第十一章信道共享技术

第十一章信道共享技术第一页，共69页。11.1基本概念允许多个信号在一条数据链路上同时传输的技术。1.多路复用第二页，共69页。11.1基本概念第三页，共69页。11.1基本概念多路复用的四种形式：时分多路复用（TDM，TimeDicisionMultiplexing）频分多路复用（FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）波分多路复用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）码分多路复用（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）第四页，共69页。11.1基本概念2.PCM30/32路系统帧结构 对于语音信号，ITU-T建议采用8kHz抽样，抽样周期1/8k=125s，PCM的帧周期就是125s.

信令（标志信号）——通信网中与连接的建立、拆除和控制以及网路有关的信息。

把与许多路有关的信令信息，以及诸如网路管理所需的其它信息，借助于地址码在单一信令信道上传输的方式称为共路信令。在话路内或在固定附属于该话路的信令信道内，传输该路所需的各种信令的方式称为随路信令。第五页，共69页。PCM30/32路系统帧结构第六页，共69页。11.1基本概念(1)30个话路时隙

TS1～TS15：分别传送1～15路信号

TS17～TS31：分别传送16～30路信号(2)帧同步时隙

TS0

分偶帧和奇帧(3)信令与复帧同步时隙

TS16返回结束第七页，共69页。11.2时分多路复用(TDM-TimeDivisionMultiplexing)

1.时分多路复用的概念

所谓时分多路复用（即时分制）是利用各路信号在信道上占有不同的时间间隔的特征来分开各路信号的。第八页，共69页。11.2时分多路复用时分多路复用示意图

为了使通信正常地进行，在收、发两端的高速电子开关SA1、SA2必须同频同相。发端的分配器称为和路门，收端的分配器称为分路门。第九页，共69页。11.2时分多路复用PCM时分多路复用通信系统的构成时分多路通信系统的构成：用一个信源信息的相邻样值之间的空闲时间区段来传输其他彼此无关的信源信息。第十页，共69页。11.2时分多路复用基本概念：帧：抽样时各路信号每轮一次抽样的总时间（即开关旋转一周的时间），也就是一个抽样周期（tF=T）。位时隙：1位码占用的时间（

）。路时隙：和路的PAM信号每个样值所允许的时间间隔()。第十一页，共69页。信道328第十二页，共69页。11.2时分多路复用PCM30/32路系统的几个标准数据：帧周期：125s帧长度：328=256bit帧时隙：位时隙：码速率：第十三页，共69页。11.2时分多路复用2.同步TDM(SynchronousTDM)

同步复用技术就是把一个“带宽”、“时隙”等分配给各个要求通信的终端，而不管这个终端是否进行通信，都固定地占用着这个频带或时隙，直到这个终端拆线不用时为止。这种复用方法叫做“静态复用”。又因为这时的一个带宽或时隙是固定分配给一个终端的，它们是“对号入座”的，因此又叫做“同步复用”第十四页，共69页。11.2时分多路复用第十五页，共69页。11.2时分多路复用TDM,Demultiplexing第十六页，共69页。11.2时分多路复用3.异步TDM(AsynchronousTDM)异步TDM亦称“统计复用”。它实际上是一种时分复用的方法，全称叫做“统计时分多路复用”（StatisticalTimeDivisionMultiplexing），简称STDM。或称“异步时分多路复用”第十七页，共69页。11.2时分多路复用“统计复用”（又称动态复用）是“动态地”按需分配公共信道中的时隙。即只把需要传送信息的终端接入公共信道，对公共信道的时隙实行“按需分配”。统计表明，统计复用可比传统的时分复用提高传输效率2～4倍。第十八页，共69页。11.3频分多路复用(FDM-FrequencyDivisionMultiplexing)

在一条数据链路上多路信号分别调制在不同的载波上同时传输的技术第十九页，共69页。11.3频分多路复用第二十页，共69页。复用发信端调制，将各信号搬移到不同的频率范围。第二十一页，共69页。复用收信端收信端：带通滤波器，分开各路信号，解调。第二十二页，共69页。FDM时/频域处理过程第二十三页，共69页。11.3频分多路复用正交频分复用

20世纪中期,人们提出了频带混叠的多载波通信方案,也就是选择相互之间正交的载波频率作子载波的正交频分复用(OrthogonalFrequencyDivisionModulation,OFDM)第二十四页，共69页。OFDM技术优点

1)频谱利用率高2)子载波间干扰小、抗衰落能力强3)传输数据速率高,非常适合无线信道中的高速数据传输。11.3频分多路复用无线电广播电视领域ADSL

应用第二十五页，共69页。11.3频分多路复用OFDM技术基本思想是把高速率的信源信息流通过串并变换,变换成低速率的N路并行数据流,然后用N个相互正交的载波进行调制,最后将N路调制后的信号相加即得到发射信号。第二十六页，共69页。11.3频分多路复用OFDM的实现原理（上图）N:子载波的个数di(i＝0,1,2⋯N-1):分配给每个子信道的数据符号fｉ(i=0,1,2⋯N-1):第i个子载波的载波频率。OFDM传输的基本单位,N

个并行的符号di(i＝0,1,2...N-1)调制N个正交的子载波后作为一个OFDM符号发送出去,持续时间T。第二十七页，共69页。11.3频分多路复用OFDM符号周期内的信号s(t)可以表示为:

用等效基带信号来描述OFDM的输出符号第二十八页，共69页。对S(t)以T/N

的速率进行抽样11.3频分多路复用

可见,对数据流进行OFDM调制的过程可以等效为一个离散傅立叶逆变换运算(IDFT)。

同样在接收端,为了恢复原始信号di,可以对sk

进行逆变换,即离散傅立叶变换(DFT)得到:第二十九页，共69页。11.3频分多路复用第三十页，共69页。11.3频分多路复用OFDM的关键技术1）同步技术

OFDM符号由多个子载波信号叠加而成,各个子载波之间利用正交性来区分。对于OFDM系统来说,频率偏移会破坏子载波间的正交性,产生信道间干扰,影响系统性能。因此,同步是OFDM系统中非常重要的技术,同步性能的好坏直接关系到OFDM技术能否广泛应用于无线通信领域。当前提出OFDM系统中,同步方式主要可以分为:插入导频符号的同步和基于循环前缀的同步。这两种同步方法,各有其优缺点第三十一页，共69页。11.3频分多路复用2）信道估计技术为了恢复出原始数据流,接收端必须先进行信道估计,获得子载波上的参考相位和幅值。信道估计的准确性直接影响到整个OFDM系统的性能。常见的信道估计方法有两类:基于导频信息的信道估计和基于循环前缀的盲信道估计。第三十二页，共69页。11.3频分多路复用3）降低峰均功率比技术当子载波数目很大时,根据中心极限定理,OFDM信号波形将是一个高斯随机过程,其包络是不稳定的。经过非线性放大后,信号频谱扩展,其旁瓣干扰临近信道,破坏子信道之间的正交性。一般而言,要求发射机中的功放HPA(HighPowerAmplifier)具有很好的线性。为了不使频谱扩展得很厉害,HPA必须工作在有很大回退量的状态,这样就会浪费较大功率。第三十三页，共69页。

OFDM技术的应用11.3频分多路复用

正交频分复用技术已广泛用于宽带数据通信中,如高达1.6Mb/s的高比特率数字用户环路、高达6Mb/s的非对称数字用户环路、高达100Mb/s的超高数率数字用户环路、数字音频广播、数字视频广播、高清晰度电视。OFDM还被引入新的无线局域网标准,包括IEEE802.11a和IEEE802.11g,在5GHz范围提供高达54Mb/s的速率。在高性能局域网如HIPERLAN/2和ETSI-BRAN中也有采用。OFDM技术还被用于了IEEE802.16的城域网标准和综合业务数字广播设备中。第三十四页，共69页。11.3频分多路复用第三十五页，共69页。时分复用与频分复用的一个比较时分复用传送PCM信号，传输PCM信号所具备的优点在时分复用都得以体现。产生与恢复各路信号的电路结构相同，而且以数字电路为主，比频分复用系统的电路更容易实现超大规模集成，电路类型统一，设计、调试简单。容易控制各路信号之间的干扰（串话），合理设计码脉波形可使频带得到充分利用并且防止码间串扰。

11.3频分多路复用返回结束第三十六页，共69页。波分复用就是光的频分复用。即波分多路复用就是在光信道上采用的一种频分多路复用的变种。区别：光复用采用的技术与设备不同于电复用。1550nm01551nm11552nm21553nm31554nm41555nm51556nm61557nm701550nm11551nm21552nm31553nm41554nm51555nm61556nm71557nm82.5Gb/s1310nm20Gb/s复用器分用器EDFA120km11.4波分多路复用(WDM-WaveDivisionMultiplexing)

第三十七页，共69页。11.4波分多路复用

将8路传输速率为2.5Gb/s的光信号经过光调制后，分别将光信号的波长变换到1550nm~1557nm，每个光载波的波长相隔大约1nm，经过密集波分复用后，那么一根单模光纤的数据传输速率最高可以达到20Gb/s，这种系统在目前的高速主干网中已经广泛应用了。第三十八页，共69页。F2F1F3

光谱F1F2F3共享光纤的光谱光纤2光纤3光纤1共享光纤采用无源设备，更可靠棱柱/衍射光栅11.4波分多路复用第三十九页，共69页。光纤通道（fiberopticchannel）技术采用了波长分隔多路复用方法，简称为波分复用WDM;在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号称为密集波分复用DWDM；11.4波分多路复用第四十页，共69页。11.4波分多路复用波分多路复用原理示意图第四十一页，共69页。11.4波分多路复用波长变换器（OUT）

光放大设备(EDFA)

光分插复用设备(OADM）

光交叉互连设备(OXC)

DWDM的线路光速率可从10Gbit/s、20Gbit/s、40Gbit/s、80Gbit/s、320Gbit/s直至1600Gbit/s。

返回结束第四十二页，共69页。11.5码分多路复用每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。也称码分多址。优点：各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。可提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量(是使用GSM的4～5倍)，降低手机的平均发射功率等等。

第四十三页，共69页。11.5码分多路复用码片序列(chipsequence)每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片(chip)。每个站被指派一个惟一的mbit码片序列。如发送比特1，则发送自己的mbit码片序列。如发送比特0，则发送该码片序列的二进制反码。例如，S站的8bit码片序列是。发送比特1时，就发送序列，发送比特0时，就发送序列。S站的码片序列：(–1–1–1+1+1–1+1+1)第四十四页，共69页。11.5码分多路复用CDMA的重要特点1.每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交(orthogonal)。令向量S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内积(innerproduct)都是0：第四十五页，共69页。11.5码分多路复用任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是–1。第四十六页，共69页。11.5码分多路复用假设有4个信道，其信道编码分别为信道1C1=0000

信道2C2=1100

信道3C3=1010

信道4C4=1001C1.C2=0,C1.C4=0C1.C1=1,C2.C2=1第四十七页，共69页。11.5码分多路复用第四十八页，共69页。广播发送发送者并不知道接收者是谁，也就无从得知接收者的码片序列了。但发送者总知道自己的码片序列S和-S，若它发送传输比特1，就向介质上发送S，若发送传输比特0，就向介质上发送－S。要求接收者知道发送者的码片序列，接收者想要接收哪个发送者的传输比特，就要用到该发送者的码片序列。11.5码分多路复用第四十九页，共69页。11.5码分多路复用

例：A和B是发送者，在某个时刻，A发1而B发0，它们向介质上发送SA和－SB，在介质上的叠加信号

S总＝SA＋(－S)B

。对于接收者C、D和E：

C要接收A发送的传输比特，

D要接收B发送的传输比特，而E什么也不接收。

第五十页，共69页。11.5码分多路复用C在接收到的叠加信号后，由于它想要接收A发送的传输比特，它事先知道A的码片序列SA，有，

S总.SA=SA.SA+(-S)B.SA=1+0=1

得知A发送的传输比特是1；对D有

S总.SB=SA.SB+(-S)B.SB=0+(-1)=-1，得知B发送的传输比特是0。E什么也不用干。第五十一页，共69页。

在第三代移动通信的无线接口国际提案中，最广泛受到注意的是W-CDMA和cdma2000。11.5码分多路复用

这两种宽带CDMA方案，除了码片速率、同步方式、导频方式等有所不同外，其它如功率、软切换等基本技术并无大的区别。

中国的CDMA经过第一期建设，完成了对全国300多个主要城市的覆盖。第五十二页，共69页。11.5码分多路复用CDMA关键技术

一、RAKE接收机二、功率控制三、软切换四、软切换与更软切换五、信道编码六、多用户检测七、智能天线第五十三页，共69页。11.5码分多路复用返回结束CDMA构思巧妙，介质带宽利用率高，是一种先进的技术。第五十四页，共69页。11.6总线结构多机系统的信道共享技术多台计算机共享一条通路竞争总线，引起总线的访问冲突。为了减少或避免总线访问冲突，必须采取某种控制策略来分配总线：受控接入选择型：按一定策略，例如按固定顺序或站的优先级，选择一个计算机发送信息，未被选中的站不得发送；预约型：每个站分得一个时间片，每个站按所规定的时间片发送信息；令牌控制型：获得令牌的站有权占用总线，发送数据。随机接入竞争型：连接在总线上的站通过竞争占用总线，获得发送信息的权利。第五十五页，共69页。11.6总线结构多机系统的信道共享技术1.选择型总线接入控制

中心询问总线接入控制

第五十六页，共69页。11.6总线结构多机系统的信道共享技术轮转询问

第五十七页，共69页。11.6总线结构多机系统的信道共享技术中断驱动总线

次机有信息发送时，向控制器发出中断请求信号。第五十八页，共69页。11.6总线结构多机系统的信道共享技术2.预约型总线接入控制

频分多重访问技术主要用于宽带局域网络，通过频分技术多台计算机共享一条物理信道。采用CATV(CommunityAntennaTelevisionSystem，有线电视)作为传输系统，频率可达300MHz以上。优点是可以实现数字、声音、图像等综合信息传输。同步时分多重访问技术把单位时间分成固定长或可变长的时隙，总线上的每一个站点只能在预定的时隙内传输相应的一组数据第五十九页，共69页。11.6总线结构多机系统的信道共享技术异步时分多重访问技术采用动态分配信道的方式。有一台主机管理时隙的分配，集中预约式访问技术把传输过程分为两个阶段。首先集中预约，接着是数据传输，凡在第一阶段已经预约了的工作站点，可依次发送数据，不会发生竞争现象。轮转预约式访问技术采用轮转预约方式，它的主要特点是，某站预约申请成功后，立即发送数据。

第六十页，共69页。11.6