数据信号的频带传输.ppt

第6章 数据信号的频带传输,本章节教学说明 本章重点学习多路复用技术的相关原理及分类 本章主要介绍时分复用技术在PCM30/32路系统中的应用 本章主要系统概括复用技术的相关原理及应用,本章节内容概述 复用技术相关基本概念及分类 频分多路复用技术基本原理 时分多路复用技术基本原理 时分多路复用技术在PCM30/32路系统及复接技术中的应用 码分多路复用技术基本原理,本章节学习重点、难点 多路复用技术的概念及分类 PCM30/32路系统的工作原理 复接技术的基本原理及分类,本章节学习目标 熟悉多路复用技术的概念、分类及应用 熟悉掌握PCM30/32路系统的工作原理及应用 理解复接技术的基本原理,本章节实做要求 思考信号调制与多路复用技术的联系 寻找现实生活中复用技术的例子,本章节学习能力要素及基础要求 预习复用技术相关内容 掌握PCM调制及信息论的相关内容 学习了解各种复用技术的优缺点,本章节学习方法建议 预习复习结合 课堂学习与课外学习结合 自学与探讨结合 课后作业与章节个人总结结合 寻求教师答疑与学习反馈结合,在数据通信系统或计算机网络系统中，传输介质的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求，为了有效地利用通信线路，希望一个信道能同时传输多路信号，这就是所谓的多路复用（Multiplexing）技术。,采用多路复用技术可以把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输，在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。,6.1 概述,（1）物理信道：即信号在通信系统中传输时经过的通信设备和传输介质，强调物质的存在性和信号传输过程。 （2）逻辑信道：在通信系统中实现信号传输的技术路径，强调通信终端间的逻辑连接和信号的传输结果。,（3）复用技术：在一条物理信道内形成多个逻辑信道，使多个相互独立通信终端共享信道的容量，这种共享技术就是复用技术。 （4）多路复用器（MUX）：完成多路复用和解复用的设备，如图6-1所示。,图6-1 多路复用系统原理图,实现多路复用，关键在于发送端多路信号的汇合，以及在接收端各路信号的正确分离。,目前最基本的多路复用技术有3种： （1）频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM） （2）时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM） （3）码分多路复用（Code Division Multiplexing，CDM）,6.2 频分多路复用,6.2.1 基本概念 频分复用（FDM）：在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下，可将物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号。 简单地说，就是多路信号在相同的时间内占用不同的带宽资源（或频道）。,图6-2 采用FDM技术的载波电话系统,6.2.2 基本原理,图6-3 频分复用与解复用的频谱搬移全过程示意图,6.2.3 基本特点,特点1：频分多路信号在频域上是分开的，而在时域上是混叠在一起的，如图6-4所示。 特点2：频分多路复用系统中，为了防止相互干扰，要传输的多路信号带宽之和必须小于物理信道的通频带宽度。,图6-4 FDM技术示意图,6.3 时分多路复用,（1）时分复用：将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用，即在不同的时间共同占用相同的频带。 （2）帧：对时分复用的各路信号抽样一次的总时间，也就是一个抽样周期内的全部信号的组合。,图6-5 采用TDM技术传输的计算机网络,（1）同步时分复用（ATDM） （2）异步时分复用（STDM） 同步时分复用和异步时分复用有一个共同的特点，就是在某一瞬时，线路上至多有一路传输信号。,图6-6 同步时分复用原理图,图6-7 异步时分复用原理图,6.3.1 复用原理,1基本原理 时分多路复用建立在抽样定理基础上。 时分复用在PAM和PCM的条件下都可以实现。,图6-8 两基带信号时分复用原理,图6-9 3路时分复用波形 （a）第1路x1(t) （b）第2路x2(t) （c）第3路x3(t) （d）3路时分复用波形,2基本特点,特点1：时分多路信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的，如图6-10所示。 特点2：除消息信号以外，还需同时发送帧定位信号表示一群（帧）信号的开始，这样接收端才能确定发送端的首尾，有效完成通信。,图6-10 TDM复用技术示意图,3时分复用与频分复用的比较,优点： （1）TDM信号的汇合和分路都是数字电路，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠； （2）信道的非线性在FDM中产生交调和高次谐波，严重干扰信号的传输，而TDM采用的是不同时隙传递信号，不会产生交调和高次谐波。,缺点： TDM对系统的同步要求高，系统控制复杂。,6.3.2 PCM30/32路系统,1基本概念 在语音信号的PCM通信系统中，国际上有两种PCM复用系列：一种是一次群为PCM30/32路系统（我国与欧洲采用这种方式），二次群是PCM120路系统；另一种是一次群为PCM24路系统（美国与日本采用这种方式），二次群也是PCM120路系统。,（1）基群 （2）基群帧 （3）帧周期 （4）PCM复用,2PCM30/32路制式基群帧结构,（1）帧结构 （2）复帧结构,图6-11 PCM30/32路制式基群帧结构,3PCM30/32路系统应用,图6-12 数字中继接口板,6.4 复接技术,扩大数字通信容量主要有两种方法：一种方法是采用PCM30/32路系统（又称基群或一次群）复用，这种将多路信息信号直接编码复用的方法就是PCM复用；另一种方法是将几个经PCM复用后的数字信号（例如4个PCM30/32路基群系统）再进行时分复用，称为数字复用，由于数字复用是采用数字复接的方法来实现的，所以又称数字复接技术。,6.4.1 复接基本原理,图6-13 数字复接系统组成原理,按参与复接的各支路信号每次交织插入的码字结构情况，数字复接的方式可分为按位复接、按字复接和按帧复接，如图6-14所示。,图6-14 复接示意图,（1）按位复接（又称比特单位复接） （2）按字复接 （3）按帧复接,按复接器输入端各支路信号与本机定时信号的关系，数字复接分为3大类，即同步复接、异步复接和准同步复接。 （1）同步复接 （2）异步复接 （3）准同步复接,6.4.2 同步复接与异步复接基本原理,1同步复接的基本原理 （1）定时时钟部分 （2）码速调整和恢复部分 （3）帧同步部分 （4）业务码产生、插入和检出部分,图6-15 二次群同步复接器、分接器方框图,图6-16 同步复接码速调整及恢复原理图,图6-17 两种系列的复接等级及其数字速率图,2异步复接的基本原理,图6-18 异步复接原理框图,异步复接与同步复接的区别在于：前者需要码速调整；后者只需相位调整，经码速调整后的异步复接就变为同步复接了。,图6-19 异步复接码速调整及恢复原理图,3码速调整,（1）正码速调整 所谓正码速调整，就是将被复接的低次群的码速都调高，使其同步到某一规定的较高的码速上。,图6-20 码速调整原理图,（2）负码速调整,负码速调整与正码速调整的基本原理是一样的，不同点仅为同步复接时钟f m取值不同。,6.5 码分多路复用,码分复用（CDM）是另外一种共享信道的方法，它是在FDM和TDM的基础上发展起来的。,（1）码分复用 （2）码片（chip） 码分复用的特点如下。 特点1：多路信号不论在时域上、还是在频域上是混叠在一起的，但它们在码型上是分开的，其原理如图6-22所示。 特点2：保密性好，信道利用率高，系统的容量大，建设成本低。,图6-21 CDMA系统的工作示意图,图6-22 CDM复用技术示意图,6.5.1 扩频通信,1基本概念 扩频通信即扩展频谱通信（Spread Spectrum Communication），是一种把信息的频谱展宽之后再进行传输的技术。,2基本原理,图6-23 扩频调通信工作原理图,3主要特点,（1）隐蔽性好，对各种窄带通信系统的干扰很小。 （2）频谱利用率高，易于重复使用频率。 （3）抗干扰性强，误码率低。 （4）可以实现码分多址。 （5）易于数字化，能够开展多种通信业务。,6.5.2 复用原理,CDMA的复用原理是基于码型分割信道，它是将多路信号用一组两两正交的序列编码来调制，使得调制后的信号可以同时在同一个信道上传输而互不干扰。 接收端利用编码的正交性，可以恢复出相应的各路信号。,CDMA通常采用扩频多址（Spread Spectrum Multiple Access，SSMA）来表征，在信号发送端的编码过程亦称为扩频调制，其所产生的信号也称为扩频信号。,小 结,1多路复用技术是能够实现在一条物理信道上传输多路信号的方法或技术，即在一条物理信道内形成多个逻辑信道的技术。 目前最基本的多路复用技术有3种：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、码分多路复用（CDM）。,2频分复用就是对物理信道进行频率划分以实现多路信号复用的方法。 在频分多路复用系统中，要传输的多路信号带宽之和必须小于物理信道的通频带宽度。 其主要特点是多路信号在频域上是分开的，而在时域上是混叠在一起的。,3时分复用就是各路信号分时占用同一个物理信道的多路复用技术。 时分复用是以时间作为分割信号的依据，利用各信号抽样值之间的时间空隙，使各路信号相互穿插而不重叠，从而达到 在一个信道中同时传输多路信号的目的。 其主要特点是多路信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。,430/32路PCM基群帧结构由32路语音信号组成一个基群，其中30路用来传输用户语音，2路用作勤务。 每个路时隙包含8位码，一帧共包含256bit。,5数字复接就是将若干个低速群数字