第7章 多路复用.ppt

1、第7章 多路复用,7.1 频分复用 7.2 时分复用和多路数字电话系统 7.3 码分复用,所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。 最常用的多路复用方式是频分复用（FDM）、时分复用（TDM）和码分复用（CDM）。,多路复用的主要目的是： 1、提高通信链路利用率； 2、提高通信能力； 3、通过共享线路分摊成本，降低通信费用。,按频段区分信号的方法叫频分复用，传统的模拟通信中都采用频分复用，按时隙区分信号的方法叫时分复用，按相互正交的码字区分信号的方法叫码分复用，随着数字通信的发展，时分复用和码分复用在通信系统中的应用越来越广泛。,7.1 频分复用,所谓频分复用是指按

2、照频率的不同来复用多路信号的方法。在频分复用中，信道的带宽被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，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。 ,频分多路复用原理的频谱图,相邻载波间隔=已调信号带宽+防卫间隔,带宽的计算,为了防止邻路信号之间相互干扰，相邻信道之间需加防护频带fg，因此，总的复用信号的带宽为,典型例子：多路载波电话系统 国际电信联盟(ITU)建议： 基群 12路，占用48kHz带宽，位于12 60kHz之间； 超群 60路，由5个基群组成，占用240kHz的带宽； 主群 600路，由10个超群组成。,FDM 技术主要用于模拟信号的

3、传输。其主要优点是信道利用率高，技术成熟；缺点是设备复杂，滤波器难以制作，并且在复用和传输过程中，调制、解调等过程会不同程度地引入非线性失真，而产生各路信号的相互干扰。,复合调制 在复用系统中采用两种或两种以上的调制方式的系统称为复合调制系统。第一次对多路信号调制所用的载波称为副载波，第二次调制所用的载波称为主载波。原则上，两次调制可以是任意方式的调制方式。,如果第一次调制采用单边带调制，第二次调制采用调频方式，一般记为SSB/FM。,P207例7.2,正交频分复用(OFDM)P232,正交频分复用是一种多载波调制技术，具有较强的抗多径传播和抗频率选择性衰落的能力，以及较高的频谱利用率，在高速

4、无线通信系统中得到了广泛应用。,单载波调制与多载波调制,单载波调制,将需要传输的数据流调制到单个载波上进行传送。,多载波调制,它是指将信道分成N 个子信道，将高速数据信号串/并转换为N 路速率较低的子数据流，然后分别调制到每个子信道上进行并行传输。,OFDM的特点： 为了提高频率利用率和增大传输速率，各路子载波的已调信号频谱有部分重叠； 各路已调信号是严格正交的，以便接收端能完全地分离各路信号； 每路子载波的调制是多进制调制； 每路子载波的调制制度可以不同，根据各个子载波处信道特性的优劣不同采用不同的体制。,FDM与OFDM信道的频谱分布比较,在OFDM中，各相邻子载波的频率间隔等于最小容许间

5、隔 故各子载波合成后的频谱密度曲线如下图 虽然由图上看，各路子载波的频谱重叠，但是实际上在一个码元持续时间内它们是正交的。故在接收端很容易利用此正交特性将各路子载波分离开。采用这样密集的子载频，并且在子信道间不需要保护频带间隔，因此能够充分利用频带。这是OFDM的一大优点。,OFDM早期主要用于军用的无线高频通信系统，由于其实现的复杂限制了它的进一步应用。直到20世纪80年代，人们提出了采用离散傅里叶变换来实现多个载波的调制，简化了系统结构，使得OFDM技术更趋于实用化。,实现OFDM调制的方法有两种： 1、按OFDM原理直接进行调制； 2、用快速傅里叶变换来实现，简称OFDM的DFT 实现法

6、。,OFDM的发展与应用,目前，OFDM 技术已广泛应用到各类通信领域。例如，接入网中的高速数字环路(HDSL)、非对称数字环路(ADSL)、高清晰度数字电视(HDTV)、数字视频广播(DVB)、数字音频广播(DAB)、无线局域网(WLAN)等，并且开始应用于无线广域网(WWAN)。在移动通信领域，OFDM 已被列为第4代(4G)移动通信的关键技术。,7.2 时分复用和多路数字电话系统,时分复用（TDM）是建立在抽样定理基础上的。时分复用就是利用各路信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，来达到在同一信道中传输多路信号而互不干扰的一种方法。,主要优点： 1、便于信号的数字化和实现数字通信。 2、制

7、造调试较容易，更适合采用集成电路实现。 3、生产成本较低，具有价格优势。,7.2.1时分复用的PAM系统（TDM-PAM）,例如，若语音信号用8kHz的速率抽样，则旋转开关应每秒旋转8000周。设旋转周期为Ts秒，共有N 路信号，则每路信号在每周中占用Ts/N 秒的时间。此旋转开关采集到的信号如下图所示。每路信号实际上是PAM调制的信号。,为了提高信道利用率，数字信号在传输过程中一般采用(TDM)方式。,帧1,帧2,帧3,TDM原理图,在TDM中，以数据帧的形式复用多路信号，每帧时间等于抽样周期，每帧分成n个时隙，每个时隙依次分配给n路信号的样值。,注意两点 ： 1、传输时间间隔必须满足抽样定

8、理 2、收信端和发信端的转换开关必须同步动作,3路PAM信号时分复用的帧和时隙,TDM-PAM系统目前几乎不再用于传输。抽样信号一般都在量化编码后以数字信号的形式传输。故上述仅是时分复用的基本原理。,7.2.2时分复用的PCM系统（TDM-PCM）,PCM和PAM的区别在于PCM要在PAM的基础上再进行量化和编码。为简便起见，假设3路话音信号PCM复用的原理方框图如图所示。,3路PCM信号时分复用原理图,7.2.3时分复用信号的码元速率和带宽,TDM-PCM信号传输波形为矩形脉冲时的第一零点带宽 B=1/,RB=nlfs,n-复用路数 l-每个抽样值的编码位数 fs-抽样频率,如果采用滚降系数

9、为的传输信道来进行 无码间串扰传输，由max=2/(1+)计算PCM 信号所需要的最小理论带宽。,例1 对10路最高频率为3400Hz的话音信号进行TDM-PCM传输，抽样频率为8000Hz。抽样合路后对每个抽样值按照8级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形脉冲，且占空比为0.5。计算TDM-PCM基带信号的第一零点带宽。,例2 对10路最高频率为4000Hz的话音信号进行TDM-PCM传输，抽样频率为奈奎斯特抽样频率。抽样合路后对每个抽样值按照8级量化，计算传输此TDM-PCM信号所需的奈奎斯特带宽。,例3 对10路最高频率为3400Hz的话音信号进行TDM-PCM传输，抽样频率为

10、8000Hz。抽样合路后对每个抽样值按照8级量化，再编为二进制码，然后通过=1的升余弦滤波器再进行2PSK调制，计算所需的传输带宽。,7.2.4 PCM30/32路系统的帧结构,对于多路数字电话系统，国际上有两种标准化制式，即PCM 30/32路制式（E体系）和PCM 24路制式（T体系）。 我国规定采用的是PCM 30/32路制式，一帧共有32个时隙，可以传送30路电话，即复用的路数n=32路，其中话路数为30。,帧同步,信令,复帧同步 复帧对告,偶帧,同步：A=0 失步：A=1,同步：A=0 失步：A=1,PCM 30/32路系统的帧结构,* 将125us分给32路信号（时隙），即一帧包含

11、32路 每路：125/32=3.9us,* 每路编8位（bit）PCM信号，32路共32*8 = 256 bit 每位的时间：0.49us,* 传输速率为： 2568K=2.048Mbit/s , 一路64kbps,30/32路PCM数字电话系统基本特性 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l=8，采用逐次比较型编码器，其输出为折叠二进制码。 每帧时隙数：32 总传输速率：8328000=2048 kb/s,7.2.5PCM高次群系统,前面讨论的PCM30/32路和PCM24路时分多路系统，称为数字基群（即一次群）。为了能使宽带信号（如电视信号）

12、通过PCM系统传输，就要求有较高的传码率。因此提出了采用数字复接技术把较低群次的数字流汇合成更高速率的数字流，以形成PCM高次群系统。 国际电信联盟(ITU)建议： （1）准同步数字体系PDH （2）同步数字体系SDH,数字复接把两个以上的低速数字信号合并成一 个高速数字信号。 数字分接把高速数字信号分解成低速数字信 号。,ITU提出的两个建议： E体系 我国大陆、欧洲及国际间连接采用 T体系 北美、日本和其他少数国家和地区采用,数字复接系列（准同步数字系列PDH）,E体系的结构图,(a) 一次群 (基群),(b) 二次群 (按位数字复接),(c) 二次群 (按字复接),复接方式,7.2.6S

13、DH的提出,PDH缺点： 1、不存在世界性标准的数字信号速率和帧结构标准。 2、不存在世界性的标准光接口规范，无法在光路上实现互通和调配电路。 3、复接方式大多采用按位复接，不利于以字节为单位的现代信息交换。 4、准同步系统的复用结构复杂，缺乏灵活性，硬件数量大，上、下业务费用高。 5、复用结构中用于网络运行、管理和维护的比特很少。,SDH基本概念 SDH是针对更高速率的传输系统制定出的全球统一的标准。 整个网络中各设备的时钟来自同一个极精确的时间标准（例如铯原子钟），没有准同步系统中各设备定时存在误差的问题。 在SDH中，信息是以“同步传送模块(STM)”的信息结构传送的。一个同步传送模块主

14、要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125s。按照模块的大小和传输速率不同，SDH分为若干等级。,SDH的速率等级 目前SDH制定了4级标准，其容量（路数）每级翻为4倍，而且速率也是4倍的关系，在各级间没有额外开销。 STM-1：是基本模块，包含一个管理单元群(AUG)和段开销(SOH)。 STM-N：包含N 个AUG和相应的SOH。,PDH体系和SDH体系之间的关系 通常将若干路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

15、-4，接入STM-1中。对于T体系也可以作类似的处理。这样，在SDH体系中，各地区的PDH体制就得到了统一。,SDH具有同步复用、标准光接口和强大的网络管理能力等优点，在20世纪90年代中后期得到了广泛应用，而原有的PDH数字传输网已逐步纳入了SDH网。,所谓码分复用是指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（地址码），在接收端通过对其特征码的识别来区分不同的信号。,7.3码分复用(CDM),正交码字的概念,设长为n的编码中码元只取值+1和-1，以及x和y是其中两个码组： 其中 则x和y间的互相关系数定义为 若码组x和y正交，则必有(x, y) = 0。,例如,下图所示4个数字信号可以看作是如下4个码组：按照互相关系数定义式计算容易得知，这4个码组中任意两者之间的互相关系数都为0，即这4个码组两两正交。我们