城市轨道交通通信设备技术-信道复用技术

ATC系统概述2主要内容

一

硬件结构及协议二

工作原理三

以太网相关要点3一、硬件结构及协议网络硬件NetworkHardware①服务器(Server)

专用服务器/高档微机②工作站或客户机(Workstation/Client)

通常是微机（有盘/无盘）③传输介质(Medium)

双绞线、同轴电缆、光纤、无线电波4一、硬件结构及协议网络硬件NetworkHardware④NIC(网络接口卡）亦称为“网络适配器”⑤其他共享硬件硬盘，打印机，调制解调器，等等。⑥网络连接设备

HUB、中继器、交换机、路由器、网关、网桥等5一、硬件结构及协议网络软件NetworkSoftware①网络操作系统（NOS）

UNIX、Windows2000（Server版）等②工作站操作系统

Windows9X/Me/XP等③各种应用软件数据库管理系统等6一、硬件结构及协议以太网的介质访问控制技术

IEEE802.3MediumAccessControlCSMA/CD及其早先的技术可以叫做“随机访问”或“争用”技术。之所以说是“随机访问”，是指没有为每个站点的发送规定某个可预计或有计划的时间，站点发送的顺序是随机的。之所以说是“争用”，是指站点需要争夺线路的时间来获得发送权。这些技术中最早的是ALOHA协议.ALOHA：夏威夷人传统问候语或分别时用语7一、硬件结构及协议纯ALOHA协议PureALOHAAloha协议或称Aloha技术、Aloha网，是世界上最早的无线电计算机通信网。它是1968年美国夏威夷大学的一项研究计划的名字，由该大学的Abramson等人于70年代初研制成功的一种使用无线广播技术的分组交换计算机网络，也是世界上最早、最基本的无线数据通信协议。这项研究计划的目的是要解决夏威夷群岛之间的通信问题。Aloha网络可以使分散在各岛的多个用户通过无线电信道来使用中心计算机，从而实现一点到多点的数据通信。8一、硬件结构及协议纯ALOHA协议之原理PrincipleofPureALOHA发送网上各站点在任何时刻只要需要，就可以自由地发送信息（以帧的形式）。信息发送完毕，发送站等待一段时间，等待时间等于信道上最远的两个站之间的传输时延的两倍。若在等待时间内收到接收站的确认信息，则表明发送成功，否则重发该数据帧。但为了避免继续冲突，各站需等待一段随机时间后再重发；若再产生冲突，则再等待一段随机时间再重发……若多次重发都失败（仍收不到确认信息），则停止发送该帧。ALOHA协议的最大特点是“想说就说”。9一、硬件结构及协议纯ALOHA协议之原理PrincipleofPureALOHA接收接收站根据“帧校验字段”（同HDLC帧）值对所接收的帧进行差错检验。如果检验无差错，而且地址相符，接收站就发送一个确认帧。否则就丢弃所接收的帧。帧可能因信道噪声或同一时间其他站点传输发出的帧而损坏(发生冲突了)。任何帧相遇都会立即产生冲突（collision）纯ALOHA协议最大的缺点是最大吞吐率不到理想值的18.4%(吞吐率：成功发送的信息数与实际发送的信息数之比)。10一、硬件结构及协议时隙ALOHA协议SlottedALOHAALOHA的改进版，1972年由Robert提出，可将吞吐率提高一倍。将信道时间分为等长的时间长度,每个长度正好等于一个帧的传输时间（又称“时隙”或“分槽“Slot）。所有站点的时钟必须保持同步。各站只能在时隙的起始时间才能开始发送信息。这样只有那些都在同一个时隙开始进行传输的帧才有可能冲突。故此可能发生冲突的危险区比ALOHA降低了大约一半，在任一帧传输时无其他帧发送的概率约为0.368，即信道的吞吐率最大可达37%。11一、硬件结构及协议载波监听多路访问协议CSMAprotocol纯ALOHA和时隙ALOHA的传输效率都不高，主要原因是各站独立地决定发送的时刻,使得冲突的概率很高,信道利用率下降。CSMA要求各站在发送之前先监听信道上是否有其他站点正在传送（载波监听）。如果有，就稍候；如果无，就发送。如果多个站点同时发送，就会产生冲突，导致信息混淆，传输失败。站点在传输后将等待一定时间（往返时间加上确认帧争用时间）以接收确认帧。收不到确认(因冲突)就重传。最大吞吐率远远超过纯ALOHA和时隙ALOHA，取决于传播时间（媒体长度）和帧的长度：帧越长，传播时间越短，吞吐率越高。12一、硬件结构及协议监听算法TypesofCSMA使用CSMA，需要某种算法来规定发现信道忙时各站点应该采取的策略。于是就有了几种采用不同载波监听策略的CSMA技术：非坚持CSMA1-坚持CSMAP-坚持CSMA性能:CSMA>时隙ALOHA>纯ALOHA13一、硬件结构及协议非坚持CSMANon-PersistentCSMA信道监听如果信道忙，等待一个随机时间，然后再次对信道进行监听。如果信道空闲，刚立即发送。发现冲突等待一个随机时间，然后重新开始。14一、硬件结构及协议1-坚持CSMA1-PersistentCSMA信道监听信道监听如果信道忙，继续监听信道，一旦发现信道空闲，立即发送。发现冲突等待一个随机时间，然后重新开始。之所以称为“1-坚持”，原因是主机一发现信道空闲，百分之百（即概率为1）肯定发送。15一、硬件结构及协议p-坚持CSMAP-PersistentCSMA信道监听如果信道忙，等待直到信道空闲。信道空闲，可能发送(概率为P)，可能延迟一个时间单位再发送(概率为1-P)。时间单位通常等于最大传播时延。发现冲突等待一个随机时间，然后重新开始。16一、硬件结构及协议小结：CSMA协议每个站在发送数据前，先监听信道上有无其他站正在发送信息，若无，则发送数据；则有，则暂不发送，退避一段时间后再尝试。——其最大的特点是“先听后说”。CSMA的监听策略有三种算法：非坚持一旦监听到信道忙就不再坚持听下去，延迟一段随机时间后再重新监听。（信道利用率不高）1-坚持监听到信道忙时仍然坚持听下去，直到空闲为止。一旦信道空闲就发送。如有冲突，等待一随机时间后再监听。（冲突较大）P-坚持监听到信道忙时仍然坚持听下去，直到空闲为止。当听到信道空闲时，以概率p发送数据。(p=1时，即为1坚持）

p-坚持的主要问题是如何确定一个合适的p值。轻载时，1坚持CSMA吞吐量特性最好；重载时，非坚持CSMA吞吐量特性最好，但时间延迟增大。ATC系统概述18主要内容

一

硬件结构及协议二

工作原理三

以太网相关要点19二、工作原理CSMA/CD原理：介质访问规则以太网是典型的采用竟争方式解决介质占用问题的局域网技术，它的介质访问规则有三个关键点：1.连接在介质上的多个节点对介质拥有同等的访问权限。采用竞争的方式来决定某一时刻由哪个节点来占用介质，同一时刻内可能有多个节点访问网络，这就是所谓的“多路访问”。2.节点判断网络介质是否空闲以及发送是否成功都是通过载波监听的方式来实现的。3.从1、2两点来看，以太网不可能避免两个节点同时发送数据的情况出现，这就会产生冲突，因此必须设法避免冲突造成的不可恢复的通信差错，这就要进行冲突检测。20二、工作原理介质访问规则：如何控制节点访问网络介质由MAC层定义CSMA/CD：Carrier-SenseMultipleAccesswithCollisionDetection，带冲突检测的载波侦听和多路访问工作过程：先听后发边听边发冲突回退候时重发比喻：一个文雅的座谈会21二、工作原理以太网基本工作原理：载波监听机制开始检测介质（监听）介质忙？发送帧碰撞？随机退避时间YESNONOYES继续发送直至完成22二、工作原理以太网基本工作原理：CSMA/CD的缺点整体效能30%50%安全区域注意区域危险区域网络繁忙时间：％使用设备数量21030PCDesktoppublishingwithlaserprinterDisklessCAD/CAMworkstation整体效能23二、工作原理以太网与CSMA/CD协议EthernetandCSMA/CD总线型和星型拓扑的网络最常用的媒体访问控制技术是CSMA/CD(载波监听多路访问)协议。以太网是使用IEEE802.3标准（即采用CSMA/CD访问控制技术）的网络系统。最早是由施乐（Xerox）公司开发，后来由DEC和施乐公司联手拓展。它是一种使用CSMA/CD访问控制技术（遵循IEEE802.3标准）的局域网系统。85年IEEE802委员会在此基础上颁布802.3标准。以太网是最流行的局域网系统。由于以太网与其他LAN类型相比，具有易用、易安装、易维护、低成本等诸多优点，目前世界上80～85%与LAN相连的PC和工作站使用以太网连接。24二、工作原理CSMA坚持和退避CSMAPersistenceandBackoff25二、工作原理载波监听多路访问/冲突检测CSMA/CD载波监听目的：降低冲突次数如果信道空闲，立即发送如果信道忙，等待直到信道空闲冲突检测目的：降低冲突的影响，使信道在冲突发生可以尽快恢复使用一检测到冲突就放弃传输，等待一个随机时间，然后重新监听。26二、工作原理CSMA/CD执行过程载波监听27二、工作原理每站在发送数据前，先监听信道是否空闲；若是，则发送数据，并继续监听下去，一旦监听到冲突，立即停止发送，并在短时间内连续向信道发出一串阻塞信号（JAM）强化冲突，如果信道忙，则暂不发送，退避一随机时间后再尝试。CSMA/CD协议在CSMA协议基础上增加了发送期间检测冲突的功能。其最大特点是“先听后说,边说边听”。该协议已被IEEE802委员会采纳，并以此为依据制定了IEEE802.3标准。CSMA/CD协议同样可分为“非坚持”、“1-坚持”和“p-坚持”三种。以太网通常采用非时隙1-坚持CSMA/CD。ATC系统概述29主要内容

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硬件结构及协议二

工作原理三

以太网相关要点30二、工作原理以太网工作原理：载波监听多路访问CarrierSenseMultipleAccess(CSMA)一个站点有数据要发送时，要先将其冲突计数器清零，然后监听电缆，看是否有其他站点的载波(信号)在传送。“监听”可以通过监测电缆上是否有电流（每个比特大致为18～20毫安）来实现。每个比特是以10MHz(快速以太网为100MHz）的时钟频率进行曼彻斯特编码后发送的。如果信道没有空闲，就等待，直到信道空闲。然后还要再等一个小的“帧间隔”（IFG）时间（最小为9.6微秒）以便让所有接收站点有时间为下一轮的传输作好准备。

【帧间隔】以太网数据帧之间的最小时间间隔，用于设备恢复，以便下一帧数据的接收。任何一个以太网帧，则在传输前都要等待一个帧间隔时间。只有此期间网络持续空闲，才能开始试发送。帧间隔使网路上的各个设备都有相同的机会获得发送权。31二、工作原理以太网工作原理：冲突检测CollisionDetection(CD)CSMA并不能避免两个站点同时发送。如果两个站点都想发送，而且都监听到信道是空闲的，它们将都认定目前无人在使用信道。这样就会产生冲突。每个正在发送数据的站点都继续监听自己的发送过程。如果发现冲突（如同轴电缆上的电流值超过24毫安），就立即停止发送，而改发一个32比特的阻塞码。发送阻塞码的目的是确保各接收方将因CRC差错而丢弃该帧。带冲突检测的监听算法把浪费带宽的时间减少到检测冲突的时间。为保证在帧传输时间内能检测到冲突，要求限制最小帧长(持续时间应不小于2倍的最大传播时延)。接收站将对小于最小帧长的帧当作冲突碎片处理而丢弃之。32二、工作原理以太网的性能（1）PerformanceofEthernet(1)如果只有一个站点要发送，该站点可占用整个传输信道，所以可获得将近100%的信道利用率。即在一个10Mbps的网络上可获得将近10Mbps的吞吐量。如果有两个或更多个站点要同时发送，线路利用率和吞吐率就会下降——部分带宽被冲突和退避延迟消耗了。实际上，一条共享10Mbps以太网络通常只能提供2～4Mbps的吞吐量给所连接的各个站点。33二、工作原理以太网的性能（2）PerformanceofEthernet(2)随着网络利用率的增加，特别是如果有许多站点争用时,可能出现过载情况。此时，网络的吞吐量将急剧下降，信道容量的大部分被CSMA/CD算法耗费掉，只有极小部分用于传送有用的数据。为什么一个共享的以太网要求站点数不得超过1024个，原因就在此。许多工程师以利用率达到40%作为LAN过载的临界值。利用率较高的LAN将出现高冲突率，传输时间也极可能变化很大（由于退避）。使用网桥或交换机将LAN分成两个或更多个冲突域将是极其有益的。34二、工作原理时隙SlotTime为了确保所有站点都能在发送站完成发送前开始接收到帧，以太网规定了最小帧长（如要求每个帧有效长度不小于64个字节）。最小帧长与网络跨距、所用的传输媒体类型以及信号达到LAN的最远端时需要通过的中继器的数目有关。所有这些因素定义了一个称为“以太网时隙”的参数。带宽为10Mbps或100Mbps的以太网时隙为512比特（64字节，对10Mbps以太网为51.2微秒）时间，带宽为1000Mbps的以太网时隙为4096比特（512字节）时间。35二、工作原理以太网工作原理：退避重发

RetransmissionBack-Off在一个繁忙的网络上，如果所有站点在冲突发生后都试图立即重发，肯定会引起所谓“二次冲突”。所以，要求采取措施将同时重发的概率降低到最小。以太网技术使用的是所谓“随机退避时间”，即每个站点选择一个随机数，乘以时隙时间（即最小帧长时间51.2微秒）。规定重发前必须先等这一个随机时间。退避算法中还规定须对重发次数（N）进行计数，并将最大重发次数限定为16次，即16次冲突后站点将放弃发送，并报告一个错误。每次重发时,发送站点先构造一个数列:{0,1,2,3,4,5,...L}，其中L为2K-1，K=N，K≤10。然后从该数列中随机取一个数R。发送站点退避等待（延迟发送）时间为Rx时隙时间，即Rx51.2微秒（对10Mbps以太网）。36二、工作原理二进制指数退避算法

BinaryExponentialBackoffAlgorithm当网络中出现冲突时，发生冲突的发送站点将延迟（退避）一个时间（由退避算法决定）后才能重发。退避算法要求每个发送站点在试图重新传输前必须等待的时间应为时隙（51.2微秒）的整数倍。该整数的取值则由下式决定：

0≤R＜2K-1，式中K=min(N,10)变量K实际上是冲突的次数，只是最大值为10。所以，R的范围是0至1023（K=10时）。R的实际取值是由每个以太网站点的随机程序决定的。随着连续冲突次数的增加，可能产生的退避时间范围将呈指数增加。规定最大重发次数不超过16次。37二、工作原理退避示例

Exampleforbackoff在两次冲突之后,N=2，于是K=2，数列范围为{0,1,2,3}，表明再次冲突的概率为四分之一。对应的等待时间则为{0,51.2,102.4,153.6}微秒中的一个。在三次冲突之后，N=3，数列范围为{0,1,2,3,4,5,6,7}，表明再次冲突的概率为八分之一。而在四次冲突之后，N=4，数列范围变成{0,1,2,3,4,5,6,7,8,9,10,11,12,13,14,15}，表明再次冲突的概率为十六分之一。ATC系统概述39主要内容

一

硬件结构及协议二

工作原理三

以太网相关要点40三、以太网相关要点IEEE802.3帧格式IEEE802.3FrameFormat前同步字段：56个0和1交替出现的比特帧起始字段：帧起始字界符（10101011）帧的总长度:64至1518字节(从目标地址到帧校验字段)PA1010…1010前同步码SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L数据字段长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验41三、以太网相关要点IEEE802.3帧格式IEEE802.3FrameFormat前同步字段：用于接收方进行位同步帧起始字段：标明帧开始处，并使接收方得以确定帧其余部分第一个比特的位置目标地址和源地址字段：可以是唯一的物理地址\组地址\全局地址长度/类型字段：LLC子层数据长度，或者是信息类型，取决于该帧是按IEEE802.3标准，还是按早期的以太网标准LLC数据字段：由LLC子层提供的数据单元填充字段：使帧有足够长度以便进行冲突检测帧校验字段：除前同步、帧起始和帧校验三个字段外，其余字段的32位循环冗余码42三、以太网相关要点最大帧长度MaximumFrameLength任何长度超过1518字节的帧被称为“超长帧”，将被接收站自动丢弃。43三、以太网相关要点最小帧长度MinimumFrameLength任何长度小于64字节的帧被称为“冲突碎片”或“残余帧”，将被接收站自动丢弃。44三、以太网相关要点以太网的帧类型EthernetFrameTypes802.3的帧格式PA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验PA1010…1010前导11同步DA目标地址SA源地址类型DATAPADFCS帧校验MAC控制操作码(2字节)控制码参数(60字节，不足填0)

62位2位6字节6字节2字节46-1500字节4字节

类型值不超过1500时，表示数据字段长度；等于8888（十六进制）时，表示MAC控制帧，等于8100（十六进制）时，表示VLAN-tagged（标识）帧，用来辅助路由和网络管理。值为其他时，表示非标准的专用帧。以太网的帧格式三、以太网相关要点以太网MAC子层：如何工作PA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L数据字段长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验发送过程最开始是生成正确的前导/SFD序列，接着是真正的帧内容（包括DA，SA，长度/类型以及数据），最后是作为FCS字段的计算出的CRC序列。MAC层可有效地将主机（计算机）传递给它的面向字节的数据进行转化，并将其串行化为可在网络介质上进行传输的位流。三、以太网相关要点以太网MAC子层：如何工作PA1010…1010前导SFD10101011帧起始DA目标地址SA源地址L数据字段长度DATA数据PAD帧填充FCS帧校验接收过程MAC层将输入的位流重新转化为由字节构成的帧。MAC层检查所接收到的位流，找出帧起始位置，并丢弃前导和帧起始SFD字段。然后MAC层将所接收帧中的目标地址字段值与并与本机的MAC地址进行比较。如果不匹配，便丢弃接收帧。如果匹配则将对所接收的帧独立计算其CRC值，并将计算结果与从接收帧FCS字段（最后4个字节）中值CRC比较。如果彼此不匹配，MAC层就发出“出错”报告。如果正确，就将数据字段上传给LLC子层。三、以太网相关要点MAC地址MACAddressMAC地址又称硬件地址或物理地址。使用MAC地址的不是以太网就是令牌环网。硬件地址为48位，写成12个十六进制数字。书写时可以不带连字符(如0800200070DF)，亦可带一个连字符(080020-0070DF)，不过规范的写法是每个字节用一个连字符(如08-00-20-00-70-DF)。MAC地址有六个字节的信息，常用十六进制表示，前三个字节为网络设备生产厂商代号，后三个字节为厂商分配到设备上的序列号，如下：厂商CISCO3ComHPSunIBMIntel厂商代号00000C02608C08000908002008005A00AA00三、以太网相关要点关于MAC地址MoreaboutMACAddress每个MAC地址在全球都是唯一的。如果生产商用完了分配的标识数字，它总是能够得到新的前缀。FF-FF-FF-FF为广播地址。帧结构中SA(源地址)不可为广播地址。检测本机MAC地址的方法：◆使用winipcfg命令（适配器地址）◆使用ipconfig命令(PhysicalAddress)三、以太网相关要点以太网地址的传送TransmittinganEthernetAddress三、以太网相关要点以太网卡EthernetCards【类型】

常用网卡类型总线规格适用机型

NE1000及兼容卡（8位）ISA总线IBM-PC、XTNE2000及兼容卡（16位）ISA总线286（AT）至486NE3200及兼容卡（32位）EISE总线EISA总线PCVL总线卡（32位）VESA总线486DX/2-66等

PCI总线卡（32/64位）PCI总线Pentium以上等注意·用于无盘工作站时，应另配一只远程引导芯片（PROM）【网卡接口形式】

AUI插座(15芯)

10BASE5(粗缆以太网用，接收发器上DIX连接头）

BNC插头(卡式)10BASE5与10BASE2(粗、细缆以太网用，接T形头)

TPI插座

10BASE-T(双绞线以太网用，接RJ-45双绞线接头)三、以太网相关要点以太网电缆标志Concisenotation同轴电缆（每个网段最大长度500米）电缆上传输的信号是基带信号（数字信号）传输速率为10Mbps同轴电缆（每个网段最大长度3600米）电缆上传输的信号是宽带信号（模拟信号）传输速率为10Mbps50Ω同轴电缆（基带传输型）

10BASE575Ω同轴电缆（宽带传输型）

10BROAD362185米—F光纤—T双绞线信道复用和多址方式53主要内容

一

概述

二

频分复用

三

时分复用

四

码分复用

五

多址技术1.信道（多路）复用54一

、概述目的：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）1.信道（多路）复用55一

、概述频分复用原理f1f2fNOOO

1.信道（多路）复用56一

、概述时分复用原理t1t2tNOOO

1.信道（多路）复用57一

、概述码分复用原理t1t2tNOOO

1.信道（多路）复用58一

、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）2.多址接入技术59一

、概述目的：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。3.信道复用与多址技术的区别与联系60一

、概述（1）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。（2）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。信道复用和多址方式62主要内容

一

概述

二

频分复用

三

时分复用

四

码分复用

五

多址技术63二、频分复用定义：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：（1）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；（2）调制方式一般选择SSB方式，以节省带宽。64二、频分复用(a)发送端原理方框图12.3~15.4kHz16.3~19.4kHz12kHz20kHz16kHz多路信号输出相乘带通低通话音输入1f1相乘带通低通话音输入2f2相乘带通低通话音输入3f3300~3400Hz300~3,400Hz300~3,400Hz12kHz16kHz20kHz基带语音信号300–3,400Hz12.3–15.416.3–19.420.3–23.4f/kHz065二、频分复用多路信号输入(b)接收端原理方框图话音输出1话音输出2话音输出3相乘低通带通f1相乘低通带通f1相乘低通带通f112.3~15.4kHz16.3~19.4kHz20.3~23.4kHz3400Hz3400Hz3400Hz16kHz20kHz12kHz66二、频分复用频分复用实例：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12～24kHz的前群信号；基群：一基群由12路话路构成，占用48kHz带宽，位于60~108kHz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312~552kHz；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812～2044kHz。67二、频分复用12路群的多级调制调制器48k三路复用BPF1224调制器60k调制器72k调制器84kBPFBPFBPF6072728484969610860108124356789101112信号三路复用三路复用三路复用68二、频分复用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。信道复用和多址方式70主要内容

一

概述

二

频分复用

三

时分复用

四

码分复用

五

多址技术71三、时分复用1.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。2.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。72三、时分复用NNsi(t)低通1低通2低通N信道低通1低通2低通Ns1(t)s2(t)1帧T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N同步旋转开关s1(t)s2(t)s2(t)s1(t)sN(t)sN(t)时隙1旋转开关采集到的信号信号s1(t)的采样信号s2(t)的采样时分多路复用原理73三、时分复用时分复用原理图示tttt74三、时分复用时分复用时隙分配和帧结构12n12n12TTc时隙长度帧周期75三、时分复用3.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=125

s。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125

s×16=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。76三、时分复用3.PCM一次群帧结构PCM一次群帧结构图示16帧，2.0msF0F15F14F13F12F11F10F9F8F7F6F5F4F3F2F1TS31TS30TS29TS28TS27TS26TS25TS24TS23TS22TS21TS20TS19TS18TS17TS16TS15TS14TS13TS12TS11TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS2TS1TS032路时隙，256bit，125μs×0011011×111111A1偶帧奇帧帧同步时隙信令时隙话路时隙77三、时分复用3.PCM一次群帧结构随路信令TS31TS30TS29TS28TS27TS26TS25TS24TS23TS22TS21TS20TS19TS18TS17TS16TS15TS14TS13TS12TS11TS10TS9TS8TS7TS6TS5TS4TS3TS2TS1TS000001A211abdabcdcabdabcdc信令时隙F1F15CH1CH16CH15CH30F0同步信令信令78三、时分复用4.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。79三、时分复用4.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。80三、时分复用5.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。81三、时分复用5.码速调整码速调整方案：有多种。如：正码速调整、负码速调整、正/负码速调整等；82三、时分复用5.码速调整正码速调整法：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。83三、时分复用5.码速调整(a)(b)(c)正码速调整时的抽样

(a)输入码元波形 (b)无误差抽样时刻

(c)速率略高的抽样时刻84三、时分复用5.码速调整支路比特率(kb/s)2048支路数4帧结构比特数帧同步码(1111010000)向远端数字复用设备送告警信号为国内通信保留自支路来的比特码速调整控制比特Cj1(见注)自支路来的比特码速调整控制比特Cj2(见注)自支路来的比特码速调整控制比Cj3(见注)用于码速调整的比特自支路来的比特第I组第1至10b第11b第12b第13至212b

第II组第1至4b第5至212b第III组第1至4b第5至212b

第IV组第1至4b第5至8b第9至212b帧长每支路比特数每支路最大码速调整速率标称码速调整比848b206b10kb/s0.42485三、时分复用5.码速调整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）86三、时分复用5.码速调整准同步数字系列（PDH）——E体系层次比特率（Mb/s）路数（路

64kb/s）E

12.04830E

28.448120E

334.368480E

4139.2641920E

5565.148768087三、时分复用5.码速调整准同步数字系列（PDH）——T体系层次比特率（Mb/s）路数（路

64kb/s）T

11.54424T

26.31296T

332.064（日本）48044.736（北美）672T

497.728（日本）1440274.176（北美）4032T

5397.200（日本）5760560.160（北美）806488三、时分复用5.码速调整准同步数字系列（PDH）——T体系130

(30路

64kb/s)一次群2.048Mb/sPCM复用设备1

4路

2.048Mb/s二次群

8.448Mb/s二次复用4复用设备三次群

34.368Mb/s三次复用复用设备144路

8.448Mb/s

五次复用复用设备五次群

565.148Mb/s4路

139.264Mb/s

四次群

139.264Mb/s复用设备144路

34.368Mb/s

四次复用E体系结构图89三、时分复用5.码速调整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125µs。SDH的速率等级等级比特率(Mb/s)STM-1155.52STM-4622.08STM-162,488.32STM-649,953.2890三、时分复用6.主要优点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。信道复用和多址方式92四、码分复用1.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,…,N93四、码分复用1.基本原理（1）码组正交的概念：互相关系数定义：两码组正交的必要和充分条件:94四、码分复用1.基本原理（1）码组正交的概念：例如：0000-1+1+1+1+1-1-1-1s3s1s2s4正交码组tttt95四、码分复用1.基本原理（1）码组正交的概念：四路码分复用原理方框图：

mi

si＋s1m1

s2m2

s3m3

s4m4

积分m1m2m3m4s4

s2

s1

s3

积分积分积分96四、码分复用1.基本原理（1）码组正交的概念：四路码分复用波形图： 四路码分复用波形图TTTTTTttt(c)mi(t)

si(t)(b)si(t)(a)mi(t)t(d)

mi

si(e)(

mi

si)sit(f)

(

mi

si)sidttttttttttttttttt97四、码分复用1.基本原理正交码——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98四、码