第6章 信道复用及多址技术.ppt

1、第6章 信道复用及多址技术,6.1 概述 6.2 频分多路复用（FDM） 6.3 时分多路复用（TDM） 6.4 多址技术简介,通常，在通信系统中，信道带宽远大于传输单路信号所需的带宽，为了降低成本,充分利用信道资源，常采用多路复用技术。所谓复用，就是一种把若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的过程。当然，通信过程中须使各路信号互不影响。 目前，常用的复用方式有频分多路复用（FDM）和时分多路复用（TDM）两种。其中，频分复用是把各路信息分别调制到不同频率上（最常用的是单边带调制），使之占有不同频带，再合起来在线路上传输，在接收端可用滤波器分离出各路信号。例如，载波电话系

2、统采用单边带/频分多路复用/调频方式（即SSB/FDM/FM）。,6.1 概述,下一页,返回,具体来说，它首先将多路模拟信号分别经单边带调制（SSB）产生12路基群信号，然后由5个基群构成一个60话路的超群，以此为基础来实现更多路的话路复用群信号（即FDM），再将FDM信号对载波进行调频，这就得到了SSB/FDM/FM信号。时分复用则是把各路信息以数字形式表示且占用不同时隙，混合后在线路上传输，在接收端可用门电路把各路分开。例如，模拟电话信号首先经抽样量化和编码变为PCM信号，按时分多路复用方式组成24路或30路基群信号，如果要求更多路通信，可按复接办法组成二次群、三次群和四次群。为了在信道中

3、传输，还要进行载波调制。 在有线交换网中，多用户点间的相互通信是采用交换技术来解决的，而早期的无线通信则以点对点通信为主。,6.1 概述,下一页,返回,上一页,随着卫星通信系统、移动通信系统和计算机通信网等新的通信系统的发展，通信台、站的位置分布面可能很广，甚至分布在立体空间，并且它们的位置还可能在大范围内随时移动。因此，需要采用多路复用方式实现任意点、任意时间与任意对象的信息交换，这就是多址联接方式。所谓多址联接方式，是指把处于不同地点的多个用户接入一个公共传输媒质实现各用户之间通信的方式。多址联接方式被广泛应用于无线通信系统，如卫星通信系统和移动通信系统中。目前已实用的多址技术主要有频分多

4、址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）。就我们所熟知的移动通信系统而言，第一代模拟移动通信系统（1G）采用了FDMA技术，,6.1 概述,下一页,返回,上一页,第二代数字移动通信系统（2G）采用了TDMA /FDMA复合多址技术（中国移动的GSM系统）和CDMA技术（中国联通的CDMA系统），对于第三代移动通信系统，宽带码分多址技术是其技术标准之一。 虽然多址联接方式与多路复用是两个不同的概念，但也有相似之处，因为两者都是研究和解决信道复用的问题。它们在通信过程中都包括多个信号的复合（或混合）、复合信号在信道上的传输以及信号的分离（或分割）三个过程。不过，多路复用是指多个信

5、号在基带上进行复合和分离，信号直接来自话路。所以，区分信号和区分话路是一致的，用户是固定接入的，网络资源是预先分配给各用户共享的。而多址联接则是指多个地球站发射的信号通过卫星在射频信道的复用问题，信号来自不同的站址。,6.1 概述,下一页,返回,上一页,因此，区分信号与区分地址是一致的，多址接入时网络资源是动态分配的，即多址接入必须按照用户对网络资源的要求，随时动态地改变网络资源的分配。应该指出，当一个站只发射一个射频载波（或一个射频分帧）时，多址的概念是清楚的。但是，如果一个站发射几个射频载波（或几个射频分帧），而关心的是区分不同的射频载波或分帧，区分信号和区分地址就不完全一致了。因此，多址

6、联接有时也叫多元联接。,6.1 概述,返回,上一页,频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，简称FDM），是指以不同频率传送各路信号，以实现多路通信。具体而言，这种方法是将信道的带宽分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段传输，接收端可以采用适当的带通滤波器分开多路信号，从而恢复出所需要的信号。FDM常用于模拟传输的宽带网络中，无线电广播和电视广播就是我们最熟悉的频分复用的例子。 图6-2为FDM系统原理框图。为方便起见，假设n路相似的消息信号进行复用，且各路信号的最高角频率 相等。图中，输入信号先通过低通滤波器（LPF），以消除其中的高频成分

7、，使之变为带限信号。然后，将滤波器输出的各路信号分别对不同频率的载波（副载波）进行线性调制。,6.2 频分多路复用（FDM）,下一页,返回,调制方式可以任意选择，但最常用的是单边带（SSB）调制，因为它最节省带宽。 不过，在选择载频时，应考虑到边带频谱的宽度。同时，为了防止邻路信号间的相互干扰，还应留有一定的保护频带，即 其中， 与 分别为第i+1路与i路的载频的频率，fm为每一路的最高频率，fg为邻路间保护频带。 显然，邻路间隔防护频带fg越大，对边带滤波器的技术要求越低。但这时占用的总频带要加宽，这对提高信道复用率不利。因此，实际中应尽量提高边带滤波技术，以fg使尽量缩小。,6.2 频分多

8、路复用（FDM）,下一页,返回,上一页,目前，按CCITT标准，防护频带间隔应为900Hz，这样，可以使邻路干扰电平低于-40dB以下。 经过调制的各路信号，在频率位置上就被分开了。因此，可以通过相加器将它们合并成适合信道内传输的复用信号，其频谱结构如图6-3所示。图中，各路信号具有相同的fm，但它们的频谱结构可能不同。n路单边带信号的总频带宽度最小应等于 式中， ，它是一路信号占用的带宽。 在频分复用系统的接收端，首先用带通滤波器（BPF）将各种信号分别提取，然后解调，再经低通滤波后输出，就得到了各路的原始信号。,6.2 频分多路复用（FDM）,下一页,返回,上一页,复用路数的多少主要取决于

9、允许带宽和费用。频分复用系统的最大优点是信道利用率高，容许复用的路数多，分路也很方便。因此，它是目前模拟通信中最主要的一种复用方式。特别是在有线和微波通信系统中获得广泛应用。但同时频分多路复用又存在一些问题，主要表现在各路信号之间的相互干扰，即串扰。例如，多路信号通过公用的放大器时，由于非线性失真会引起各路信号频谱交叉重叠，这样就带来了串扰，在传输话音信号时产生可通串话。引起串扰的主要原因是滤波器特性不够理想和信道中的非线性特性造成的已调信号频谱的展宽。调制非线性所造成的串扰可以部分地由发送带通滤波器消除，但信道传输中非线性所造成的串扰则无法消除。因而在频分多路复用系统中对系统线性的要求很高。

10、,6.2 频分多路复用（FDM）,下一页,返回,上一页,合理选择载波频率，并在各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔，也是减小串扰的有效措施。 除了复用路数多之外，频分复用还可以节省功率。实验表明，n路语音信号进行复用时，所需功率不是单个消息所需功率的n倍，而是 倍。 其实，除单独采用前面讨论的各种幅度调制和频率调制外，在模拟调制系统中，还会遇到复级调制和多级调制。所谓复级调制，就是对同一载波进行两种或更多种调制。例如，对一个频率调制波再进行一次振幅调制，所得结果就变成了调频调幅波。这里的调制信号（例如基带信号）可以不止一个。所谓多级调制，通常是将同一基带信号实施两次或更多次调制的过程。,6.

11、2 频分多路复用（FDM）,下一页,返回,上一页,这里的调制方式可以相同，也可以不同。 当复用路数n很大时，利用多级调制产生复用信号比较合适，这样可以节省部件。因而，实际的FDM系统通常都采用多级调制，如图6-4所示。 第一次复用是将12路话音输入合为一个基群，其中第n路所用载频，f0n=112-4n、n=1、2、12。用各个带通滤波器选择各个下边带，形成由12个下边带组成的基群，因此基群占据频率范围为60kHz到108kHz。第二次调制是将5个基群合并成一个超群。调制时所用载频为f0m=372+48mkHz，其中m=1、2、5。同样选用下边带，经滤波后合并为一个超群，所占频率范围为312kH

12、z到552kHz。因此，一个超群包括60个独立的话音输入。,6.2 频分多路复用（FDM）,下一页,返回,上一页,用类似方式可将几个超群合并为一个主群，几个主群又可合并为一个巨群。在这个实际系统中，对每一路来说，第一次用SSB调制方式，第二次同样是用SSB调制方式，可简记为SSB/SSB。除此之外，还有SSB/FM，FM/FM等。例如微波频分复用线路，复用信号必须去调制一个比副载波高得多的主载波再送入信道传输。这里主载波调制器同样可以是任意调制方式，但通常是用调频（FM），即SSB/FM。,6.2 频分多路复用（FDM）,返回,上一页,6.3.1 时分复用原理 由第五章的抽样理论可知，抽样定理

13、使连续的基带信号变成时间上离散的抽样脉冲，其在信道上只占用有限的时间，这样抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这种空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就有可能在一条信道同时传送若干个基带信号。与频分复用相对应，频分复用时占有不同频带的多路信号合在一起在同一信道中传输，各路频带间要有防护频带；时分复用（Time Division Multiplexing，简称TDM）则是占有不同时隙的多路信号合在一起在同一信道中传输，各路时隙间要有防护时隙。 下面以PAM为例说明TDM的原理。这些原理对于其它脉冲调制，如PDM、PPM、PCM等同样适用。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,假设有N路

14、PAM信号进行时分多路复用，实现方法之一如图6-5（a）所示。首先各路信号通过相应的LPF使之变为带限信号，然后加到快速电子旋转开关（称分配器）k1。k1开关不断重复地作匀速旋转，每旋转一周的时间等于一个抽样周期Ts，即每Ts将各路信号依次抽样一次，这样N个样值按先后顺序错开纳入抽样间隔Ts之内。由此可见，发端分配器不仅起到抽样的作用，同时还起到复用合路的作用。合成多路PAM信号是N路抽样信号的总和，如图6-5（d）所示。在一个抽样周期Ts内，由各路信号的一个抽样值所组成的一组脉冲叫做一帧，对于每一路信号，一帧所占的时间称为一个路时隙，用T1表示。为了防止邻路抽样脉冲相互重叠或连在一起，要求在

15、相邻脉冲间有一定的防护时隙g，所以每路占有时间为,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,其中，是抽样脉冲宽度。合路后的抽样信号送到 PCM编码器进行量化和编码，然后将数字信码送往信道。在接收端，将这些从发送端送来的各路信码依次解码，还原后的PAM信号，由收端分配器旋转开关k2依次接通每一路信号，再经低通平滑，恢复出原来的连续信号。由此可见，收端的分配器起到时分复用的分路作用，所以收端分配器又叫分路门。 传输时分复用PAM信号时，理论上需要无限带宽。但是在PAM中，我们关心的是PAM信号所携带的信息，而不是PAM脉冲形状。由于PAM信号的信息携带在幅度上，因此只要幅度信息没有损失

16、，脉冲形状的失真就无关紧要了。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,然而根据抽样定理，一个频带限制在fm的信号，只含有2fm个独立的信息抽样值。这时用带宽 的理想低通滤波器就可以恢复原始信号。这样，N个频带都是fm的复用信号，它们的独立抽样值为2Nfm。如果将信道表示为一个理想的LPF，为了防止组合波形丢失信息，传输带宽必须满足 可见，这个带宽数值与频分复用SSB所需带宽完全相同。在实际中，带宽必须适当放宽，至于放宽多少，是工程上要考虑的问题。它主要由允许的路际串音程度决定。路际串音指邻路信号串到所需时隙中造成的串音干扰。 在PDM和PPM中，信息包含在脉冲的宽度或时间位置的

17、变化上，它们都要求脉冲有合理的形状。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,而式取等号时不能保持所要求的脉冲形状，因此为了辨认脉冲波形还必须有附加的频带，即带宽要做相应增加。 综上所述，把时分复用和频分复用加以比较可以看出，频分复用是把各路信号的频谱安排在互不重叠的频率区间，因此，虽然各路信号在时间域里是重叠的，但在频率域中占据不同的频带。而时分复用则相反，它的复用信号在时间上互不重叠，而在频域里占用公共的频带，因此频谱上是重叠的。 在时分多路复用中，如果各路消息在每帧中所占时隙的位置是预先指定的，并且固定不变，则称做同步时分多路复用（STDM）。这种方式中，不传输消息的时隙出

18、现空闲。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,在数据通信中，为了提高信道利用率，还经常采用另一种时分多路方式，称做统计时分多路复用（ATDM），也叫异步时分多路复用或智能时分多路复用。统计时分多路复用是通过动态地分配时隙来进行数据传输的，这时，数据源通过地址码识别。 6.3.2 PCM基群帧结构 在前面讨论时分复用原理时曾指出，TDM将时间分割成若干路时隙，每一路信号分配一个时隙，帧同步码和其它业务信号、信令码再分配一个或两个时隙。这种按时隙分配的重复性比特即为帧结构，对帧的研究是时分复用系统研究的重点，相当于对频分复用系统中频道的研究。采用TDM的数字通信系统，在国际上已建

19、立起标准，,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,原则上是先把一定路数的电话复合成一个标准数据流称为基群，基群数据流的构造结构称为基群帧。目前，国际电信联盟（ITU-I）推荐了两种标准化基群复接系统，即PCM30/32路系统（属于2048kb/s速率系列）和PCM24路（属于1554kb/s速率系列）系统。这里重点介绍PCM30/32路系统。 该系统使用32个时隙构成一帧，其中，话音信号只占用30个时隙，而帧同步码及每个话路的信令码等非语音信息占用两个时隙，因此这种帧结构的基群被称为PCM30/32路系统。欧洲和我国采用的是PCM30/32制式。,6.3 时分多路复用（TDM）

20、,下一页,返回,上一页,6.3.3 准同步数字体系（PDH） 所谓数字复接，就是指把若干个低速数字信号合并成一个高速率数字信号进行传输的技术。它是提高线路利用率的一种有效方法，也是实现现代数字通信网的基础。例如对30路电话进行PCM复用（采用8位编码）后，通信系统的信息传输速率为80008322048 kb/s，即形成速率2048kb/s的数字流（比特流）。现在要对 120 路电话进行时分复用，即把4个这样的2048kb/s的数字流合成为一个高速数字流，就必须采用数字复接技术才能完成。 数字复接系统由数字复接器和数字分接器组成，如图6-7所示。图中，数字复接器是把两个或两个以上的低速信号（低次

21、群）,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,按时分复用方式合并成一个高速数字信号（高次群）的设备，由定时、码速调整和复接单元等组成。其中，定时单元给设备提供一个统一的基准时钟；码速调整单元是把速率不同的各支路信号调整成与复接设备定时完全同步的数字信号，以便由复接单元把各个支路信号复接成一个数字流，不过复接时还需要插入帧同步信号，以便接收端正确接收各支路信号。数字分接器的功能则是把一个合路信号分解成原来的低速数字信号，其设备由同步、定时和码速恢复等单元组成。此时，分接设备的定时单元是从接收信号中提取时钟，并分送给各支路进行分接使用的。 由图可知，被复接的各支路数字信号彼此之间必须

22、同步，并与复接器的定时信号同步方可复接。具体而言，复接方式可分为以下三种方式：,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,（1）同步复接，此时参与复接的各输入支路信号与本机定时信号同步。例如，当各输入支路信号与复接定时出于同一频率源时就属于这种情况。 （2）异步复接，此时参与复接的各输入支路信号与本机定时信号异步。这里，各支路信号时钟不是出于同一频率源，也无统一的标称频率。 （3）准同步复接（亦称异源复接），此时参与复接的各输入支路信号的生效瞬间相对于本机对应的定时信号是以同一标称频率出现且速率的任何变化都限制在规定的容差范围内。 数字复接必须按照一定的标准进行。目前，在数字传输系

23、统中，主要有两种数字传输系列，,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,即准同步数字体系（PDH）和同步数字体系（SDH）两种，下面先来介绍准同步数字体系，同步数字体系将在下一小节中介绍。 准同步数字体系（Plesiochronous Digital Hierarchy，简称PDH），是在数字通信网的每个节点上都分别设置高精度的时钟，这些时钟信号都具有统一的标准速率。不过，尽管每个时钟信号的精度都很高，但总还是有一些微小的差别。为了保证通信的质量，要求这些时钟的差别不能超过规定的范围。因此，这种同步方式严格来说不是真正的同步，所以叫做“准同步”。 在数字通信发展的初期，为了适应点

24、到点通信的需要，大量的数字传输系统都是准同步数字体系（PDH）。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,PDH的复用是逐级进行的，因为被复接的支路信号可能来自不同方向，各支路信号的码率和到达时间不可能完全相同。因此在复接前，各支路的码率应相等，且划分比特流段落的群同步码应对齐，即频率和群同步码都要同步，为此，PDH采用了码速调整技术。码速调整技术可分为正码速调整、正/负码速调整和正/零/负码速调整。其中，正码速调整法使用最广。 图6-8为正码速调整准同步复接系统原理图。图中，每个参与复接的码流先经过一个单独的码速调整装置，把准同步码流变成同步码流，然后再各自经过码速恢复装置恢复

25、成原来的准同步支路码流。设输入准同步支路时钟频率为f1，输出的同步复接支路时钟频率为fm。如果fm大于f1 ，则称正码速调整，,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,它可利用比特塞入法实现。此时，复接器的输出速率要稍微高于输入最大预期速率之和。在进行正码速调整时，为使分接器能够识别某支路是否被调整，还必须同时传输通知是否进行码速调整的信息，通常取三位以上的调整控制位表示。 而今，随着技术的进步和社会对信息的需求，数字系统传输容量不断提高，网络管理和控制的要求日益重要，宽带综合业务数字网和计算机网络迅速发展，迫切需要建立在世界范围内统一的通信网络。在这种形势下，现有PDH的许多缺

26、点也逐渐暴露出来，主要有：（1） 北美、西欧和亚洲所采用的三种数字系列互不兼容，没有世界统一的标准光接口，使得国际电信网的建立及网络的营运、管理和维护变得十分复杂和困难。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,（2）各种复用系列都有其相应的帧结构，没有足够的开销比特，使网络设计缺乏灵活性，不能适应电信网络不断扩大、 技术不断更新的要求。（3）由于低速率信号插入到高速率信号，或从高速率信号分出，都必须逐级进行，不能直接分插，因而复接/分接设备结构复杂，上下话路价格昂贵。 由于PDH存在以上一些固有的缺点，已越来越不适应电信网的发展，因此逐渐被SDH所替代。 6.3.4 同步数字系

27、列（SDH） 1SDH的产生 数字通信技术的应用是从市话中继传输开始的，为了适应点对点的应用而选择了准同步复用方式PDH。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,随着通信的发展，要求传送的信息不仅是话音，还有文字、数据、图像和视频等，在70至80年代，陆续出现了T1（DS1）E1载波系统（1.544/2.048Mbps）、X.25帧中继、ISDN（综合业务数字网）和FDDI（光纤分布式数据接口）等多种网络技术，而上述网络技术由于其业务的单调性，扩展的复杂性，带宽的局限性，仅在原有框架内修改或完善已无济于事。目前，光纤通信技术的进展极为迅速，其传输容量越来越大，但就其潜力而言也仅

28、仅是开发了很小的一部分，因此，带宽的节省不再是选择速率的主要依据，重要的是网络运用的灵活性、可靠性、维护管理的方便性以及对未来发展的适应性。基于这一想法并针对PDH的缺点，美国Bellcore公司在1985年提出了同步光纤网SONET（Synchronous Optical NETwork）的设想，,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,在此基础上，ITU-T于1988年将SONET修改为国际通用的技术体制SDH。 在各种宽带光纤接入网技术中，采用了SDH技术的接入网系统是应用最普遍的。SDH的诞生解决了由于入户媒质的带宽限制而跟不上骨干网和用户业务需求的发展，而产生的用户与核

29、心网之间的接入“瓶颈”问题，同时提高了传输网上大量带宽的利用率。SDH技术自从90年代引入以来，至今已经是一种成熟、标准的技术，在骨干网中被广泛采用，且价格越来越低，在接入网中应用可以将SDH技术在核心网中的巨大带宽优势和技术优势带入接入网领域，充分利用SDH同步复用、标准化的光接口、强大的网管能力、灵活网络拓扑能力和高可靠性带来好处，在接入网的建设发展中长期受益。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,2SDH的概念 同步数字体系（Synchronous Digital Hierarchy，简称SDH）是一种将复接、线路传输及交换功能融为一体、并由统一网管系统操作的综合信息传

30、送网络，不仅适用于光纤也适用于微波和卫星传输的通用技术体制。它可实现网络有效管理、实时业务监控、动态网络维护、不同厂商设备间的互通等多项功能，能大大提高网络资源利用率、降低管理及维护费用、实现灵活可靠和高效的网络运行与维护，因此是当今世界信息领域在传输技术方面的发展和应用的热点，受到人们的广泛重视。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,3SDH的帧结构 SDH采用的信息结构等级称为同步传送模块STM-N，最基本的模块为STM-1，4个STM-1同步复用构成STM-4，16个STM-1或4个STM-4同步复用构成STM-16。 SDH采用块状的帧结构来承载信息，是实现数字同步时

31、分复用、保证网络可靠有效运行的关键，其帧结构如图6-11所示。每帧由纵向9行和横向 270N列字节组成，每个字节为8bit。 SDH的帧传输是按由左到右、由上到下的顺序排成串型码流依次传输。具体而言，首先从图中左上角的第一个字节开始，从左至右传输270个字节后，转入第二行传输另外的270个字节，这样从上至下直至完成一帧9行9270个字节的传输。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,传输一帧的时间为125s，即每秒传输1/1251000000=8000帧。对STM-1而言，每帧字节为8bit（92701）=19440bit，则STM-1的传输速率为194408000=155.5

32、20Mbit/s；而STM-4的传输速率为4155.520Mbit/s=622.080Mbit/s；STM-16的传输速率为16155.520（或4622.080）=2488.320Mbit/s。 图中，整个SDH帧大体可分为三个部分： （1）段开销（Section Over Head，简称SOH） 段开销是在SDH帧中为保证信息正常传输所必需的附加字节（每字节含64 kb/s的容量），主要用于网络运行、维护和管理，如帧定位、误码检测、公务通信、自动保护倒换以及网管信息传输。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,对于STM-1而言，SOH共使用98（第4行除外）=72 Byt

33、e相应于576 bit。由于每秒传输8000帧，所以SOH的容量为5768000=4.608 Mb/s。 根据传输通道连接模型，段开销又细分为再生段开销（Regenerator Section OverHead，简称RSOH）和复接段开销（Multiplex Section OverHead，简称MSOH）。前者占前3行，后者占59行。 （2）信息载荷（Payload） 信息载荷域是SDH帧内用于承载各种业务信息的部分。对于STM-1而言，Payload有9261=2349Byte，相应于234988000=150.336Mb/s的容量。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,

34、在Payload中包含少量字节用于通道的运行、 维护和管理，这些字节称为通道开销（POH）。 （3）管理单元指针（AU-PTR） 管理单元指针是一种指示符， 主要用于指示Payload第一个字节在帧内的准确位置（相对于指针位置的偏移量）。对于STM-1 而言，AU-PTR有9个字节（第4行），相应于988000=0.576 Mb/s。 采用指针技术是SDH的创新，结合虚容器（VC）的概念，解决了低速信号复接成高速信号时，由于小的频率误差所造成的载荷相对位置漂移的问题。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,4SDH的复用 SDH传输业务信号时，各种业务信号要进入SDH的帧都要经

35、过映射、定位和复用三个步骤。映射是将各种速率的信号先经过码速调整装入相应的标准容器（C），再加入通道开销（POH）形成虚容器（VC）的过程，帧相位发生偏差称为帧偏移；定位即是将帧偏移信息收进支路单元（TU）或管理单元（AU）的过程，它通过支路单元指针（TU-PTR）或管理单元指针（AU-PTR）的功能来实现；复用则是将多个低阶通道层信号通过码速调整使之进入高阶通道或将多个高阶通道层信号通过码速调整使之进入复用层的过程。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,5SDH的特点 SDH是一种同步的数字传输网络。所谓同步，是指其复接的方式采用同步复接，其各支路的低速信号是互相同步的。同

36、PDH相比，SDH有很多突出的优点： （1）SDH传输系统在国际上有统一的帧结构、数字传输标准速率和标准的光路接口，使网管系统互通，因此有很好的横向兼容性，它能与现有的PDH完全兼容，并容纳各种新的业务信号，形成了全球统一的数字传输体制标准，提高了网络的可靠性。 （2）SDH接入系统的不同等级的码流在帧结构净负荷区内的排列非常有规律，而净负荷与网络是同步的，它利用软件能将高速信号一次直接分插出低速支路信号，,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,实现了一次复用的特性，克服了PDH准同步复用方式对全部高速信号进行逐级分解然后再生复用的过程，由于大大简化了DXC，减少了背靠背的接口

37、复用设备，改善了网络的业务传送透明性。 （3）由于采用了较先进的分插复用器（ADM）、数字交叉连接（DXC）、网络的自愈功能和重组功能就显得非常强大，具有较强的生存率。因SDH帧结构中安排了信号的5开销比特，它的网管功能显得特别强大，并能统一形成网络管理系统，为网络的自动化、智能化、信道的利用率以及降低网络的维管费和生存能力起到了积极作用。 （4）由于SDH有多种网络拓扑结构，它所组成的网络非常灵活，它能增强网监，运行管理和自动配置功能，,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,优化了网络性能，同时也使网络运行灵活、安全、可靠，使网络的功能非常齐全和多样化。 （5）SDH有传输和

38、交换的性能，它的系列设备的构成能通过功能块的自由组合，实现了不同层次和各种拓扑结构的网络，十分灵活。 （6）SDH并不专属于某种传输介质，它可用于双绞线、同轴电缆，但SDH用于传输高数据率则需用光纤。这一特点表明，SDH既适合用作干线通道，也可作支线通道。例如，我国的国家与省级有线电视干线网就是采用SDH，而且它也便于与光纤电缆混合网(HFC)相兼容。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,（7）从OSI模型的观点来看，SDH属于其最底层的物理层，并未对其高层有严格的限制，便于在SDH上采用各种网络技术，支持ATM或IP传输。 （8）SDH是严格同步的，从而保证了整个网络稳定可

39、靠，误码少，且便于复用和调整。 （9）标准的开放型光接口可以在基本光缆段上实现横向兼容，降低了联网成本。 6SDH的应用 由于以上所述的SDH的众多特性，使其在广域网领域和专用网领域得到了巨大的发展。电信、联通、广电等运营商都已经大规模建设了基于SDH的骨干光传输网络。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,利用大容量的SDH环路承载IP业务、ATM业务或直接以租用电路的方式出租给企、事业单位。而一些大型的专用网络也采用了SDH技术，架设系统内部的SDH光环路，以承载各种业务。比如电力系统，就利用SDH环路承载内部的数据、远控、视频、语音等业务。而对于组网更加迫切、而又没有可能

40、架设专用SDH环路的单位，很多都采用了租用电信运营商电路的方式。由于SDH基于物理层的特点，单位可在租用电路上承载各种业务而不受传输的限制。承载方式有很多种，可以是利用基于TDM技术的综合复用设备实现多业务的复用，也可以利用基于IP的设备实现多业务的分组交换。SDH技术可真正实现租用电路的带宽保证，安全性方面也优于VPN等方式。在政府机关和对安全性非常注重的企业，SDH租用线路得到了广泛的应用。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,一般来说，SDH可提供E1、E3、STM-1或STM-4等接口，完全可以满足各种带宽要求。同时在价格方面，也已经为大部分单位所接受。 7SDH的发

41、展趋势 SDH作为新一代理想的传输体系，具有路由自动选择能力，上下电路方便，维护、控制、管理功能强，标准统一，便于传输更高速率的业务等优点，能很好地适应通信网飞速发展的需要。迄今，SDH得到了空前的应用与发展。在标准化方面，已建立和即将建立的一系列建议已基本上覆盖了SDH的方方面面。在干线网和长途网、中继网、接入网中，它开始广泛应用，且在光纤通信、微波通信、卫星通信中也积极地开展研究与应用。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,近些年，点播电视、多媒体业务和其他宽带业务如雨后春笋般纷纷出现，为SDH应用在接入网中提供了广阔的空间。 SDH技术应用于接入网的好处是： （1）对于

42、要求高可靠、高质量业务的大型企事业用户，SDH可以提供较为理想的网络性能和业务可靠性。 （2）可以将网管范围扩展至用户端，简化维护工作。 （3）利用SDH固有灵活性，可使网络运营者更快、更有效地提供用户所需的长期和短期业务需求。 随着网络的发展，SDH将进一步为终端用户提供宽带服务，在迎接ATM、CATV、多媒体、因特网、全光网络带来的机会和提出的挑战中，将得到更加广泛的应用。,6.3 时分多路复用（TDM）,下一页,返回,上一页,综上所述，SDH以其明显的优越性已成为传输网发展的主流。SDH技术与一些先进技术相结合，如光波分复用（WDM）、ATM技术、Internet技术（IP over S

43、DH）等，使SDH网络的作用越来越大。SDH已被各国列入21世纪高速通信网的应用项目，是电信界公认的数字传输网的发展方向，具有远大的商用前景。,6.3 时分多路复用（TDM）,返回,上一页,多址通信起源于卫星通信，现在地面无线通信系统和数据网通信中也得到广泛应用。图6-12为卫星多址通信示意图。在卫星通信中，多址通信技术就是指通信网中每个地球站利用同一颗卫星的信道（譬如一个转发器的信道）进行多边通信。所以，多址通信实质上就是各地球站对一个转发器的复用技术。 实现多址联接技术的基础是信号的分割和识别，如图6-13所示。此时，发端要进行恰当的信号设计（如将各个载频信号在频域或时域互不干扰地排列起来

44、），使系统中各地球站发射的信号有别，而各地球站接收端具有信号识别能力，能从复合信号中取出本站所需要的信号。考虑到存在噪声和其它因素的影响，最有效的分割和识别方法是利用某些信号具有的正交性实现多址联接。,6.4 多址技术简介,下一页,返回,目前，常用的是频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址（CDMA）和空分多址（SDMA）以及它们的组合方式。 需要指出的是，和多址联接方式密切相关的还有一个信道分配问题。在信道分配技术中，“信道”一词在不同场合有不同的含义，在FDMA中，是指各地球站所占用转发器的频段；在TDMA中，是指各地球站所占用转发器的时隙；在CDMA中，是指各站使用的正交码

45、组。目前常用的分配制度有预分配制多址（Preassigned Multiple Acces，简称PMA）和按需分配制多址（Demand assignment Multiple Access，简称DAMA）两种。预分配制多址方式，是将有关两站间需要的线路，预先分配成固定的（也是相对的）专用线路，只供该两地球站间使用，,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,又可分为固定预分配多址和时间预分配多址等多种方式。按需分配制多址方式，是有关地球站需要通信时，临时分配给线路进行通信，当通信结束，此线路立即撤销。显然，按需分配制可以充分地发挥线路的利用率。按需分配多址又分为接收站可变多址、发送站可变多址

46、、全可变多址等多种方式。信道分配技术与基带复用方式、调制方式、多址联接方式互相结合，共同决定系统的通信体制。 6.4.1 频分多址（FDMA） 频分多址（Frequency Division Multiple Access，简称FDMA），是把通信系统的总频段划分成若干个等间隔的频道按要求分配给请求服务的用户，在呼叫的整个过程中，其它用户不能共享这一频段。,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,这些频道互不交叠，其宽度应能保证传输一站话音信号，且互相邻频道之间没有超出允许的串扰信号。 从图6-14中可以看出，在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱；一个频谱用作前向信道即基站向移

47、动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号；任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道（2对频谱）才能实现双工通信。它们的频谱分割如图所示。在频率轴上，前向信道占有较高的频带，反向信道占有较低的频带，中间为保护频带。在用户频道之间，设有保护频隙，以免因系统的频率漂移造成频道间的重叠。,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,频分多址（FDMA）技术比较成熟，易于与模拟系统兼容。第一代蜂窝式移动电话系统采用的就是FDMA技术。采用FDMA方式主要有如下特点： （1）每个频道只传输一路业务

48、信息，因此实质上是单路单载波传输； （2）信号连续传输，各多址信道在时间和空间重叠，频率分割； （3）多频道信号互调干扰严重； （4）频分多址就只能分裂信道已提高容量，因此频率利用率低，系统容量小；,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,（5）系统可扩展性以及对新技术的适应性差，需要改变和增加射频硬件和频率重用设计，产生一系列复杂问题。 可见，利用FDMA技术的模拟移动通信系统由于系统容量、抗干扰性和保密性无法满足日益增长的移动业务需要将被淘汰。 6.4.2 时分多址（TDMA） 时分多址（Time Division Multiple Access ，简称TDMA）是在一个宽带的无线载波

49、上，把时间分成周期性的帧，每一帧再分割成若干时隙（无论帧或时隙都是互不重叠的），每个时隙就是一个通信信道，分配给一个用户。,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,如图6-15所示，TDMA系统根据一定的时隙分配原则，使各个移动台在每帧内只能按指定的时隙向基站发射信号（突发信号），在满足定时和同步的条件下，基站可以在各时隙中接收到各移动台的信号而互不干扰。同时，基站发向各个移动台的信号都按顺序安排在预定的时隙中传输，各移动台只要在指定的时隙内接收，就能在合路的信号（TDM信号）中把发给它的信号识别出来。所以，TDMA系统发射数据是用缓存-突发法，因此对任何一个用户而言发射都是不连续的。这就

50、意味着数字数据和数据调制必须与TDMA一起使用，而不像采用模拟调频的FDMA系统。 目前，第二代数字蜂窝系统广泛采用窄带TDMA方式，如我国的GSM、美国ADC和日本PDC等。TDMA方式具有以下几个特点：,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,（1）每个频道每个时隙只传送一路业务信息，因此在每个时隙上仍是单路单载波传输； （2）移动台发送的是周期突发信号，而基站发送的是时分复用信号； （3）多个时隙公用一个载波，互调干扰小，基站只需一部收发机，设备成本低； （4）抗干扰能力强，频率利用率高，系统容量大； （5）TDMA系统的定时和网同步是关键问题； （6）TDMA系统扩展灵活性较好，时

51、分信道格式的改变可以靠软件，不需要改变频带和其它硬件设备。,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,可见，由于TDMA系统具有大的信息传输能力，易于实现按需分配，对各种业务的适应能力强，仍是目前以及未来移动通信中广泛采用的技术。 6.4.3 码分多址（CDMA）方式 码分多址（Code Division Multiple Access，简称CDMA）是利用各地球站发射不同的编码信号进行通信，从而实现多址通信。 在码分多址系统中，各站使用相同的载波频率占用相同的射频宽度，发射时间是任意的。因此，它属于随机多址系统，即各站发射的频率和时间可以互相重叠。这时，站址的划分是根据各站的码型结构上的正交性来实现的。,6.4 多址技术简介,下一页,返回,上一页,一般选择伪随机（PN）码