通信原理教程9

1第九章多路复用和多址技术9.1概述多路复用目的：在一条链路上传输多路独立信号基本原理：正交划分方法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）(a)频分制(b)时分制(c)码分制fNf1f2t2tNt1tNt1t223种多路复用新方法：空分复用(SDW)、极化复用(PDW)、波分复用(WDM)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。39.2频分复用(FDM)方法：采用SSB调制搬移频谱，以节省频带。3路频分复用电话通信系统原理(a)发送端原理方框图4.3~7.4kHz8.3~11.4kHz4kHz12kHz8kHz多路信号输出相乘带通低通话音输入1f1相乘带通低通话音输入2f2相乘带通低通话音输入3f3300~3400Hz300~3,400Hz300~3,400Hz4kHz8kHz12kHz基带语音信号300–3,400Hz4.3–7.4kHz8.3–11.4kHz12.3–15.4kHzf04多路信号输入(b)接收端原理方框图话音输出1话音输出2话音输出3相乘低通带通f1相乘低通带通f1相乘低通带通f14.3~7.4kHz8.3~11.4kHz12.3~15.4kHz3400Hz3400Hz3400Hz8kHz12kHz4kHz5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。频分复用的主要缺点：要求系统的非线性失真很小，否则将因非线性失真而产生各路信号间的互相干扰；用硬件实现时，设备的生产技术较为复杂，特别是滤波器的制作和调试较繁难；成本较高。12路群的频谱图121234kHzf(kHz)12kHz16kHz20kHz56kHz6NNsi(t)低通1低通2低通N信道低通1低通2低通Ns1(t)s2(t)1帧T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N同步旋转开关s1(t)s2(t)s2(t)s1(t)sN(t)sN(t)时隙1旋转开关采集到的信号信号s1(t)的采样信号s2(t)的采样时分多路复用原理9.3时分复用(TDM)基本原理：见右图7基本条件：各路信号必须组成为帧。一帧应分为若干时隙。在帧结构中必须有帧同步码。当各路信号不是用同一时钟抽样时，必须容许各路输入信号的抽样速率（时钟）有少许误差。主要优点：便于信号的数字化和实现数字通信。制造调试较易，更适合采用集成电路实现。生产成本较低，具有价格优势。国际电信联盟(ITU)建议：准同步数字体系PDH同步数字体系SDH89.3.1准同步数字体系(PDH)E体系：我国大陆、欧洲采用。T体系：美国、日本等地采用。层次比特率（Mb/s）路数（路64kb/s）E体系E-12.04830E-28.448120E-334.368480E-4139.2641920E-5565.1487680T体系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）80649E体系结构图130(30路64kb/s)一次群2.048Mb/sPCM复用设备14路2.048Mb/s二次群8.448Mb/s二次复用4复用设备三次群34.368Mb/s三次复用复用设备144路8.448Mb/s五次复用复用设备五次群565.148Mb/s4路139.264Mb/s四次群139.264Mb/s复用设备144路34.368Mb/s四次复用图9.3.2E体系结构图10PCM一次群的帧结构：TS16信令32个时隙F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F151帧125s偶帧TS0*1A11111帧同步码奇帧TS0*0011011话路(CH1~CH15)话路(CH16~CH30)CH308bitTS20TS22TS28TS26TS24TS30TS19TS21TS23TS29TS27TS25TS31(1bit=488.3ns)8bit(1bit=488.3ns)1复帧＝16帧保留TS10TS12TS14TS16TS18TS9TS11TS13TS15TS17TS4TS6TS2TS0TS8TS5TS7TS3TS111随路信令：帧比特12345678F00000xyxXF1CH1CH16F2CH2CH17F3CH3CH18F15CH15CH30129.3.2复接与码速调整复接目的：解决来自若干条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；反之，将高次群分解为低次群的过程称为分接。关键技术问题－多路TDM信号时钟的统一和定时问题。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。为此，要增加一些开销。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。码速调整的方案：有多种正码速调整、负码速调整、正/负码速调整、…13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。(a)(b)(c)正码速调整时的抽样(a)输入码元波形(b)无误差抽样时刻(c)速率略高的抽样时刻14注：Cji表示第j支路的第i个码速调整控制比特。支路比特率(kb/s)2048支路数4帧结构比特数帧同步码(1111010000)向远端数字复用设备送告警信号为国内通信保留自支路来的比特码速调整控制比特Cj1(见注)自支路来的比特码速调整控制比特Cj2(见注)自支路来的比特码速调整控制比Cj3(见注)用于码速调整的比特自支路来的比特第I组第1至10b第11b第12b第13至212b第II组第1至4b第5至212b第III组第1至4b第5至212b第IV组第1至4b第5至8b第9至212b帧长每支路比特数每支路最大码速调整速率标称码速调整比848b206b10kb/s0.424ITU建议的8.448Mb/s二次群的复接帧结构15复接帧结构图1~45~2121~45~2121~49~2121~10111213~2125~8复接帧(848b)第I组(212b)第II组(212b)第III组(212b)第IV组(212b)Cj1Cj2Cj3支路比特支路比特支路比特支路比特复接帧同步码告警国内用支路来的或码速调整码169.3.3同步数字体系(SDH)SDH的体系结构在SDH中，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分为若干等级：STM的基本模块是STM-1。STM-1包含一个管理单元群AUG和段开销SOH。等级比特率(Mb/s)STM-1155.52STM-4622.08STM-162,488.32STM-649,953.2817SDH和PDH的关系通常都是将若干路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。SDH的结构以及和PDH连接关系图：指针处理映射复用定位调整44.736Mb/s34.368Mb/s1VC-3C-3C-4TU-3TUG-33139.264Mb/sVC-2VC-12VC-11C-12C-11C-2TU-11TU-2TU-12TUG-234771.544Mb/s6.312Mb/s2.048Mb/sC-n容器-nSTM-NVC-3VC-4AU-4AU-3AUGN13SDH体系结构图18SDH的结构：容器（C-n）：是一种信息结构，它为后接的虚容器(VC-n)组成与网络同步的信息有效负荷。虚容器（VC-n）：也是一种信息结构，它由信息有效负荷和路径开销信息组成帧。每帧长125µs或500µs。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。指针处理映射复用定位调整44.736Mb/s34.368Mb/s1VC-3C-3C-4TU-3TUG-33139.264Mb/sVC-2VC-12VC-11C-12C-11C-2TU-11TU-2TU-12TUG-234771.544Mb/s6.312Mb/s2.048Mb/sC-n容器-nSTM-NVC-3VC-4AU-4AU-3AUGN13SDH体系结构图19SDH的帧结构STM-N有效负荷段开销SOH段开销SOH管理单元指针9行261N9N270N列（bytes）91345SDH的帧结构209.4码分复用(CDM)9.4.1基本原理码组正交的概念：设x和y表示两个码组：式中，i=1,2,…,N互相关系数定义：两码组正交的必要和充分条件:例：(c)码分制),,,,,(21Nixxxxx),,,,,(21Niyyyyy)1,1(,iiyxNiiiyxNyx11),(0),(yx0000-1+1+1+1+1-1-1-1s3s1s2s4正交码组tttt)1,1,1,1()1,1,1,1()1,1,1,1()1,1,1,1(4321ssss21用“1”和“0”表示二进制码元方法：“1”“-1”“0”“+1”互相关系数定义式式中，A－x和y中对应码元相同的个数；D－x和y中对应码元不同的个数。上例中，优点：映射关系“”“”DADAyx),()1,0,1,0()0,1,1,0()1,1,0,0()0,0,0,0(4321ssss)1,1,1,1()1,1,1,1()1,1,1,1()1,1,1,1(4321ssss01001110+1-1+1+1-1-1-1+122码组自相关系数定义：设xi取值+1或-1，式中，x的下标i+j应按模N运算，即xN+ixi。例：设x=(x1,x2,x3,x4)=(+1,-1,-1,+1)则其自相关系数为NijiixNjxxNj1)1(,,1,01)(141)0(412iixx0)1111(41)(4141)1(14433221411xxxxxxxxxxiiix1)1111(41)(4141)2(2434231412xxxxxxxxxxiiix0)1111(41)(4141)3(34231241413xxxxxxxxxxiiix23若设xi取值“0”或“1”，则有自相关系数式中，A为xi和xi+j中对应码元相同的个数；D为xi和xi+j中对应码元不同的个数。的取值范围：按照互相关系数值的不同，当=0时，称码组为正交编码当0时，称码组为准正交码当0时，称其为超正交码，例：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)DADAxxjii),(11)1,0,1(),0,1,1(),1,1,0