通信原理教程09章章节-多路复用跟多址技术资料课件

通信原理第九章多路复用和多址技术19.1概述多路复用目的：多路信号同时在同一信道中传输3种多路复用基本方法：频分复用（FDM）时分复用（TDM）码分复用（CDM）3种多路复用新方法：空分复用(SDW)极化复用(PDW)波分复用(WDM)multiplexing29.1概述频分复用原理f1f2fNOOOmultipleaccess39.1概述时分复用原理t1t2tNOOOfrequencydivisionmultiplexing(FDM)49.1概述码分复用原理t1t2tNOOOtimedivisionmultiplexing(TDM)59.1概述复接目的：解决来自若干条链路的多路信号的合并和区分。关键技术问题：多路TDM信号时钟的统一和定时问题。多址接入目的：多个用户共享信道、动态分配网络资源。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统计特性复用的多址技术等。codedivisionmultiplexing(CDM)69.2频分复用频分复用的合路LPF调制器BPFf1CH1信号LPF调制器BPFf2CH2LPF调制器BPFfnCHn信道spacedivisionmultiplexing(SDM)79.2频分复用频分复用的频谱构成ffffCH1CH2CHn合路Δ

BBgBspolarizationdivisionmultiplexing(PDM)89.2频分复用频分复用的分路wavedivisionmultiplexing(WDM)LPF解调器BPFCH1输出LPFBPFCH2LPFBPFCHn信道f1f2fn解调器解调器99.2频分复用12路群的多级调制multipleconnection调制器84k三路复用BPF1224调制器96k调制器108k调制器120kBPFBPFBPF6072728484969610860108124356789101112信号三路复用三路复用三路复用109.2频分复用多级调制和单级调制的比较实例：12路语音信号采用频分复用。每路信号的频率范围均为300Hz—3400Hz。单级调制

LPF1种12个，载波12种12个，调制器12种12个，BPF12种12个。共计37种48个。两级调制

LPF1种12个，一级载波3种12个，一级调制器3种12个，一级BPF3种12个，二级载波4种4个，二级调制器4种4个，二级BPF4种4个。共计22种60个。basicgroup119.2频分复用频分复用实例：国际电信联盟建议基群一基群由12路话路构成，占用48kHz带宽，位于60~108kHz之间；超群一超群由5个基群60路话路组成，占用240kHz的带宽，位于312~552kHz；主群一主群由10个超群

600路话路组成，占用2.4GHz的带宽。supergroup129.3时分复用时分复用原理将时间分为若干个互不重叠的小时段（时隙），各路信号占用各自的时隙，合路成一个复用信号。基本特点TDM在时域上各路信号是分割开的，但在频域上各路信号是混叠在一起的。这一点正好与FDM相反。TDM容易用数字电路实现，因而也容易集成。而FDM要使用调制解调器和滤波器，所以集成比较困难。mastergroup139.3时分复用时分复用实现框图LPFCH1LPFCH2LPFCHn多路选择信道多路选择LPFLPFLPFCH1CH2CHn同步timeslot149.3时分复用时分复用原理图示ttttcommutator159.3时分复用时分复用时隙分配和帧结构12n12n12TTc时隙长度帧周期frame169.3时分复用话路时分复用技术标准（国际电信联盟）准同步数字体系（PDH）E体系T体系同步数字体系（SDH）InternationalTelecommunicationsUnion(ITU)179.3时分复用准同步数字系列——E体系层次比特率（Mb/s）路数（路

64kb/s）E12.04830E28.448120E334.368480E4139.2641920E5565.1487680plesiochronousdigitalhierarchy(PDH)189.3时分复用准同步数字系列——T体系层次比特率（Mb/s）路数（路

64kb/s）T11.54424T26.31296T332.064（日本）48044.736（北美）672T497.728（日本）1440274.176（北美）4032T

5397.200（日本）5760560.160（北美）8064synchronousdigitalhierarchy(SDH)199.3时分复用E体系结构130×41234一次群2.048Mbit/s二次群8.448Mbit/s三次群34.368Mbit/s四次群139.264Mbit/s×30×4×4×4五次群565.148Mbit/s123412341234hierarchy209.3时分复用PCM一次群帧结构一帧有32个路时隙，TS0，TS1，…

，TS31。TS0用于帧同步，TS16用于话路信令。每个路时隙包含8个码元，一帧为

256个码元。每路信号的抽样频率为fs=8kHz，每帧的时间长度为Ts=125s。每16帧组成一个复帧，F0，F1，…

，F15。复帧的频率为8kHz/16=500Hz

复帧的周期为125s×16=2ms

每帧的TS16可传输两个话路的信令。每帧32个路时隙中30个用于传输话路信号，故称30/32系统。frameconfiguration219.3时分复用PCM一次群帧结构图示16帧，2.0msF0F15F14F13F12F11F10F9F8F7F6F5F4F3F2F1TS31TS30TS29TS28TS27TS26TS25TS24TS23TS22TS21TS20TS19TS18TS17TS16TS15TS14TS13TS12TS11TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS2TS1TS032路时隙，256bit，125μs×0011011×111111A1偶帧奇帧帧同步时隙信令时隙话路时隙229.3时分复用随路信令TS31TS30TS29TS28TS27TS26TS25TS24TS23TS22TS21TS20TS19TS18TS17TS16TS15TS14TS13TS12TS11TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS2TS1TS000001A211abdabcdcabdabcdc信令时隙F1F15CH1CH16CH15CH30F0同步信令信令239.3时分复用复接技术复接技术是解决来自不同链路的多路信号的合并和区分。将低次群合并成高次群的过程称为复接。将高次群分解为低次群的过程称为分接。复接技术的关键是：多路TDM信号时钟的统一和定时问题。249.3时分复用码速调整低次群合成高次群时，需要将低次群信号的时钟调整一致，再作合并。码速调整的代价 例如，一次群的速率是2.048Mb/s，4路一次群的总速率应该是8.192Mb/s，但是实际上二次群的速率是8.448Mb/s，这额外的256kb/s中就包括码速调整所需的开销。码速调整的方法 正码速调整、负码速调整、正/负码速调整等259.3时分复用正码速调整法原理复接设备对各路输入信号抽样时，抽样速率比各路码元速率略高。出现重复抽样的情况时，需减少一次抽样，或将所抽样值舍去。码元波形无误差的抽样正码速的抽样ttt269.3时分复用同步数字体系体系结构信息是以“同步传送模块STM”传送的。同步传送模块(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125µs。SDH的速率等级等级比特率(Mb/s)STM-1155.52STM-4622.08STM-162,488.32STM-649,953.28synchronoustransfermodule(STM)279.3时分复用SDH和PDH的关系将若干路PDH接入STM-1内，即在155.52Mb/s处接口。这时，PDH信号的速率都必须低于155.52Mb/s，并将速率调整到155.52上。例如，可以将63路E-1，或3路E-3，或1路E-4，接入STM-1中。overhead289.3时分复用SDH的结构：容器（C-n）：存放信息，有高阶和低阶之分。路径开销（POH）：终端站路径信息。虚容器（VC-n）：加了POH的容器。低阶高阶比特率(Mb/s)1.5442.0486.31234.46844.736139.264容器C-11C-12C-2C-3C-3C-4虚容器VC-11VC-12VC-2VC-3VC-3VC-4container299.3时分复用SDH的结构：支路单元（TU-n）：也是一种信息结构，它为低阶路径层和高阶路径层之间进行适配。支路单元指针（TUprt）：指向支路单元。支路单元群（TUG）：由若干个支路单元组成。管理单元（AU-n）：是一种信息结构，起信息管理作用。管理单元指针（GUprt）：指向管理单元。管理单元群（GUP）：由若干个管理单元组成。段开销（SOH）：有关段的信息。virtualcontainer309.3时分复用SDH的体系结构STM-NAUGNAU-4AU-3VC-4VC-331TUG-3TU-31VC-3C-3C-4C-2C-11C-12VC-11VC-12VC-2TU-11TU-12TU-2TUG-234773指针处理复用定位调整映射pathoverhead(POH)319.3时分复用SDH的帧结构管理单元指针段开销（SOH）段开销（SOH）STM-N

有效负荷134599N261N9行270N列（bytes）329.3时分复用SDH的体系结构STM-1是SDH最基本、最重要的结构；STM-N按同步复用、字节间插形成；STM-1的帧容量为2709=2430byte；STM-1的帧容量为2430

8=19440bit；STM-1的帧速率为8000帧/s；STM-1的比特速率为155.520Mbit/s；STM-N的比特速率为155.520

N

Mbit/s。339.4码分复用（CDM）码组的互相关函数设x和y两个等长码组，

x=(x1,x2,,xi,,xN)

y=(y1,y2,,yi,,yN)式中，xi,yi(1,1),i=1,2,,N。

它们的互相关函数定义为两个码组正交的充分和必要条件为

(x,y)

=

0349.4码分复用（CDM）正交码组实例

s1=(+1,+1,+1,+1)

s2=(+1,+1,1,1)

s3=(+1,1,1,+1)

s4=(+1,1,+1,1)ts111ts211ts311ts411359.4码分复用（CDM）用“0”和“1”表示的互相关函数

“0”表示“+1”

“1”表示“1”

互相关系数定义式 式中，A为

x和y中对应码元相同的个数；

D为x和y中对应码元不同的个数。369.4码分复用（CDM）用“1”和“0”表示二进制码元的实例特点“1”和“1”表示“0”和“1”表示s1=(1,1,1,1)s2=(1,1,1,1)s3=(1,1,1,1)s4=(1,1,1,1)s1=(0,0,0,0)s2=(0,0,1,1)s3=(0,1,1,0)s4=(0,1,0,1)1111111101001110379.4码分复用（CDM）码组的自相关函数

式中，x的下标i+j应按模N运算，即xN+i

xi

。自相关函数实例设x=(x1,x2,x3,x4)=(1,1,1,1)

则其自相关系数为x(0)

=

1x(1)

=

0x(2)

=

1x(3)

=

0389.4码分复用（CDM）用“0”和“1”表示的自相关函数“0”表示“+1”

“1”表示“1”

自相关系数定义式 式中，A为

x和y中对应码元相同的个数；

D为x和y中对应码元不同的个数。互相关函数和自相关函数的取值范围1

1,399.4码分复用（CDM）有关码组正交的几个定义当=0时，码组为正交编码当

0时，码组为准正交编码当

<0时，码组为超正交编码超正交编码若一码组中的任意两个码组均超正交，则称这种编码为超正交编码。例：

s1=(0,1,1)

s2=(1,1,0)

s3=(1,0,1)409.4码分复用（CDM）双正交编码正交编码和其反码还可以构成双正交码。例

(0,0,0,0)

(1,1,1,1)

(0,0,1,1)

(1,1,0,0)

(0,1,1,0)

(1,0,0,1)

(0,1,0,1)

(1,0,1,0)419.4码分复用（CDM）四路码分复用原理方框图s1m1s2m2s3m3s4m4s1m1积分s2m2s3m3s4m4积分积分积分429.4码分复用（CDM）四路码分复用波形图tttttttttttttttttttttＴＴＴＴＴＴmi(t)si(t)mi(t)

si(t)

misi(

misi)siT(

misi)sidt439.4码分复用（CDM）正交码——阿达玛（Hadamard）矩阵2阶阿达玛矩阵2阶阿达玛矩阵简洁表示阶数为2的整幂的阿达玛矩阵的递推公式449.4码分复用（CDM）正交码——阿达玛（Hadamard）矩阵4阶阿达玛矩阵459.4码分复用（CDM）正交码——阿达玛（Hadamard）矩阵8阶阿达玛矩阵469.4码分复用（CDM）阿达玛（Hadamard）矩阵的性质正规阿达玛矩阵：H

矩阵对称，且其第一行和第一列中的元素全为“+”。若交换正规H

矩阵的任意两行或两列，或者改变任一行（或列）中的全部元素的符号，此矩阵仍为H矩阵，但不一定正规。高于2阶的H矩阵的阶数一定是4的倍数。479.4码分复用（CDM）正交码——沃尔什（Walsh）矩阵489.4码分复用（CDM）伪随机码具有类似白噪声的随机特性但是又能重复产生。具有良好的相关特性，可以用于码分复用、多址接入、测距、密码、扩展频谱通信和分离多径信号等许多用途。伪随机序列有多种，其中以m序列最为重要。m序列m序列是一种由线性反馈移位寄存器产生的周期最长的序列。499.4码分复用（CDM）4级m序列发生器初始状态周期＝24–1=15a3a2a1a0a3a2a1a01111010110010000111101011001000011110101100100001111010110011000run-length注：不能出现全0态509.4码分复用（CDM）n级m序列发生器递推方程特征方程ak1ak2akn1akncn=1c0=1c2cn1c1519.4码分复用（CDM）本原多项式使一个线性反馈移位寄存器产生最长周期序列的充分必要条件是其特征方程f(x)为本原多项式。本原多项式满足以下三个条件：多项式是既约的，即不能分解因子；设m=2n1，多项式是xm+1的因子；多项式不是xq+1，q<m

的因子。例：a3a2a1a0529.4码分复用（CDM）常用本原多项式n本原多项式n本原多项式n本原多项式2x2

+

x

+

110x10+x3+118x18+x7+13x3

+

x

+

111x11+x2+119x19+x5+x2+x+14x4

+

x

+

112x12+x6+x4+x+120x20+x3+15x5

+

x2

+

113x13+x4+x3+x+121x21+x2+16x6

+

x

+

114x14+x10+x6+x+122x22+x+17x7

+

x3

+

115x15+x+123x23+x5+18x8+x4+x3+x2+116x16+x12+x3+x+124x24+x7+x2+x+19x9

+

x4

+