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,3,6.1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,6.1概述,5,时分复用原理,6.1概述,6,码分复用原理,6.1概述,7,6.1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）,8,6.1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。,9,6.1概述,三、信道复用与多址技术的区别与联系,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。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,11,6.2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：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；调制方式一般选择SSB方式，以节省带宽。,12,6.2频分复用(FDM),13,6.2频分复用(FDM),14,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1224kHz的前群信号；基群：一基群由12路话路构成，占用48kHz带宽，位于60108kHz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312552kHz；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8122044kHz。,6.2频分复用(FDM),15,12路群的多级调制,6.2频分复用(FDM),16,6.2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),19,20,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,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=125s。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125s16=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,6.3时分复用(TDM),24,随路信令,6.3时分复用(TDM),25,6.1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),30,31,注：Cji表示第j支路的第i个码速调整控制比特。,ITU建议的8.448Mb/s二次群的复接帧结构,32,复接帧结构图：,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,6.3时分复用(TDM),35,准同步数字系列（PDH）T体系,6.3时分复用(TDM),36,37,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125s。SDH的速率等级,6.3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),39,6.3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,41,6.4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：,式中i=1,2,N,42,6.4码分复用(CDM),互相关系数定义：,两码组正交的必要和充分条件:,43,6.4码分复用(CDM),例如：,44,6.4码分复用(CDM),四路码分复用原理方框图：,45,6.4码分复用(CDM),四路码分复用波形图：,返回,46,正交码哈达码（Hadamard）矩阵2阶哈达码矩阵2阶哈达码矩阵简洁表示阶数为2的整幂的哈达码矩阵的递推公式,6.4码分复用(CDM),47,正交码哈达码（Hadamard）矩阵4阶哈达码矩阵,6.4码分复用(CDM),48,正交码哈达码（Hadamard）矩阵8阶哈达码矩阵,6.4码分复用(CDM),49,哈达码（Hadamard）矩阵的性质正规哈达码矩阵：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。,6.4码分复用(CDM),50,正交码沃尔什（Walsh）矩阵,6.4码分复用(CDM),51,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。,6.4码分复用(CDM),52,4级m序列发生器,初始状态,周期241=15,注：不能出现全0态,6.4码分复用(CDM),53,n级m序列发生器递推方程特征方程,6.4码分复用(CDM),54,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21长度为2的游程数占22长度为k的游程数占2k连“1”游程和连“0”游程数量相等,6.4码分复用(CDM),55,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。,6.4码分复用(CDM),56,m序列的性质自相关特性,6.4码分复用(CDM),57,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,58,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）使用同一信道的技术。常用多址技术频分多址技术FDMA时分多址技术TDMA码分多址技术CDMA,6.5多址技术,59,频分多址原理：将一个带宽有限的信道按频率划分成多个子带，分配给不同的用户。实例：卫星通信系统,6.5多址技术,60,6.5多址技术,FDMA的优缺点：主要优点：设备较简单，价格较低，不需要精确的时钟同步；主要缺点：要求传输信道的非线性失真要小。例如，在卫星通信系统中，若一个星上转发器内同时转发多个载波信号，则星上（行波管）放大器的非线性将在各载波信号间产生交叉调制，使星上（行波管）放大器只能工作在线性好的一段功率范围。,61,时分多址原理：将一个带宽有限的信道按时间划分成多个时隙，分配给不同的用户。实例：卫星通信系统,6.5多址技术,62,6.5多址