第六章.信道复用和多址方式

1第6章信道复用和多址方式2信道复用信道复用:允许多路信号同时传输。在发端将各个信号进行复接；在收端将各个信号进行分接。主要讨论两类多路复用技术:频分多路复用（FDM:FrequencyDivisionMultiplexing）(波分复用WDM)时分多路复用（TDM）。36.1频分多路复用频分复用原理频分复用是把信道分成多个不同频率的区段来同时传输多路信号的方法。在频分复用系统中，发送端，每路信号被调制到信道的相互不重叠的不同频段上，在信道中同时传输。在接收端则采用若干个恰好只让某个频段通过的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出各路的信号。6.1.1频分复用4频分复用结构图56为了防止邻路信号之间相互干扰，副载波频率之间的间隔应满足：（:消息信号的频谱；:防护频带。）总和信号传输所需最小带宽是：gmSmWgWSmgmSSBWNWWNNWW)1()1(gmWW01w02w03ww01w02w03w)(wSF(b)7多级复用长途电话的通信干线中，复用的路数将会很多。如果把它们都一步调制到位，则会发生很大困难：一方面是不同频率的载波太多，相应的振荡器与滤波器的频率都各不相同，造成设备复杂。另一方面是路数多，频率必然高，在高频段上区分细小的话路必然对精度的要求提高，实现困难。因此实际系统中都是采用多级复用。8北欧多级载波电话。12路话音信号，每路4kHz，频分复用后成为一个基群(BasicGroup)，若采用下边带调制则占60—108kHz。5个基群共60路构成一个基本超群(BasicSuperGroup)，将其视为5个信号再次做频分复用调制，若采用下边带调制则占312—552kHz。10个基本超群共600路构成一个基本主群(BasicMasterGroup)，将其视为10个信号再次做频分复用调制，U600的频带占564—3084kHz。9波分复用波分复用（WDM）:光纤通信中利用同一根光纤同时传输波长具有适当间隔的多个不同光源的光信号。从本质上说，波分复用与频分复用是相同的。原理如图。6.1.2波分复用1011时分复用原理时分复用基本原理是：将传输时间分割为若干个互不重叠的时隙，各个信号按照一定的顺序占用各自的时隙。在发端，按照这一顺序将各个信号进行复接；在收端，按照这一顺序再将各个信号进行分接。6.2时分多路复用1213时分复用的理论依据:抽样定理一路连续的模拟话音信号f(t)的相邻样值之间有125µs的时间间隙，这是时分复用的关键。（话音信号最高频率3400Hz，故可选抽样频率fs=8000Hz,于是抽样周期Ts=1/fs＝1/8000=125μs）如果信道仅用来传送一路话音，则有90％的空闲时间。如何充分利用传输信道的带宽能力和提高通信系统的有效性在125µs的抽样空闲时间内插入其他路的信号（样值信号），即利用一路信号采样的间隙，进行其余用户信号的采样。只要各路信号在时间上能区分开（不重叠），那么同一信道就能传送多路信号，达到多路复用的目的。14基本概念：帧：抽样时各路信号（N）每轮一次的总时间，也就是一个抽样周期（125µs）时隙（路时隙）：合路的每个样值（PAM）信号所允许点的时间间隔(Tc＝T/N)位时隙：一位码元的时间防护时间:未被抽样脉冲占用的时隙部分。1516总结：每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复用帧所占的时间也是相同的（125µs）。对于TDM，时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包含的时隙数就越多，所容的用户数也就越多。17时分复用分为：同步时分复用（STDM）统计时分复用（ATDM）。同步时分多路复用:各路消息在帧中所占时隙的位置是预先指定的，且固定不变。N路PAM信号进行时分多路复用。统计时分多路复用（ATDM），也叫异步时分多路复用:通过动态地分配时隙来进行数据传输的,数据源通过地址码识别。统计复用器具有低速数据输入线和高速复用数据输出线，每一输入线都有缓存器。有n条输入线的统计复用器，其幀中仅有k（kn）个可用时隙。复用器收集数据填满一幀后再发送。收端与之相反。18数字载波系统－－标准PCM时分复用系统一种PCM30/32路时分复用系统（A律）－－中国和欧洲各国使用一种PCM24路时分复用系统（µ律）－－北美和日本使用19图5-12FDM与TDM（a）FDM；(b)TDMwO信号3信号2信号3保护频带tw信号1信号2信号3信号1信号2保护时间Tat(a)(b)O时分频分复用的区别－－－－关于复用原理5.3.3TDM与FDM的比较20复用部分而言，FDM设备相对简单，TDM设备较为复杂；就分路部分而言，TDM的滤波器比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠，而且TDM中的所有滤波器都是相同的滤波器。FDM中要用到不同的载波和不同的带通滤波器，因而滤波设备相对复杂。总的比较，TDM的设备要简单些。5.3.3TDM与FDM的比较时分频分复用的区别－－－－关于设备复杂性21在FDM系统中，信道的非线性会在系统中产生交调失真和高次谐波，引起话间串扰，因此，FDM对线性的要求比单路通信时要严格得多。在TDM系统中，多路信号在时间上是分开的，因此,对线性的要求与单路通信时的一样，对信道的非线性失真要求可降低，系统中各路间串话比FDM的要小。在FDM系统中，通信距离长时，中继站增多，噪声干扰沿信道累积，使长途电路的质量下降。5.3.3TDM与FDM的比较时分频分复用的区别－－－－关于信号间干扰和失真22应用举例（1）例：GSM系统，总带宽25MHz，一个信道200KHz，具有8个TDMA用户，未设保护带宽，求总用户数。解：Bc＝200/8＝25KHzN＝25×106/25×103＝1000简单带宽容量计算23应用举例（2）例：GSM系统每帧包括8个时隙的帧结构，每时隙包括156.25比特，数据发送速率为270.833kbps，求：（1）比特周期Tb；（2）时隙周期Ts；（3）帧长Tf；（4）收发时间间隔。解：Tb＝1/270.833kbps＝3.692sTs＝Tb×156.25＝0.577msTf＝Ts×8＝4.615ms收发间隔为帧长。24还有一种多路复用方式称为多址接人方式。此时各路信号不需要集中在一起，而是各自经过调制送到信道上去，以及各自从信道上取下经调制而得到所需信息。卫星通信就是这样进行的。多址技术是在指通信网内处于不同位置的多对用户同时进行通信的技术。“信道”一词在不同场合有不同的含义。在FDMA中，是指各地球站占用转发器的频段；在TDMA中，是指各站占用的时隙；在CDMA中，是指各站使用的正交码组。7.3多址通信257.3.1频分多址FDMA按频率划分，把各站发射的信号配置在卫星频带内的指定位置上,各中心频率留有保护频带。发射载波方式:群路单载波方式单路单载波方式保护频带转发器频带分配地球站ABCD上行下行AfAfAfAfBfBfBfBfCfCfCfCfDfDfDfDf26一个典型应用：－－即频分多路复用－调频方式－频分多址联接(FDM－FM－FDMA)首先将电话信号经长途电信局送到载波终端,按频分多路复用FDM方式把信号复用在60路标准基带中,整个基带包括5个基群，每个基群有12个话路,将它们按预先分配方式分配给一个地球站。然后把60路的群信号用FM方式调制到分配给地球站的载波上，经本站天线系统向卫星发射。通过卫星上转发器将上行频率变换成下行频率，并发向各站。这些地球站将收到的信号解调便得到60路群信号，从群信号滤出发给本站的基群信号。277.3.2时分多址方式TDMA（TimeDivisionMultipleAccess）－时分多址是分配给各地球站一个特定的时间间隔（简称时隙）。不同地球站占用的时间不同，即从时间上区分各个信道，各站可以使用相同的载波，利用转发器的整个带宽。同一载波可供若干地球站同时进行通信，各地球站在定时同步系统的控制下，在指定的时隙内向卫星发射信号，时间上应互不重叠。在任何时刻转发器转发的仅是某一个地球站的信号。287.3.2时分多址方式图(a)工作示意图。四个地球站，其中之一为基准站。它的任务是为其他各站发射定时基准。基准站常由某一地球站兼任。各地球站按规定的时隙依次向卫星发送信号。帧发射分帧（在某一时刻的分帧位置）ABC基准站基准分帧连续多路复用比特流(a)基准站分帧A站分帧B站分帧C站分帧Z站分帧……前置码至站A至站C至站Z……保护时间载波恢复比特定时勤务独特码监控rT帧周期fT分帧周期bTPCM数据gTPT(b)29一个典型应用：脉码调制－时分复用－移相键控－时分多址方式(即PCM－TDM－PSK－TDMA)。各地球站首先将PCM数字信号按时分多路复用(TDM)方式形成多路信号，然后通过调制器产生数字移相键控信号，各地球站在定时同步系统控制下，只在自己的时隙内向卫星发射信号，而卫星转发器将这些不同时隙来自各地球站信号，按时间顺序排列起来。为了各站之间互不干扰，各时隙之间有一定的保护时隙。接收的一般过程为：首先地球站接收机收到卫星转发器发来的各地球站的微波TDMA帧信号，在解调器中进行相干解调，并同时取出各站的前置码(它位于各分帧信号码的最前边)，根据前置码可发判别来自各地球站发给本站的信号。解谓后的信号进至时分多址分离和缓冲控制装置，在此设备中，先由前置码去控制分离装置选出发给本站的PCM信号，再经缓冲器和PCM泽码器变为模拟信号，最后送给用户。307.4码分多址CDMA（CodeDivisionMultipleAccess)－码分多址对时间和带宽都没有限制，每个站可随时使用分配给它们的信道或系统的带宽发送数据。也叫扩展频谱多址方式。特点:在给定带宽范围内可以用来传送数据,信号的分离是根据各站的码型实现的。每个站都有一个唯一的码,为了接收某个站发送的数据，接收站必须掌握该站的码。系统的所有站可能在同一时间使用相同的频率发送信号。一个站可能同时接收来自多个站的信号，一个站的码不能与其他站的码相同。317.4码分多址CDMA属于随机多址方式，即各站发射的频率和时间可以互相重叠。站址是根据各站的码型不同划分的。一般选择伪随机（PN）码作地址码。CDMA目前发展迅速，应用广泛。CDMA的基础是扩频技术。窄带CDMA能满足话音和一般数据传输的要求，宽带CDMA可满足多媒体通信的要求。它是未来全球个人通信的一种主要多址方式。327.4码分多址扩频技术分为:直接序列（DS）扩频、跳频（FH）扩频、线性调频（chirp）、跳时（TH）等。上述四种方法的某种组合也常被采用。33卫星通信中的多址技术和多路复用技术是信号分割理论的具体应用。它们很相似,但又有区别。多址技术是多个通信站的射频信号在射频信道上进行的多路复用,以达多个通信站间多边通信的目的;多路复用是一个通信站的多路群信号在中频信道上进行的多路复用,以达两个站间的双边多路通信的目的。小结比较：34查资料了解：复用技术的应用多址技术的应用