6信道复用和多址方式

1第六章信道复用和多址方式胡玉佩2主要内容6.1概述6.2频分复用6.3时分复用6.4码分复用6.5多址技术小结思考题、习题36.1概述一、信道（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）4频分复用原理f1f2fNOOO6.1概述5时分复用原理t1t2tNOOO6.1概述6码分复用原理t1t2tNOOO6.1概述76.1概述•3种多路复用新方法：空分复用(SDW)（智能天线）极化复用(PDW)（卫星通信）波分复用(WDM)（光信号）86.1概述二、多址接入技术•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。96.1概述三、信道复用与多址技术的区别与联系1.联系–多址技术是在信道复用的基础上实现的；–信道复用和多址技术都包含多路信号复合、传输和分割的过程。2.区别–信道复用是静态的，研究信道如何划分的问题；–多址技术是动态的，研究如何区分用户的问题。返回10主要内容6.1概述6.2频分复用6.3时分复用6.4码分复用6.5多址技术小结思考题、习题116.2频分复用(FDM)–定义：就是将信道的总带宽合理划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。–方法：对应子频带的频率要求选择N个载波，在发送端对N路信号分别进行调制，在接收端将此N路信号分别解调出来。–注意：1.划分子频带的时候要留出保护频带以防止邻路信号之间相互干扰；2.调制方式一般选择SSB方式，以节省带宽。126.2频分复用(FDM)(a)发送端原理方框图12.3~15.4kHz16.3~19.4kHz12kHz20kHz16kHz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3f3300~3400Hz300~3,400Hz300~3,400Hz12kHz16kHz20kHz基带语音信号300–3,400Hz12.3–15.416.3–19.420.3–23.4f/kHz0136.2频分复用(FDM)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f112.3~15.4kHz16.3~19.4kHz20.3~23.4kHz3400Hz3400Hz3400Hz16kHz20kHz12kHz14频分复用实例：国际电信联盟建议–前群：又称3路群。由3个话路经变频后组成，得到频谱为12～24kHz的前群信号；–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，位于812～2044kHz。6.2频分复用(FDM)1512路群的多级调制调制器48k三路复用BPF1224调制器60k调制器72k调制器84kBPFBPFBPF6072728484969610860108124356789101112信号三路复用三路复用三路复用6.2频分复用(FDM)166.2频分复用(FDM)–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。返回17主要内容6.1概述6.2频分复用6.3时分复用6.4码分复用6.5多址技术小结思考题、习题18一、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。二、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，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。6.3时分复用(TDM)19NNsi(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20tttt时分复用原理图示6.3时分复用(TDM)21时分复用时隙分配和帧结构12n12n12TTc时隙长度帧周期6.3时分复用(TDM)22三、PCM一次群帧结构–一帧有32路时隙，TS0，TS1，…，TS31。TS0用于帧同步，TS16用于话路信令。–每路时隙包含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路时隙中30个用于传输话路信号，故称PCM30/32系统。6.3时分复用(TDM)23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6.3时分复用(TDM)24随路信令TS31TS30TS29TS28TS27TS26TS25TS24TS23TS22TS21TS20TS19TS18TS17TS16TS15TS14TS13TS12TS11TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS2TS1TS000001A211abdabcdcabdabcdc信令时隙F1F15CH1CH16CH15CH30F0同步信令信令6.3时分复用(TDM)256.1概述四、复接•定义：时分复用的PCM系统中，把两路或两路以上的低速数字信号合并成一路高速数字信号的过程称为数字复接。26四、复接•目的：解决来自若干条链路的多路信号的合并和区分；•复接与分接：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。6.3时分复用(TDM)27五、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。6.3时分复用(TDM)28•码速调整方案：有多种。如：正码速调整、负码速调整、正/负码速调整等；6.3时分复用(TDM)29－－正码速调整法：其基本原理为：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。6.3时分复用(TDM)30(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31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32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33话路时分复用技术标准（ITU）–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）–同步数字体系（SDH）6.3时分复用(TDM)34准同步数字系列（PDH）——E体系层次比特率（Mb/s）路数（路64kb/s）E12.04830E28.448120E334.368480E4139.2641920E5565.14876806.3时分复用(TDM)35准同步数字系列（PDH）——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）80646.3时分复用(TDM)36130(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E体系结构图37同步数字体系体系结构（SDH）–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-649,953.286.3时分复用(TDM)38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。6.3时分复用(TDM)396.3时分复用(TDM)•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。40主要内容6.1概述6.2频分复用6.3时分复用6.4码分复用6.5多址技术小结思考题、习题416.4码分复用(CDM)一、基本原理1、码组正交的概念：设x和y表示两个码组：),,,,,(21Nixxxxx),,,,,(21Niyyyyy)1,1(,iiyx式中i=1,2,…,N426.4码分复用(CDM)互相关系数定义：NiiiyxNyx11),(两码组正交的必要和充分条件:0),(yx436.4码分复用(CDM)例如：)1,1,1,1()1,1,1,1()1,1,1,1()1,1,