第5页/共55页 4.4.1 TDM4.4.1 TDM原理 基本原理：其理论基础是基于抽样定理（Sampling Theorem）。因为抽样定理使得时间上离散的抽样脉冲值代替基带信号成为可能。 抽样定理：一个频带限制在（0,fmax）内的时间连续信号m(t),如果以不低于2fmax的速率进行抽样，则m(t)可由抽样值完全确定。即： 若fs=2fmax （ fs代表采样频率 fmax为最高频率） 则理论上就有一种方法能用采样后的离散信号完全无失真地恢复原来的信号第6页/共55页图4-11 抽样定理示意图TDM原理原理抽样频率太低抽样频率高第7页

4、/共55页 关键问题： 收发双方的同步 复用器中的电子开关是关键部件 TDM工作特点： 通信双方是按照预先指定的时间进行数据传输的而且这种时间关系是固定不变的 某一时刻而言，信道上仅传送一对设备之间的信号而不是多路复用信号 某一时间段而言，信道上传送多路复用信号TDM第8页/共55页2.2.同步TDMTDM中的基本概念 （1）帧：TDM传送信号时，将通信时间分成一定长度的帧。每一帧又被分成若干时间片。即一帧由若干个时间片组成。 帧中的每个时间片是预先分配给某个数据源的，且这种关系固定不变。不论有无数据需要发送，所有数据源的时间片都会被占有； 在具有N路输入系统中，每个帧至少含有N个时间片。 S

5、ynchronous TDM：不是因为使用了同步传输，而是因为时间片是预先分配给数据源且固定不变的。第9页/共55页 帧内时间片数=通道数 (m=n) 帧数=信号源中信号最多的数量 (z=simax)第10页/共55页图4-17 同步时分多路复用帧的传输时分多路复用器S4S3S2S11234123412344路输入信号每帧含有4个时间片帧n帧2帧1Time分配给某一设备的时间片在一帧中的位置是固定的（意味着多路开关是单向扫描的），这些就构成了该设备的传输通道2.同步TDM中的基本概念第11页/共55页2.2.同步同步TDMTDM中的基本概念中的基本概念 低通滤波器1低通滤波器2低通滤波器n1低

6、通滤波器n基带信号m1(t)m2(t)mn-1(t)mn(t)信道m1mmn-1mn发送端接收端时分复用系统示意图(t)(t)(t)(t)同步第12页/共55页 （2）交错：同步时分多路复用器关键部件是高速的电子开关；当开关移动到某个设备前，该设备就有机会向公共通路传输规定大小的数据。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； 交错可以按 bit/byte/Data block 交错过程：2.同步TDM中的基本概念第13页/共55页时分多路复用器DDDCCBAAAD C B A4路输入信号每帧含有4个时间片帧2帧1D CADA帧3图4-18同步时分多路复用交错过程2.同步

7、TDM中的基本概念第14页/共55页 （3）帧定位比特：在每帧的开始附加一个或多个同步比特，以便于解复用器根据输入信息进行同步，从而精确地分离各时间片。控制信息使用的是可以识别的比特模式：101010 （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TDM中的基本概念第15页/共55页同步TDM标准 主要采用一种脉冲编码调制的技术 PCM(Pulse Coded Modulation) PCM电话系统是时分多路PCM系统的一种最重要的应用。 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

8、。 北美和日本的技术：T1线路（24） ITU-T推荐的TDM标准：E1线路（30）第16页/共55页第17页/共55页4.4.2 TDM数据复用方式 根据每个时间片中存放的内容不同，在时分多路复用器中，数据复用方式分为三种，即 比特交错法 字符交错法 码组交错法第18页/共55页 比特交错法：比特交错技术主要用于同步的数据源，它的每个时间片仅含有某个数据源的一个比特。 传输特点： 这种方式按照被复用的支路顺序和各支路中各自的比特顺序每次仅复用一个比特的数据 比特交错时分复用器在高速传送的数据信号集合帧里，每一个时隙仅传送一个低速信道的1比特数据或传送1比特帧同步信息。1.比特交错法第19页/

9、共55页时分多路复用器S1b11b12b13b144路输入信号每帧含有4个时间片帧2帧1S2S3S4 b2 b1b21b22b23b24比特交错法 比特交错法基本原理框图第20页/共55页 字符交错法：主要用于异步的数据源,字符交错是以一个字符为单位进行复用。即它的每个时间片包含某个数据源的一个字符数据或同步信息。 传输特点： 每个时间片传输1路信号中的1个字符（数据/同步信息），典型状况下每个字符的起始位和停止位在传输之前被清除2.字符交错法第21页/共55页时分多路复用器S1A1SFB1M1m路输入信号每帧含有m个时间片帧2帧1S2SmCn Ci c2 c1A2SFB2M2An Ai A2

10、 A1Bn Bi B2 B1Mn Mi M2 M1帧iAiSFBiMi字符交错法 字符交错法基本原理框图第22页/共55页 帧结构： SF帧同步头,Mi代表第M路信号中的第i个符号 优缺点：适合于异步的数据源，但缓存容量与比特交错技术相比较大MiBiAiSF字符交错法第23页/共55页 码组交错法：码组交错技术按某一码字长度（若干比特）为单位进行复用，即每个时间片包含某个数据源的一个码字（可能是一个比特，一个字符或更多比特） 基本原理框图：3.码组交错法第24页/共55页时分多路复用器S1M1SFA1B1m路输入信号每帧含有m个时间片帧2帧1S2SmFn Fi F2 F1M2SFA2B2An

11、Ai A2 A1Bn Bi B2 B1Mn Mi M2 M1帧iMiSFAiBi 码组交错法基本原理框图码组交错法第25页/共55页 帧结构： SF代表帧同步标志 Mi代表第M路输入的第i个码字 传输特点： 每个时间片传输一个码字/子帧，与比特交错技术相比误码率较低 MiBiAiSF第26页/共55页实例:同步TDMS4S3S2S1时分多路复用器AAAAACCCAC 帧1CA 帧2CA 帧3A 帧4A 帧5 同步TDM实例第27页/共55页计算题 例4.1 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。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？通路上的比特

12、率是多少？并求出该系统的传输效率。第28页/共55页 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。 （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。 （3）要想计算传输效率，已知通路上的比特率为=4100bps，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%。第29页/共55页4.5 异步时分多路复用 TDM缺点：资源浪费 原因：帧中时间片与用户一一对

13、应，用户没有数据发送时也占用这个时间片，因而浪费资源。第30页/共55页STDM 为了提高时隙的利用率，可以采用按需分配时隙的技术，以避免每帧中出现空闲时隙的现象。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 TDM Intelligent TDM第31页/共55页A2A4B3B4C1C3D2D3统计时分多路复用器C1A2D2B3C3D3A4B4帧1帧3帧2帧4SASBSCSD图4-16 帧长不固定的STDM第32页/共55页 STDM基本原理 STDM系统复用器（解复用器）的一侧与几条低速线路相

14、连，另一侧是高速复用线路；每条低速线路都有一个与之相联系的I/O缓冲区。 发送端：复用器首先扫描各条低速线路（输入缓冲区），将输入数据组织成STDM帧；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；所以每帧不仅包含数据，还有地址信息（每个时间片所对应数据都带地址）。第33页/共55页 接收端：解复用器根据STDM帧结构将时隙数据分发给合适的输出缓冲区，直到输出设备； STDM帧的每个时隙存在额外的开销。第34页/共55页实例:帧长度固定的STDM时分多路复用器S5S4S3S2AACACACAS1AAAAACCC情况1：两条输入线路发送数据第35页/共55页时分多路复用

15、器S5S4S3S2E C AE C AE C AS1AAAAACCCC情况2：三条输入线路发送数据EEEA C A第36页/共55页时分多路复用器S5S4S3S2A E DC A ED C AS1AAAAACCCC情况3：四条输入线路发送数据EEEE D CDDDA C A第37页/共55页时分多路复用器S5S4S3S2D C BA E DC B AS1AAAAACCCC情况4：五条输入线路发送数据EEEA C ADDDE D CB A EBBB第38页/共55页4.5.2 STDM帧结构 STDM所使用的帧结构对系统性能有一定的影响，一般应尽量减少用于管理的附加信息，将额外开销比特压缩到最小

16、，以改善吞吐能力。 通常STDM系统使用诸如HDLC规程（详见第8章）的通信协议。如果使用HDLC帧，那么数据帧中必须含有复用操作的控制位 。第39页/共55页 STDM的两种帧格式 ； 1。每帧一源的格式，帧中只包含一个数据源的数据及其地址信息。数据字段的长度是可变的，并且数据字段的结束就标志着整个帧的结束。在负荷不重的情况下这种机制的表现良好，但在负荷较重时效率就很低。 第40页/共55页 2。每帧多源的情况。这种方法允许在一个帧中压缩多个数据。此时，除了需要指明数据源的地址外，还需要给出数据字长，因此改进地址和数据字长的标志方法可使这种方法更加有效。使用相对寻址的方法就可以减少地址字段

17、。第41页/共55页第42页/共55页4.6 多路复用技术比较 与TDM比较 FDM在适合模拟通信技术，效率高，能够充分利用传输媒介带宽资源，但随输入信号增加设备趋于复杂 。 TDM适合数字通信技术 2.比特交错与字符交错技术比较 字符交错技术：效率高（以字符为单位进行传输除掉其中的起始位和停止位）。抗突发、噪声性能好 比特交错技术：传输延迟小第43页/共55页 3.同步TDM与STDM比较 时间片上：N条输入线路 TDM: 帧内时间片数为M=N STDM:帧内时间片数M = N 效率上： TDM: 效率低，但技术可靠，通信费用低 STDM:效率高，技术先进，但缓冲的容量较大，需用地址信息以便

18、解复用器确定数据流向，即控制规程较复杂第44页/共55页 4.复用过程 TDM:时间片固定(包括个数，与数据源的对应） ，帧长度固定。 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第45页/共55页DBCABACS4S3S2S1时分多路复用器AABBCCDABBCACDB ABD CAC同步TDM帧长度不固定，按时间片固定的STDM帧长度固定的STDM第46页/共55页4.7 CDMA 码分复用CDM 是另一种共享信道的方法。 Code Division Multiplexing 实际上，人们更常用的名词是码分多址CDMA (Code Division Multi

19、ple Access) 每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。第47页/共55页 由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。 码分复用最初是用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。 在CDMA中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。 m取值一般为64或128 假定m为8第48页/共55页CDMA基本原理 在CDMA中的每一个站都被指派一个唯一的m位的码片序列。 如果该站发送1，则发送它自己的m 位码片序列； 如果该站发送0，则发送该码片序列的二进制反码。 例如，指定给s站的8 位码片序列是00011011，则： 当s发送比特1时，发序列00011011 当s发送比特0时，发序列11100100第49页/共55页 如果将码片中的0写为-1，将1写为+1 上例中， s站的8 位码片序列是 （-1, -1, -1, +1, +1, -1, -1, +1, +1） 如果发送比特1，就表示为： （-1, -1, -1, +1, +1, -1, -1, +1, +1） 如果发送比特0，就表示为： （+1, +1, +1, -1, -1, +1, +1, -1, -1） 如果s站要发送信息速率为b bit/s，由于每一个比特要转换成m个比特的码片