第十章--复用和数字复接技术.ppt

第十章复用和数字复接技术 实际通信系统中经常要在异地之间同时传送多路信号 一般采用 近距离多路信号传输 采用多路低速传输介质分别传输多路信号远距离多路信号传输 采用一条高速传输介质传输多路信号 多路复用技术 复用器 解复用器 输入缓冲器 输出缓冲器 第十章多路复用技术 一多路复用技术基本概念 定义 将一些彼此无关的低速信号按照一定的方法和规则合成一路复用信号 并在一条公用 高速 信道上进行数据传输 到达接收端再进行分离的一种技术 理论依据 信道多路复用的理论基础是信号分割原理 信号分割的依据在于信号之间的差别 这种差别可以体现在频率 时间或波形等参量上 多路复用技术理论依据 按照频率的差别来分割信号的多路复用称为频分多路复用 Frequency DivisionMultiplex FDM 按照时间上的差别来分割信号的多路复用称为时分多路复用 Time DivisionMultiplex TDM 同步时分多路复用 同步 统计时分多路复用 异步 根据码字的不同来实现信号分割的多路复用称为码分多路复用或码分多址 CodeDivision MultiplexAddress CDMA 多路复用分类 二频分多路复用 FDM FDM是根据频率参量的差别来分割信号的 FDM对各路信号的要求 只要各路信号在频谱上不重叠 即可以在同一信道中传输 最后用滤波器将其分开 实现频分多路复用 下图给出了频分多路复用的一般情况 在该图中 有4个信号源输入到一个多路复用器上 复用器用不同的频率 f1 f2 f3 f4 调制每一个信号 每个调制后的信号都需要一个以它的载波频率为中心的带宽 称之为通道 信道 为了防止信号间的相互干扰 在每一条通道间使用保护频带进行隔离 保护频带是一些无用的频谱区 FDM基本原理 发送端 调制 合成 传输 复合信号 频分复用发送器 FDM基本原理 接收端 滤波 BPF 解调 Demodulator 频分复用接收器 三个话音信号多路复用频谱图 FDM应用系统 电话系统 FDM应用系统 电话系统 注意两个问题 第一 防止串扰问题 如果相邻话路信号的频带重叠 串话现象就可能发生 因此要在频带前后各增加500Hz的保护带 第二 减少噪声 尽量消除其非线性噪声 因为非线性因素会产生新的频率成分 如果刚好在信号频带范围内 形成同频干扰 FDM标准化 AT T分级结构 书上是CCITT的标准 12路电话复用到60kHz 108kHz的频带上 构成一个群 Group 48kHz 5个群 60路电话 复用到312kHz 552kHz的频带上 构成一个超群 Supergroup 240kHz 5个超群 300路电话 复用到812kHz 2044kHz的频带上 构成一个主群 Mastergroup 1 12MHz 3个主群 900路电话 复用到8516kHz 12388kHz的频带上 构成一个超主群 Supermastergroup 4个超主群 360路电话 复用到42612kHz 59684kHz的频带上 构成一个巨群 Gaintgroup FDM 以频率作为分割信号的参量 采用模拟技术 对计算机通信不太合适 TDM 以时间作为分割信号的参量 即信号在时间位置上分开但它们能占用的频带是重叠的 三时分多路复用 TDM TDM 完全由数字线路实现 近几年得到广泛应用 时分复用又分为同步时分复用和异步时分复用 同步时分多路复用 TDM 同步TDM中的基本概念 1 帧 TDM传送信号时 以帧为单位进行传输 每一帧又被分成若干时间片 每路信号占用一个或多个时间片 在具有N路输入系统中 每个帧至少含有N个时间片 SynchronousTDM 时间片是预先分配给数据源且固定不变的 同步时分多路复用帧的传输 Time 分配给某一设备的时间片在一帧中的位置是固定的 2 交错 如果把同步时分复用器想象成高速旋转开关 开关的这种以固定的速率和固定的顺序在设备间的移动过程就称作交错 交错可以按bit byte Datablock交错过程 2 同步TDM中的基本概念 时分多路复用器 DDD CC B AAA 4路输入信号每帧含有4个时间片 帧2 帧1 帧3 同步时分多路复用交错过程 3 帧定位比特 在每帧的开始附加一个或多个同步比特 以便于解复用器识别后同步 从而精确地分离各时间片 比特模式 101010 一旦建立帧同步 接收器会继续监视帧定位比特 如果监视中断 接收器必需再次进入同步模式的搜索 4 比特填充 同步不同传输速率的数据源 使得不同数据源间速率匹配 近似呈整数倍关系 主要是通过复用器在设备的数据流中插入附加的比特 2 同步TDM中的基本概念 同步TDM标准 主要采用一种脉冲编码调制的技术PCM PulseCodedModulation PCM电话系统是时分多路PCM系统的一种最重要的应用 现在PCM没有统一的标准 各个国家使用了各种互不兼容的方法 北美和日本的技术 T1线路 24 ITU T推荐的TDM标准 E1线路 30 T1载波 帧格式最大传输速率 位数 帧 采样频率fs 1 8 24 8000 1 544 Mbps 数据位 同步TDM的传输标准 帧格式最大传输速率 位数 帧 采样频率fs 8 2 8 30 8000 2 048 Mbps E1载波 实例 同步TDM 同步TDM实例 缓冲器 在交错法中 当复用器取走一路信号的一个数据后 又切换到其它其它信号源上 但这路信号的其它数据又源源不断传来 因此需要一个缓冲区暂存这些数据以等待输出 缓冲区容量 复用信号支路数 复用单位 帧 比特数 计算题 例6 1五个信源通过同步TDM复用在一起 每个信源每秒产生100个字符 每个字符为8位 假设采用字符交错技术而且每帧需要一个比特同步 帧速率是多少 复用线路上的比特率是多少 并求出该系统的传输效率 解 1 已知每个信源每秒产生100个字符 而每一帧容纳每个信源的一个字符 由此可知该系统的帧速率是100帧 秒 2 如果假设每个字符为8位 因此每帧有8 5 40位 再加上每帧有一位帧定位比特 所以每帧的长度为41位 由此可计算出通路上的比特率是41位 帧 100帧 秒 4100bps 3 要想计算传输效率 已知通路上的比特率为 4100bps 而各通道上传输有用数据的总合为8 100 5 4000bps 由此可计算出该系统的效率为97 6 同步TDM缺点 资源浪费原因 帧中时间片与用户一一对应 用户没有数据发送时也占用这个时间片 因而浪费资源 为了提高时隙的利用率 可以采用动态分配 按需分配时隙的技术 以避免每帧中出现空闲时隙的现象 即每一个时间片都可被任何一路信号使用 以这种动态分配时隙方式工作的技术称为统计时分多路复用 STDM 或称异步TDM ATDM 或智能TDM ITDM AsynchronousTDMIntelligentTDM 异步时分多路复用 STDM STDM帧长度可以是固定的也可以是不固定的 时间片位置也可以是不固定的 因此每个时隙应带有地址信息 指明该数据属于哪一路设备 因此STDM的每个时隙存在额外开销 实例 帧长度固定的STDM 时分多路复用器 S5 S4 S3 S2 S1 AAAAA CCCC 情况2 三条输入线路发送数据 EEE 时分多路复用器 S5 S4 S3 S2 S1 AAAAA CCCC 情况3 四条输入线路发送数据 EEE DDD 时分多路复用器 S5 S4 S3 S2 S1 AAAAA CCCC 情况4 五条输入线路发送数据 EEE DDD BBB 性能分析 N 输入源数目 即复用信道数R 每个源数据率bpsM 复用线路的信道容量 即最大传输速率 每个数据源传输比例 0 1 同步TDM 1K 复用链路容量对最大输入总量的比例同步TDM K 1 不考虑额外帧定位比特 复用链路利用率 线路平均利用率表示全部支路链路容量中被使用比例Q 复用器中缓冲区容量Tq 传输延迟 多路复用技术比较 多路复用技术可以使多路信号通过一条传输媒介发送数据 FDM与TDM比较FDM在适合模拟通信技术 效率高 能够充分利用传输媒介带宽资源 但随输入信号增加设备趋于复杂 TDM适合数字通信技术 同步TDM 帧长度固定的STDM 不同TDM比较 3 同步TDM与STDM比较时间片上 N条输入线路 TDM 帧内时间片数为M N STDM 帧内时间片数M N效率上 TDM 效率低 但技术可靠 通信费用低 即使数据源 线路空闲也要占用时间片 STDM 效率高 技术先进 但缓冲的容量较大 需用地址信息以便解复用器确定数据流向 即控制规程较复杂 4 复用过程 TDM 时间片固定 包括个数 与数据源的对应 帧长度固定 STDM 帧长度可以是固定的也可以是不固定的 作业 6 3 A 例6 1五个信源通过同步TDM复用在一起 每个信源每秒产生100个字符 每个字符为8位 假设采用字符交错技术而且每帧需要一个比特同