通信原理教程09章 多路复用和多址技术

通信原理第九章多路复用和多址技术29.1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)multiplexing39.1概述频分复用原理f1f2fNOOOmultipleaccess49.1概述时分复用原理t1t2tNOOOfrequencydivisionmultiplexing(FDM)59.1概述码分复用原理t1t2tNOOOtimedivisionmultiplexing(TDM)69.1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)79.2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)89.2频分复用频分复用的频谱构成ffffCH1CH2CHn合路ΔBBgBspolarizationdivisionmultiplexing(PDM)99.2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109.2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119.2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。basicgroup129.2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。supergroup139.3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。mastergroup149.3时分复用时分复用实现框图LPFCH1LPFCH2LPFCHn多路选择信道多路选择LPFLPFLPFCH1CH2CHn同步timeslot159.3时分复用时分复用原理图示ttttcommutator169.3时分复用时分复用时隙分配和帧结构12n12n12TTc时隙长度帧周期frame179.3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)189.3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）E12.04830E28.448120E334.368480E4139.2641920E5565.1487680plesiochronousdigitalhierarchy(PDH)199.3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）T11.54424T26.31296T332.064（日本）48044.736（北美）672T497.728（日本）1440274.176（北美）4032T5397.200（日本）5760560.160（北美）8064synchronousdigitalhierarchy(SDH)209.3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/s123412341234hierarchy219.3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=125s。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125s×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。frameconfiguration229.3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239.3时分复用随路信令TS31TS30TS29TS28TS27TS26TS25TS24TS23TS22TS21TS20TS19TS18TS17TS16TS15TS14TS13TS12TS11TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS2TS1TS000001A211abdabcdcabdabcdc信令时隙F1F15CH1CH16CH15CH30F0同步信令信令249.3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。259.3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269.3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ttt279.3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)289.3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。overhead299.3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-4container309.3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。virtualcontainer319.3时分复用SDH的体系结构STM-NAUGNAU-4AU-3VC-4VC-331TUG-3TU-31VC-3C-3C-4C-2C-11C-12VC-11VC-12VC-2TU-11TU-12TU-2TUG-234773指针处理复用定位调整映射pathoverhead(POH)329.3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134599N261N9行270N列（bytes）339.3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2709=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NMbit/s。349.4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)=0NiiiyxNyx11),(359.4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)ts111ts211ts311ts411369.4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。DADAyx),(379.4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)1111111101001110389.4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)=1x(1)=0x(2)=1x(3)=0NijiixNjxxNj1)1(,,1,01)(