通信工程 - 多路复用与差错控制

1第5章多路复用与差错控制

复用的基本思想当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时，多个信息源可共享一个公共信道。把公共信道划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据，称为多路复用。一、多路复用技术1、概述DEMUX复用器解复用器共享信道MUX信源信宿一、多路复用技术多路复用技术是将多个信源的彼此无关的信号，组合在一条传输信道上进行传送的技术。多路复用的目的是充分利用昂贵的通信线路，尽可能地容纳较多的用户传输较多的信息。常用的多路复用技术有：

1.频分多路复用(FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）

2.时分多路复用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）

3.波分多路复用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）4.和码分多址（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）定义当传输信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽足够多的情况下，可将该传输信道的总带宽划分成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子频带，将多路原始信号的频谱移到传输信道频谱的不同频段上，以实现频谱上的不重叠，从而达到共用一个信道的目的。

2、频分多路复用FDM一、多路复用技术ft频带1频带2频带3频带4频带5在频分复用中，传输信道的频带被分成若干个相互不重叠的频段，每个频段构成一个子信道，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。按频域分割信道一、多路复用技术用途主要用于模拟信道的复用。

举例：三路音频模拟信号复用一个带宽为12KHz的物理信道一、多路复用技术3003400一、多路复用技术频分多路复用使信道在同一时刻能同时独立传送多路信号，每路信号占用不同的频带；在线路上传输的是各路信号经过调制后的叠加在一起的复合信号。频分多路复用技术适用于宽带网络。要求传输介质的可用带宽超过各路信源所需带宽的总和：B＞∑fi优点：原理简单、技术成熟、系统效率高、信道的频带利用率高。缺点：要求信道的非线性失真小。

3、时分复用TDM定义如果传输信道可支持的位传输速率超过单个原始信号要求的数据传输速率，就可以将信道传输时间划分成工作周期T（时间片），再将每个周期划分成若干时隙，轮流分配给n个信源来使用公共线路，这样就可以在一条传输信道上传输多个数字信号。

一、多路复用技术一、多路复用技术时分复用（TimedivisionMultiplexing-TDM）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信号的一种方法。时分复用把信道用于传输的时间划分为许多时间片（TS:TimeSlot），各路信号依次轮流占用一个时间片进行传输。时分复用器时分复用器S1S1S2S3S3S2S1S3S2S1t1t3t2t1t3t2t1按时域分割信道一、多路复用技术时分多路复用技术的特点：当传输信道可支持的位传输速率足够快时，可以将信道的传输时间划分成若干时隙，并将各时隙轮流地分配给各路信号，使若干路信号合用单一的传输媒体，时间域上互不重叠。时分多路复用技术要求传输介质支持的最大数据传输速率超过各路信源所要求的数据传输速率的总和。任一瞬间只有一路信号占用线路，但每个信号都占用整个频带。多路信号分时地在信道内传送。时分多路复用技术既可用于基带局域网，也可用于宽带网络。一、多路复用技术TDM与FDM的比较：1.关于复用原理在FDM系统中，各信号在频域上是分开的，而在时域上是混叠在一起的；在TDM系统中，各信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。一、多路复用技术TDM与FDM的比较：2.关于设备复杂性就复用部分而言，FDM设备相对简单，TDM设备较为复杂；就分路部分而言，TDM的滤波器比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠，而且TDM中的所有滤波器都是相同的滤波器。

FDM中要用到不同的载波和不同的带通滤波器，因而滤波设备相对复杂。总的比较，TDM的设备要简单些。一、多路复用技术TDM与FDM的比较：3.关于信号间干扰在FDM系统中，信道的非线性会在系统中产生交调失真和高次谐波，引起话间串扰，因此，FDM对线性的要求比单路通信时要严格得多。在TDM系统中，多路信号在时间上是分开的，因此,对线性的要求与单路通信时的一样，对信道的非线性失真要求可降低，系统中各路间串话比FDM的要小。一、多路复用技术同步时分多路复用：

分配给每个数据源的时间片是固定的，各个数据源的时间片不可互相转让。异步时分多路复用：

允许动态地分配时间片，各个数据源的时间片空闲时可以转让。也称为统计时分多路复用。时分多路复用技术的分类同步时分多路复用（STDM）原理把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。在通信网络中应用极为广泛。优点控制简单，实现容易缺点容易造成信道浪费一、多路复用技术异步时分多路复用（ATDM）原理在异步时分复用中，时隙序号与信道号之间不再存在固定的对应关系。为此，各个信道发出的数据都需要附带双方地址，由通信线路两端的多路复用设备来识别地址。优点提高了传输介质的利用率一、多路复用技术原理整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。在这种方法中，两根光纤连到一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，这样两束光通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再将两束光用光栅分解开来。

4、波分复用——光的频分复用一、多路复用技术一、多路复用技术F2F1F3光谱F1F2F3共享光纤的光谱

光纤2光纤3光纤1共享光纤

棱柱/衍射光栅4、波分复用——光的频分复用原理5、码分复用CDM每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码。不同用户发送的信号在接收端被叠加，然后接收者用同样的地址码序列解码。只有与自己地址码相关的信号才能被检出，由此恢复出原始数据。CDM在无线移动通信中应用广泛。中国电信CDMA；中国联通WCDMA；一、多路复用技术频分复用FDM6、各类复用方法的应用按频率划分不同的信道，如CATV系统按波长划分不同的信道，用于光纤传输波分复用WDM时分复用TDM码分复用CDM按时间划分不同的信道，目前应用最广泛按地址码划分不同的信道，非常有发展前途一、多路复用技术把通过传输信道接收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为“传输差错”，简称为“差错”。判断数据经传输后是否有错的手段和方法称为差错检测。差错控制：在数据传输过程中，发现、检测差错并进行纠正。什么是差错二、差错控制技术1、差错控制的概念

指接收码元中错误码元数占接收总码元数的比例。

2、误码率二、差错控制技术

特点：时刻存在、幅度较小、强度与频率无关，但频谱很宽，是随机类噪声。称为“随机差错”。热噪声差错3、差错的分类与出现的可能原因冲击噪声差错

特点:

冲击噪声幅度大、持续时间短等，是产生差错的主要原因称为“突发差错”。二、差错控制技术在发送的数据中增加一些用于检查差错的附加位,这些附加位被称为检错码。接收方根据收到的检错码检测到差错时，发出“否定应答”，通知对方进行重发。特点：通过“重传机制”达到纠正差错的目的，易实现，编码和解码的速度较快。

常用的检错码有：奇偶校验码和循环冗余码等。4、两种差错控制技术检错二、差错控制技术纠错码是指在发送每一组信息时发送足够的附加位，接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下发现错误，并自动地纠正错误。译码器设备较复杂，为了纠正差错，附加的冗余码较多，会降低传输效率。常见纠错编码：海明纠错码、正反纠错码等。适用场合：没有反向信道，线路传输时间长，要求重发不经济的场合。纠错二、差错控制技术奇校验是在二进制序列中“1”的个数为奇数，则校验位为0；若“1”的个数为偶数，则校验位为1。偶校验是在二进制序列中“1”的个数为偶数，则校验位为0；若“1”的个数为奇数，则校验位为1。5、常用差错检验编码奇偶校验规则二、差错控制技术水平奇偶校验：又称横向奇偶校验，若字符序列相应位中“1”的个数为奇数，则奇校验的校验码字位0，偶校验的校验码为1。垂直奇偶校验：又称纵向向奇偶校验，若单个字符的各个位中“1”的个数为奇数，则奇校验的校验码字位0，偶校验的校验码为1。水平垂直奇偶校验：又称横纵奇偶校验或方块奇偶校验，既做水平校验也做垂直校验，检错能力可以明显提高。分类二、差错控制技术

位\数字NETWORK水平奇校验水平偶校验C11111111C20000000C30011010C41000101C51111100C61001111C7

0101101垂直奇校验垂直偶校验

奇偶校验举例二、差错控制技术循环冗余校验（CRC）

差错检测原理：

收发双方约定一个生成多项式G(x)，发送方根据发送的数据和G(x)计算出CRC校验和并把它加在数据的末尾形成新的二进制序列一起发送。接收方则用接收到的数据除以G(x)，若有余数不为零，则传输有错。二、差错控制技术6、差错控制的基本方法前向纠错反馈检验又称检错重发，它是利用编码的方法在数据接收端检测差错，当检测出差错后，设法通知数据发送端重新发送数据，直到无差错为止。自动请求重传原理二、差错控制技术发送端在发送完一个数据帧后，要等待接收端返回应答信息。当应答为确认信息(ACK)时，发送端才继续发送下一个数据帧；当应答为不