通信原理-Ch10-信道复用和多址方式(李2014年版)

第10章

信道复用和多址方式本章主要内容§10.1引言什么是“复用”和复用技术的分类“多址接入”及其与“复用”的关系§10.2频分复用和多级调制§10.3时分复用基本原理§10.4数字复接技术（数字信号的时分复用）§10.5码分复用（扩频通信简介）§10.6多址技术§10.1引言一、什么是“复用”在“点到点”(Point-to-Point)通信方式中，在同一信道上，传输多路信号的复合信号，并且能在接收端正确将各路信号分离，从而实现多路信号公用一个信道的技术。复用器解复用器信道发送端接收端二、复用技术的分类频分复用（FDM,FrequencyDivisionMultiplex）时分复用（TDM,TimeDivisionMultiplex）码分复用（CDM,CodeDivisionMultiplex），

（扩频通信的一种应用）三、“复用”和“多址”的关系二者的技术本质是完全一样的，应用场合不同当上页所述复用技术应用于“点到点”的通信方式时，通常叫做“多路复用”例如微波通信、电话数字中继（PCM一次群）当复用技术应用于“点到多点”的通信方式时，通常叫做“多址接入”。（多个用户共用一个信道，区分用户）例如多个手机同时与基站进行的通信§10.2频分复用和多级调制定义：将多路信号预先调制到不同的频率位置上，再送入同一信道传输。理论基础：调制定理（也是付立叶变换的一个性质）频域特点：各路信号在频域互相隔离时域特点：各路信号在时域上相互叠加信号种类：属于频带信号接收端分离方法：带通滤波器§10.2.1频分多路复用(FDM)原理框图各路带通滤波器的通频带互不重叠低通滤波器带通滤波器信道带通滤波器低通滤波器低通滤波器带通滤波器低通滤波器带通滤波器带通滤波器低通滤波器带通滤波器低通滤波器调制器调制器调制器解调器解调器解调器FDM合成后的频谱图（单边）若n路都采用双边带§10.2.2多级调制多级调制对同一基带信号进行2次或更多次的调制复合调制属于多级调制的一种特殊情况每次调制的种类不同（如第一级调制采用调幅，第二级调制采用调频）2级调制的框图低通滤波器带通滤波器主调制器信道主解调器带通滤波器低通滤波器低通滤波器带通滤波器低通滤波器带通滤波器带通滤波器低通滤波器带通滤波器低通滤波器调制器调制器调制器解调器解调器解调器§10.3时分复用（TDM）时分复用（TDM）基本原理定义：按照一定时间次序依次循环地传输各路信号以实现多路通信的方式。基本原理：各路信号分时轮流使用同一物理信道（类比例如：不同的班级在同一教室、不同时间上课）时域上：互不重叠，相互隔离频域上：频谱重叠信号种类：一般属于数字信号接收端分离方法：“分接技术”（通过精确的时钟采样脉冲和计数器来找到需要的数据）各路输入信号分别通过各自的低通滤波器后变为带限信号，然后送至发旋转开关对输入信号进行抽样，获得每路的PAM信号。该抽样开关将各路信号依次抽样一次的时间，称为帧长，用Ts表示。表示

PAM时分复用系统原理框图抽样PAM时分复用系统波形PCM电话系统复用原理我们在第6章学过，每路PCM的采样速率是8kHz，即每1/8000秒产生8bit如果我们把n路PCM时分复用到一条物理线路上，那么每1/8000秒就要对应8n(bit)第1路第1次采样的PCM编码第2路第1次采样的PCM编码第n路第1次采样的PCM编码第1路第2次采样的PCM编码第2路第2次采样的PCM编码§10.4数字复接技术一、复接和分接的概念二、复接的实现的基本原理三、复接的方式分类四、商用PCM(属于一种同步复接)简介一、复接和分接的概念将2路或2路以上低速的数字信号，合并成1路高速数字信号的过程可以类比为“货运小汽车”向一列准时的“火车”上装货的过程本质还是一种时分复用区别：对于数字复接设备，参与处理和处理后的信号都是数字的，而时分复用设备则没有此限制。分接是复接的逆过程相当于从“火车”上卸货到“货运小汽车”二、复接的实现的基本原理码速恢复三、复接的方式分类按各路信号交织的情况分为位复接字复接帧复接复接后数码率提高，但码元宽度降低四、商用PCM(属于一种同步复接)简介1.基本特性话路数目：30抽样频率：8kHz压扩特性：A=87.6/13折线压扩律，编码位数k=8，采用逐次比较型编码器。每帧时隙数：32总数码率：8×32×8000=2048kb/s§10.5码分复用定义：发送端信号占用相同的频带，在同一时间发送，不同的是各信号被分配不同的特征码（扩频码），在接收端通过对其特征码的识别来区分不同的信号。CDM（码分复用）是基于扩频通信的一种应用。扩频通信简介扩频通信是一种宽带信息传输技术。扩频通信将发送信号扩展到一个很宽的频带上，扩频后的信号带宽远大于原始信号的带宽。在扩频通信系统中，信号频谱的扩展是通过一个独立的码序列—扩频码序列来完成的。扩频码序列与所传输的信息无关。扩频通信简介在接收端使用同样的扩频码序列进行同步相关解调（解扩），从扩频信号中恢复出窄带信号（原数据信息）。在频域：相互重叠在时域：也相互重叠设W代表系统占用带宽，B代表信息带宽，一般认为W是B的1—2倍为窄带通信，50倍以上为宽带通信，100倍以上为扩频通信。扩频通信的理论基础来源于信息论和抗干扰理论。由香农公式可知：对于给定的信道容量C可以用不同的带宽B和信噪比S/N组合传输，也就是说，当信噪比太小，不能保证通信质量时，通常采用宽带系统，即增加系统带宽

（展宽频谱），以改善通信质量。扩频通信就是将信息信号的频谱扩展100倍以上，然后进行传输，从而提高了通信系统的抗干扰能力，使之在强干扰情况下（甚至在信号被噪声淹没的情况下）仍然能保持可靠的通信。扩频系统频谱变换关系示意图扩频的种类直接序列（DS）扩频跳频通信直接序列（DS）扩频在扩频通信系统中需要采用高码率的窄脉冲序列作为扩频码。目前用的最多的是伪随机码，或称为伪噪声码（PN）。扩展频谱通信是伪随机码序列与待传信息流波形相乘或序列模二加，形成复合信号，对射频载波进行调制，然后进行传输。模2加PSK调制器信道信道PSK调制器本振本振模2加PN码产生器PN码产生器（与发端相同）直接序列(DS)扩频ftCode信道N信道2信道1所有的用户工作在相同的中心频率上。跳频通信（FH）ft用户1用户2用户3f1f2f3f4f5每个用户根据各自的伪随机（PN）序列，动态随机改变中心调制频率。§10.6多址技术多址技术的技术原理与复用完全一样只不过应用于点对多点的场合例如多个手机与同一基站进行通信时每个CDMA手机都有一个属于自己的码组不同的CDMA手机的码组两两正交由于多址技术多用于多用户接入，所以常称多址接入(Access)频分多址（FDMA）时分多址（TDMA）码分多址（CDMA）原理：与直接扩频（DS）一样。不同点：直接扩频的扩频码使用的是长的伪随机码(PN码)。码分多址的地址码使用的是正交码（例如Walsh码）正交码的特征两个码组,如果对应位相同的个数和不同的个数相同,则称为正交码组如：(这4个码组两两正交,组成一个正交”码系”)码分直扩系统码分多址（CDMA）空分多址（SDMA）多址技术种类（可以相互结合）空分多址（SDMA）时分多址（TDMA）频分多址（FDMA）码分多址（CDMA）１２３４５６tfcode第１ms１０MHz载波0011正交码组第６ms１０MHz载波0011正交