通信原理教程09章 多路复用和多址技术.ppt

通信原理 第九章多路复用和多址技术 2 9 1概述 多路复用目的 多路信号同时在同一信道中传输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 3种多路复用新方法 空分复用 SDW 极化复用 PDW 波分复用 WDM multiplexing 3 9 1概述 频分复用原理 multipleaccess 4 9 1概述 时分复用原理 frequencydivisionmultiplexing FDM 5 9 1概述 码分复用原理 timedivisionmultiplexing TDM 6 9 1概述 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 codedivisionmultiplexing CDM 7 9 2频分复用 频分复用的合路 spacedivisionmultiplexing SDM 8 9 2频分复用 频分复用的频谱构成 polarizationdivisionmultiplexing PDM 9 9 2频分复用 频分复用的分路 wavedivisionmultiplexing WDM 10 9 2频分复用 12路群的多级调制 multipleconnection 11 9 2频分复用 多级调制和单级调制的比较实例 12路语音信号采用频分复用 每路信号的频率范围均为300Hz 3400Hz 单级调制LPF1种12个 载波12种12个 调制器12种12个 BPF12种12个 共计37种48个 两级调制LPF1种12个 一级载波3种12个 一级调制器3种12个 一级BPF3种12个 二级载波4种4个 二级调制器4种4个 二级BPF4种4个 共计22种60个 basicgroup 12 9 2频分复用 频分复用实例 国际电信联盟建议基群一基群由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 supergroup 13 9 3时分复用 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 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 这一点正好与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 mastergroup 14 9 3时分复用 时分复用实现框图 timeslot 15 9 3时分复用 时分复用原理图示 commutator 16 9 3时分复用 时分复用时隙分配和帧结构 frame 17 9 3时分复用 话路时分复用技术标准 国际电信联盟 准同步数字体系 PDH E体系T体系同步数字体系 SDH InternationalTelecommunicationsUnion ITU 18 9 3时分复用 准同步数字系列 E体系 plesiochronousdigitalhierarchy PDH 19 9 3时分复用 准同步数字系列 T体系 synchronousdigitalhierarchy SDH 20 9 3时分复用 E体系结构 hierarchy 21 9 3时分复用 PCM一次群帧结构一帧有32个路时隙 TS0 TS1 TS31 TS0用于帧同步 TS16用于话路信令 每个路时隙包含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个路时隙中30个用于传输话路信号 故称30 32系统 frameconfiguration 22 9 3时分复用 PCM一次群帧结构图示 23 9 3时分复用 随路信令 24 9 3时分复用 复接技术复接技术是解决来自不同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 将高次群分解为低次群的过程称为分接 复接技术的关键是 多路TDM信号时钟的统一和定时问题 25 9 3时分复用 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 码速调整的代价例如 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 码速调整的方法正码速调整 负码速调整 正 负码速调整等 26 9 3时分复用 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 27 9 3时分复用 同步数字体系体系结构信息是以 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125 s SDH的速率等级 synchronoustransfermodule STM 28 9 3时分复用 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 overhead 29 9 3时分复用 SDH的结构 容器 C n 存放信息 有高阶和低阶之分 路径开销 POH 终端站路径信息 虚容器 VC n 加了POH的容器 container 30 9 3时分复用 SDH的结构 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 支路单元指针 TUprt 指向支路单元 支路单元群 TUG 由若干个支路单元组成 管理单元 AU n 是一种信息结构 起信息管理作用 管理单元指针 GUprt 指向管理单元 管理单元群 GUP 由若干个管理单元组成 段开销 SOH 有关段的信息 virtualcontainer 31 9 3时分复用 SDH的体系结构 pathoverhead POH 32 9 3时分复用 SDH的帧结构 33 9 3时分复用 SDH的体系结构STM 1是SDH最基本 最重要的结构 STM N按同步复用 字节间插形成 STM 1的帧容量为270 9 2430byte STM 1的帧容量为2430 8 19440bit STM 1的帧速率为8000帧 s STM 1的比特速率为155 520Mbit s STM N的比特速率为155 520 NMbit s 34 9 4码分复用 CDM 码组的互相关函数设x和y两个等长码组 x x1 x2 xi xN y y1 y2 yi yN 式中 xi yi 1 1 i 1 2 N 它们的互相关函数定义为两个码组正交的充分和必要条件为 x y 0 35 9 4码分复用 CDM 正交码组实例s1 1 1 1 1 s2 1 1 1 1 s3 1 1 1 1 s4 1 1 1 1 36 9 4码分复用 CDM 用 0 和 1 表示的互相关函数 0 表示 1 1 表示 1 互相关系数定义式式中 A为x和y中对应码元相同的个数 D为x和y中对应码元不同的个数 37 9 4码分复用 CDM 用 1 和 0 表示二进制码元的实例特点 38 9 4码分复用 CDM 码组的自相关函数式中 x的下标i j应按模N运算 即xN i xi 自相关函数实例设x x1 x2 x3 x4 1 1 1 1 则其自相关系数为 x 0 1 x 1 0 x 2 1 x 3 0 39 9 4码分复用 CDM 用 0 和 1 表示的自相关函数 0 表示 1 1 表示 1 自相关系数定义式式中 A为x和y中对应码元相同的个数 D为x和y中对应码元不同的个数 互相关函数和自相关函数的取值范围 1 1 40 9 4码分复用 CDM 有关码组正交的几个定义当 0时 码组为正交编码当 0时 码组为准正交编码当 0时 码组为超正交编码超正交编码若一码组中的任意两个码组均超正交 则称这种编码为超正交编码 例 s1 0 1 1 s2 1 1 0 s3 1 0 1 41 9 4码分复用 CDM 双正交编码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 42 9 4码分复用 CDM 四路码分复用原理方框图 43 9 4码分复用 CDM 四路码分复用波形图 44 9 4码分复用 CDM 正交码 阿达玛 Hadamard 矩阵2阶阿达玛矩阵2阶阿达玛矩阵简洁表示阶数为2的整幂的阿达玛矩阵的递推公式 45 9 4码分复用 CDM 正交码 阿达玛 Hadamard 矩阵4阶阿达玛矩阵 46 9 4码分复用 CDM 正交码 阿达玛 Hadamard 矩阵8阶阿达玛矩阵 47 9 4码分复用 CDM 阿达玛 Hadamard 矩阵的性质正规阿达玛矩阵 H矩阵对称 且其第一行和第一列中的元素全为 若交换正规H矩阵的任意两行或两列 或者改变任一行 或列 中的全部元素的符号 此矩阵仍为H矩阵 但不一定正规 高于2阶的H矩阵的阶数一定是4的倍数 48 9 4码分复用 CDM 正交码 沃尔什 Walsh 矩阵 49 9 4码分复用 CDM 伪随机码具有类似白噪声的随机特性但是又能重复产生 具有良好的相关特性 可以用于码分复用 多址接入 测距 密码 扩展频谱通信和分离多径信号等许多用途 伪随机序列有多种 其中以m序列最为重要 m序列m序列是一种由线性反馈移位寄存器产生的周期最长的序列 50 9 4码分复用 CDM 4级m序列发生器 初始状态 周期 24 1 15 run length 注 不能出现全0态 51 9 4码分复用 CDM n级m序列发生器递推方程特征方程 52 9 4码分复用 CDM 本原多项式使一个线性反馈移位寄存器产生最长周期序列的充分必要条件是其特征方程f x 为本原多项式 本原多项式满足以下三个条件 多项式是既约的 即不能分解因子 设m 2n 1 多项式是xm 1的因子 多项式不是xq 1 q m的因子 例 53 9 4码分复用 CDM 常用本原多项式 54 9 4码分复用 CDM m序列的性质均衡性 一个周期内 1 的个数比 0 的个数多一个 游程分布 游程是指序列中取值相同的一段元素 并把这段元素的个数称为游程长度 000111101011001长度为1的游程数占2 1长度为2的游程数占2 2长度为k的游程数占2 k连 1 游程和连 0 游程数量相等 55 9 4码分复用 CDM m序列的性质移位相加特性例 Mp 000111101011001Mr 100011110101100Ms 100100011110101Mr为Mp循环右移1位的结果 Ms为Mp循环右移3位的结果 56 9 4码分复用 CDM m序列的性质自相关特性 57 9 4码分复用 CDM m序列的性质功率谱密度 58 9 5多址技术 多址技术的基本概念不同地域的不同用户同时 或几乎同时 使用统一信道的技术 多址技术与复用技术的异同点通过频分复用 时分复用和码分复用等技术使多路信号共用统一信道 多址技术指的是相距遥远的用户远程分享一个信道 如卫星通信等 而复用技术是指一个地区的用户分享一个