第十章复用和数字复接技术

1、第十章第十章 复用和数字复接技复用和数字复接技 术术 v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 多路复用技多路复用技 术术 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 一一 多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念 v定义：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。 多路信号多路信号 一路复用信号一路复用信号 一路接收信号一

2、路接收信号 多路信号多路信号 合成合成 分解分解 Source Destination v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-Division Multiplex,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(TimeDivision Multiplex,TDM） v同步时分多路复用（同步） v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

3、码分多路复用或码分多址(Code DivisionMultiplex Address,CDMA） 多路复用分类多路复用分类 二二 频分多路复用（频分多路复用（FDM） vFDM是根据频率参量的差别来分割信号的。 vFDM对各路信号的要求： 只要各路信号在在频谱上不重叠频谱上不重叠，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。 v下图给出了频分多路复用频分多路复用的一般情况。 v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每个调制后的信号都需要一个以它的载波频率 为中

4、心的带宽，称之为为中心的带宽，称之为通道（信道）通道（信道）。 v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基本原理基本原理 v发送端： 调制合成传输（复合信号） 频分复用发送器频分复用发送器 FDM基本原理基本原理 v接收端： 滤波(BPF)解调(Demodulator) 频分复用接收器频分复用接收器 三个话音信号多路复用频谱图三个话音信号多路复用频谱图 FDM应用系统应用系统_电话系统电话系统 FDM应用系统_电话系统 v注意两个问题： 第一，防止串扰问题防止串扰问题。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

5、在频带前后 各增加500Hz的保护带。 第二，减少噪声减少噪声。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 vAT&T分级结构 ：（书上是CCITT的标准） 12路电话复用到60kHz108kHz的频带上，构成一个群(Group， 48kHz)； 5个群(60路电话)复用到312kHz552kHz的频带上，构成一个超群 (Supergroup，240kHz)； 5个超群(300路电话)复用到812kHz2044kHz的频带上，构成一个 主群(Mastergroup，1.12MHz)； 3个主群(900路电话)复用到8516

6、kHz12388kHz的频带上，构成一 个超主群(Supermastergroup)； 4个超主群(360路电话)复用到42612kHz59684kHz的频带上，构成 一个巨群(Gaintgroup)。 vFDM：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。 vTDM：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。 三三 时分多路复用（时分多路复用（TDM） vTDM：完全由数字线路实现，近几年得 到广泛应用。 v时分复用又分为同步时分复用和异步时 分复用。 时 分 多 路 复 用 器 43214321 同步时分多路复用同步时分多路复用 S

7、4 S3 S2 S1 S4 S3 S2 S1 多 路 解 复 用 器 同步多路电子同步多路电子 开关开关 t1t2 同步时分多路复用（同步时分多路复用（TDM） 同步TDM中的基本概念 v（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。 v在具有N路输入系统中，每个帧至少含有N 个时间片。 vSynchronous TDM：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同步时分多路复用帧的传输 时 分 多 路 复 用 器 S4 S3 S2 S1 123412341234 4路输入信号路输入信号 每帧含有每帧含有4个

8、时间片个时间片 帧帧n帧帧2帧帧1 Time 分配给某一设备的时间片在一帧中的位置是固定的 v（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； v交错可以按 bit/byte/Data block v交错过程： 2.同步同步TDM中的基本概念中的基本概念 时 分 多 路 复 用 器 DDD CC B AAA D C B A 4路输入信号路输入信号 每帧含有每帧含有4个时间片个时间片 帧帧2帧帧1 D CADA 帧帧3 同步时分多路复用交错过程同步时分多路复用交错过程 v（3）帧定位比特：在每帧的开始附加一个或多个同 步比

9、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。 v（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.同步同步TDM中的基本概念中的基本概念 同步TDM标准 v主要采用一种脉冲编码调制的技术 PCM(Pulse Coded Modulation) vPCM电话系统是时分多路PCM系统的一种 最重要的应用。 v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。 v北

10、美和日本的技术：T1线路（24） vITU-T推荐的TDM标准：E1线路（30） T1载波载波 v帧格式帧格式 v最大传输速率最大传输速率 = 位数位数/帧帧 * 采样频率采样频率fs = （1+8*24）* 8000 = 1.544 (Mbps) 分分 帧帧 位位 控控 制制 位位 7654321 * 24 （对应（对应24路话音）路话音） 数据位数据位 同步TDM的传输标准 v帧格式帧格式 v最大传输速率最大传输速率 = 位数位数/帧帧 * 采样频率采样频率fs = （8*2+8*30）* 8000 = 2.048 (Mbps) E1载波载波 8位位 同步同步 Total=30 （对应（对

11、应30路话音）路话音） 8位位 信令信令 8位位 数据数据 8位位 数据数据 实例:同步TDM S4 S3 S2 S1 时 分 多 路 复 用 器 AAAAA CCC AC 帧帧1 CA 帧帧2 CA 帧帧3 A 帧帧4 A 帧5 同步同步TDM实例实例 缓冲器 v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。 m mu M ) 1( 缓冲区容量 复用信号支 路数 复用单位（帧）比特数 计算题 v例例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

12、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。 v解：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。 v（2）如果假设每个字符为8位，因此每帧有 85=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。 v（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 81005=4000bps。由此可计算出该系统的效率 为97.6%

13、。 v同步TDM缺点：资源浪费 v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。 v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。 v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） Asynchronous TDM Intelligent TDM 异步时分多路复用（STDM） A2A4 B3B4 C1C3 D2D3 统计统计 时分时分 多路多路 复用复用 器器 C1 A2D2 B3C3D3 A

14、4B4 帧帧1帧帧3 帧帧2帧帧4 SA SB SC SD 帧长不固定的帧长不固定的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 AACACACA S1 AAAAA CCC 情况情况1：两条输入线路发送数据：两条输入线路发送数据 时 分 多 路 复 用 器 S5 S4 S3 S2 E C AE C AE C A S1 AAAAA CCCC 情况情况2：三条输入线路发送数据：三条输入

15、线路发送数据 EEE A C A 时 分 多 路 复 用 器 S5 S4 S3 S2 A E D C A E D C A S1 AAAAA CCCC 情况情况3：四条输入线路发送数据：四条输入线路发送数据 EEE E D C DDD A C A 时 分 多 路 复 用 器 S5 S4 S3 S2 D C B A E D C B A S1 AAAAA CCCC 情况情况4：五条输入线路发送数据：五条输入线路发送数据 EEE A C A DDD E D C B A E BBB 性能分析 vN：输入源数目，即复用信道数 vR：每个源数据率 bps vM：复用线路的信道容量，即最大传输速率 v：每个数据源传输比例（0 = N vSTDM:帧内时间片数M = N 效率上： v 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） v 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 vTDM:时间片固定(包括个数，与数据源的 对应） ，帧长度固定。 vSTDM: 帧长度可以是固定的也可以是不 固定的。 作 业 v6-3 ? A? v例例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