chapter 4 信道复用与多路复接

1、4.0 概述 4.1频分多路复用（FDM） 4.2 时分多路复用（TDM）,信道复用与数字复接,Chapter4,4.0 概述,1. 基本概念 多路复用（multiplexing）：多路信号同时在同一物理信道中传输。（图4-1） 复接：将多路信号在发送端合并的过程。 分接：将复接的信号在接收端分开的过程。 数字复接：把若干个小容量低速数字流合并成一个大容量的高速数字流，再通过高速信道传输，到收端后再分开，完成这个数字大容量传输的过程，就称为数字复接。,说明：多路复用包括复用、传输和分离三个过程。实现多路复用功能的设备叫多路复用器。复用器成对使用。,图4-1 多路复用原理图,4.0 概述,4.0

2、 概述,1）频分复用（FDM，frequency-division multiplexing）： 发端：将具有一定带宽的信道分割为若干个相互不重叠的较小频带的子信道，每个子信道传送一路信号。这样在信道中就可同时传送多个信号。 收端：用中心频率不同的带通滤波器将多路信号分开。,4.0 概述,频率,时间,频率 1,频率 2,频率 3,频率 4,频率 5,4.0 概述,特点：时间共享、频道分割使用。 主要问题：各路信号之间容易产生相互干扰（称为串扰）。 解决办法：1）有足够大的频率保护间隔； 2）严格控制调制信号的带宽。 应用：广播电视、电缆电视、数字数据传输,4.0 概述,4.0 概述,图4-3

3、FDM实现示意图,2）时分复用（TDM，time -division multiplexing）：将一条物理信道的传输时间分成若干个时隙，把这些时隙轮流地给多个信号源使用，每个时隙被复用的一路信号占用。这样，当多路信号准备传输时，一个信道就能在不同的时隙传输多路信号。,特点：时间分割使用，在信号传输时间片内使用整个频道资源（频率混叠）。,4.0 概述,TDM的条件：信道能达到的最高传输速率超过待传输的各路信号的传输速率之和。,见图4-4,4.0 概述,图4-4 TDM概念示意图,4.0 概述,3）码分复用（CDM，code-division multiplexing ）：基于码型分割信道。每个

4、用户分配有一个地址码，而这些码型互不重叠，以区分每个用户。,特点：信道的频率和时间资源均为各用户共享。 说明：CDM的基础是移动通信中的扩频技术。 扩频：利用扩频编码发生器产生的伪随机码对基带信号进行扩频调制，形成远大于原信号带宽范围的码。在接收端，用相同的伪随机码进行解扩，即压缩其频带，将信号恢复成原基带信号。不同用户得到不同的扩频编码，这些扩频编码就可以同时使用同一频率进行通信，互不干扰。,4.0 概述,图4-5 扩频通信原理图,应用：移动通信、无线计算机网络、移动性计算机联网,4.0 概述,2）通信隐蔽性好。信号频带变宽，单位频带内的信号功率变小，隐藏或淹没在噪声中，通信隐蔽；,优势：

5、1）抗干扰能力强。信号带宽扩展多少倍，在相同干扰强度下，噪声功率谱也扩展多少倍，这就相当于噪声功率不变时干扰强度只是原来的多少分之一；,4.0 概述,4.1.1 直接法FDM,4.1 频分多路复用（FDM）,LPF,MOD,BPF,LPF,MOD,BPF,LPF,MOD,BPF,f1(t),f2(t),fn(t),wc1,wc2,wcn,MOD,信道,图4-6 直接法FDM系统原理框图（发送端）,fs(t),wa,图4-7 直接法FDM系统原理框图（接收端）,wa,以2组，每组12路信号为例： 1、信号是单边带调制,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,12,11,10,9,8

6、,7,6,5,4,3,2,1,wc1,wc2,wa1,wa2,4.1 频分多路复用（FDM）,4.1.3 直接法和复级法的比较,直接法,复级法,1）信道容量：在信道带宽一定、且频带保护间隔相同的情况下，两种方法的最大容量相同。(设要复用mn路信号) ）所用载波数：mn1 m+ n ）所用调制器个数：mn1 mn+m ）复用路数小时采用复用路数大时采用,假设：wm消息信号的频谱范围 wg邻道保护间隔,4.1 频分多路复用（FDM）,4.1. 实际应用举例,多路载波电话系统,图4多路载波电话系统原理框图,多级调制、分层结构,图4-10多路载波电话系统频谱结构,调频立体声广播系统,图 - 调频立体声

7、广播系统发送与接收原理图 (a) 发送端; (b) 接收端,图 4- 调频立体声广播系统频谱结构图,时分复用（TDM，time -division multiplexing）： 将一条物理信道的传输时间分成若干个时隙，把这些时隙轮流地给多个信号源使用，每个时隙被复用的一路信号占用。,4.2 时分多路复用（DM）, ,4.2 时分多路复用（DM）,图 4 6 系统框图,4.2 时分多路复用（DM）,图 4 7路信号波形,基本概念：,帧：由各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧,时隙：一帧中相邻两个脉冲之间的时间间隔叫做时隙,保护时间：未被抽样脉冲占用的时隙叫做保护时间,各路信号脉冲间隔s,各路复

8、用信号脉冲的间隔s ,4.2 时分多路复用（DM）,抽样速率fs，抽样脉冲宽度和复用路数N的关系,复用信号带宽B与路数N的关系,从复用信号主要能量的观点考虑：,从不丢失复用信号信息的观点考虑：,4.2.2 信号的带宽及相关问题,时分复用后的信号仍然是基带信号,f :总和信号的脉冲速率;,时分复用系统必须严格同步,4.2 时分多路复用（DM）,4.2. 与的比较,4.2 时分多路复用（DM）,为了有效地利用传输线路，可将多个话路的PCM 信号用时分复用 方法装成时分复用帧，然后发送到线路上。 中国采用欧洲体制，以 E1 为一次群。 美国和日本等国采用北美体制，以 T1 为一次群。,4.2.4 时

9、分复用的PCM通信系统,4.2 时分多路复用（DM）,图 4 8发送端方框图,4.2 时分多路复用（DM）,图 4 9接收端方框图,4.2 时分多路复用（DM）,E1 的时分复用帧,4.2 时分多路复用（DM）,A=87.6/13折线压扩律，编码位数k=8，采用逐次比较型编码器，其输出为折叠二进制码。,8.2.5 路典型终端设备介绍,总数码率：,每帧时隙数：,1. 基本特性,话路数目：,抽样频率：,30,8 kHz,压扩特性：,32,8328 000=2 048 kb/s,基群,2. 帧与复帧结构,图 4 10 帧与复帧结构,帧构成 复帧,在PCM 30/32中，抽样周期为1/8000=125

10、 s，它被称为一个帧周期，即125 s为一帧。一帧内要时分复用32路，每路占用的时隙为125/32=3.9s，称为一个时隙。因此一帧有32个时隙，按顺序编号为TS0、TS1、 TS31。 时隙的使用分配为：,(1) 时隙分配, TS0为帧同步码，监视码时隙。 , TS16为信令(振铃、占线、摘机等各种标志信号)时隙。, TS1TS15, TS17TS31为30个话路时隙。,4.2 时分多路复用（DM）,(2) 话路比特的安排。,每个话路时隙内要将样值编为8位二元码，每个码元占3.9 s/8=488 ns，称为一比特，编号为18。第1比特为极性码， 第24比特为段落码，第58比特为段内码。,(3

11、) TS0时隙比特分配。,为了使收发两端严格同步，每帧都要传送一组特定标志的帧同步码组或监视码组。帧同步码组为“0011011”， 占用偶帧TS0的第28码位。,4.2 时分多路复用（DM）,第1比特供国际通信用，不使用时发送“1”码。 奇帧比特分配为第3位为帧失步告警用，以A1表示。同步时送“0”码，失步时送“1”码。为避免奇帧TS0的第28码位出现假同步码组，第2位码规定为监视码， 固定为“1”， 第48位码为国内通信用，目前暂定为“1”。 ,(4) TS16时隙的比特分配,若将TS16时隙的码位按时间顺序分配给各话路传送信令，需要用16帧组成一个复帧，分别用F0、F1、F15表示，复帧周期为2ms，复帧频率为500 Hz。复帧中各子帧的TS16分配为：,4.2 时分多路复用（DM）, F0帧：1