频分复用(FDM).

10.1频分复用(FDM)10.2时分复用(TDM)10.3数字复接技术10.4SDH复用原理第10章复用和数字复接技术返回主目录第10章复用和数字复接技术10.1频分复用(FDM)10.1.1频分复用原理所谓频分复用(FrequencydivisionMultiplexing-FDM)是指按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。图10–1频分复用系统组成原理图频分复用系统组成原理图如图10-1所示。图中，各路基带信号首先通过低通滤波器(LPF)限制基带信号的带宽，避免它们的频谱出现相互混叠。然后，各路信号分别对各自的载波进行调制、合成后送入信道传输。在接收端，分别采用不同中心频率的带通滤波器分离出各路已调信号，解调后恢复出基带信号。频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。若相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率fc1,fc2,…,fcn，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔。若基带信号是模拟信号，则调制方式可以是DSB-SC、AM、SSB、VSB或FM等，其中SSB方式频带利用率最高。若基带信号是数字信号，则调制方式可以是ASK、FSK、PSK等各种数字调制。复用信号的频谱结构示意图如图10-2所示。图10–2复用信号的频谱结构示意图O123n10.1.2模拟电话多路复用系统目前，多路载波电话系统是按照CCITT建议，采用单边带调制频分复用方式。北美多路载波电话系统的典型组成如图10-3所示。图10-3(a)是其分层结构，由12路电话复用为一个基群(BasicGroup)；5个基群复用为一个超群(SuperGroup)，共60路电话；由10个超群复用为一个主群(MasterGroup)，共600路电话。如果需要传输更多路电话，可以将多个主群进行复用，组成超主群。每路电话信号的频带限制在300～3400Hz，为了在各路已调信号间留有保护间隔，每路电话信号取4000Hz作为标准带宽。图10–3北美多路载波电话系统的典型组成First-levelMUX1212…Second-levelMUX125…Third-levelMUX1210…BasicGroupSuperGroupMasterGroup(a)04kHzf(b)12111098765432160kHz180kHz48kHzBasicGroupA(LSB)121110987654321196kHz148kHzBasicGroupB(USB)(c)12121212121111112345SuperGroup1(LSB)312kHz552kHz12121212121111112345SuperGroup2(USB)300kHz60kHz(d)VoiceChannel一个基群(BasicGroup)由12路电话复用组成，其频谱配置如图10-3(c)所示。每路电话占4kHz带宽，采用单边带下边带调制(LSB)，12路电话共48kHz带宽，频带范围为60～108kHz。或采用单边带上边带调制(USB)，频带范围为148～196kHz。一个基本超群(BasicSupergroup)由5个基群复用组成，共60路电话，其频谱配置如图10-3(d)所示。5个基群采用单边带下边带合成，频率范围为312～552kHz，共240kHz带宽。或采用单边带上边带合成，频率范围为60～300kHz。一个基本主群(BasicMastergroup)由10个超群复用组成，共600路电话。主群频率配置方式共有两种标准：L600和U600，其频谱配置如图10-4所示。L600的频率范围为60~2788kHz，U600的频率范围为564~3084kHz。图10–4主群频谱配置图60564603003125521052130015481796204421722788804812106013081556180424122548MastergroupL600(a)56480410521300154817962044234025882836308456481210601308155618042100234825962844MastergroupU600(b)10.1.3调频立体声广播(FMStereoBroadcasting)调频立体声广播系统占用频段为88~108MHz，FDM方式。在调频之前，首先采用抑制载波双边带调制将左右两个声道信号之差(L-R)与左右两个声道信号之和(L+R)实行频分复用。立体声广播信号频谱结构如图10-5所示。图中，0~15kHz用于传送(L+R)信号，23~53kHz用于传送(L-R)信号，59~75kHz用作辅助通道。在19kHz处发送一个单频信号，用于接收端提取相干载波和立体声指示。调频立体声广播系统发送与接收原理图如图10-6所示。图10–5L＋RL－R下边带L－R上边带辅助通信通道导频载频DSB-SC019152338535975f/kHz图10-6(a)发送端;(b)接收端＋＋×38kHz振荡器÷2衰减∑＋－＋＋L－RL＋R＋＋＋左声道L右声道R去调频发射机(a)LPF0~15kHzBPF23~53kHz＋＋LPF0~15kHz×导频滤波19kHz×2LR＋＋＋－来自鉴频器立体声指示(b)12(L＋R)12(L－R)10.2时分复用(DM)10.2.1时分复用原理时分复用(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。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。图10-7给出了两个基带信号进行时分复用的原理图。图中，对m1(t)和m2(t)按相同的时间周期进行采样，只要采样脉冲宽度足够窄，在两个采样值之间就会留有一定的时间空隙。图10-7两个基带信号时分复用原理m1(t)m2(t)如果另外一路信号的采样时刻在时间空隙，则两路信号的采样值在时间上将不发生重叠。在接收端只要在时间上与发送端同步，则两个信号就能分别正确恢复。上述概念也可以推广到n个信号进行时分复用。图10-8PCM系统原理图。首先，抽样电子开关以适当的速率交替对输入的三路基带信号分别进行自然抽样，得到TDM-PAM波形。TDM-PAM脉冲波形宽度为safTT313图10–8三路模拟信号的TDM-PCM系统原理图QuantizerandencoderChannelDecoderLPFLPFLPFAnaloginputsignalsChannel1(fromsource1)Channel2(fromsource2)Channel3(fromsource3)TransmitterSamplerTDMPAMsignalTsTstTDMPCMsignalSynchronizationSamplerTDMPAMReceiverReceivedTDMPCMplusnoiseChannel1Channel2Channel3Outputanalogsignalsfsfs式中，Ts为每路信号的抽样时间间隔，满足奈奎斯特间隔。然后对PAM波形进行编码，得到TDM-PCM信号。TDM-PCM信号脉冲宽度为nTnTTSab3在接收端，输入的TDM-PCMTDM-PAM波形，与发送端抽样开关相同步的接收抽样开关对输入的TDM-PAM波形同步抽样并正确分路。于是，三路信号得到分离，各分离后的PAM信号通过低通滤波器，从而恢复出发送的三路基带信号。在时分复用系统中，除了采用PCM方式编码外，还可以采用增量调制方式编码，从而构成TDM-ΔM系统。与FDM方式相比，TDM方式主要有以下两个突出优点：(1)多路信号的复接和分路都是采用数字处理方式实现的，通用性和一致性好，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。(2)信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和高次谐波，引起路间串话，因此，要求信道的线性特性要好,TDM系统对信道的非线性失真要求可降低。10.2.2PCM目前国际上推荐的PCM基群有两种标准，即PCM30/32路(A律压扩特性)制式和PCM24路(μ律压扩特性)制式。并规定，国际通信时，以A律压扩特性为标准。我国也规定采用PCM30/32路制式。PCM30/32路制式基群帧结构如图10-9所示，共由32路组成，其中30路用来传输用户话语，2路用作勤务。每路话音信号抽样速率fs=8000Hz，故对应的每帧时间间隔为125μs。一帧共有32个时间间隔，称为时隙。各个时隙从0到31顺序编号，分别记作TS0，TSl，TS2，…，TS31。图10-9PCM30/32路制式基群帧结构TS012345678910111213141516171819202122232425262728293031F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15×00110110000111A2abcdabcdabcdabcd复帧同步信号备用比特CH1CH16CH2CH17………abcdabcdCH15CH30F1F2F15帧同步信号×1A111111保留给国内通信用帧同步时隙话路时隙话路时隙信令时隙CH30(CH16~CH29)(CH1~CH15)32路时隙，256bit,125s16帧，2.0ms复帧结构帧结构偶帧TS0奇帧TS0488ns3.91s其中，TS1至TS15和TS17至TS31这30个路时隙用来传送30路电话信号的8位编码码组，TS0分配给帧同步，TS16专用于传送话路信令。每个路时隙包含8位码，一帧共包含256个比特。信息传输速率为fb=8000［(30+2)×8］=2.048Mb/s(10.2-3)每比特时间宽度为每路时隙时间宽度为τl=8τb≈3.91μssfbb488.01帧同步码组为X0011011，它插入在偶数帧的TS0时隙，其中第一位码“X”保留作国际电话间通信用。接收端识别出帧同步码组后，即可建立正确的路序。TS16为信令时隙，插入各话路的信令。在传送话路信令时，若将TS16所包含的总比特率集中起来使用，则称为共路信令传送；若将TS16按规定的时间顺序分配给各个话路，直接传送各话路所需的信令，则称为随路信令传送。当采用共路信令传送方式时，必须将16个帧构成一个更大的帧，称为复帧。复帧的重复频率为500Hz，周期为2ms，复帧中各帧顺次编号为F0，F1，…，F15。PCM24路制式基群帧结构如图10-10所示，由24路组成。每路话音信号抽样速率fs=8000Hz，每帧时间间隔为125μs。一帧共有24个时隙。图10–10PCM24路制式基群帧结构0121222233456785.18s,8比特每帧周期125s,193比特每路8比特8×24＝192比特b1比特帧同步码各个时隙从0到23顺序编号，分别记作TS0，TS1，TS2，…，TS23，这24个路时隙用来传送24路电话信号的8位编码码组。为了提供帧同步，在TS23路时隙后插入1比特帧同步位(第193比特)。这样，每帧时间间隔125μs，共包含193个比特。fb=8000(24×8+1)=1.544Mb/s(10.2-6)每比特时间宽度为τb=≈0.647μs(10.2-7)每路时隙时间宽度为τl=8τb≈5.18μsbf1PCM24路制式与PCM30/32路制式的帧结构不同，12帧构成一个复帧，复帧周期为1.5ms。12帧中奇数帧的第193比特构成101010帧同步码组。而偶数帧的第193比特构成复帧同步码000111。这种帧结构同步建立时间要比PCM30/32帧结构长。10.2.3PCM高次群PCM30/32路与PCM24路时分多路数字电话系统，称为数字基群或一次群。如果要传输更多路的数字电话，则需要将若干个一次群数