《复用与多址技术》PPT课件.ppt

1、2020年9月11日星期五,数字通信原理,第八章 复用与多址技术,多路复用技术和多址技术都是现代通信技术中最重要和最基本的概念之一。它们的基本原理相近，而应用目的不同。 多路复用技术用于多路信号的集中传输，多址技术则用于多路信号在一个网络系统中的选址通信。 【例】 复用单身聚会（集中） 多址婚姻介绍（牵线）,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.1 复用,复用：是指把多路信号复合在一起、共同占用公用信道进行传输的技术。 复接：在发送端把信号综合在一起的过程。 分接：在接收端把综合的信号分开的过程。 【说明】 实际的通信系统是一个庞大的通信网，有众多的用户信号需要同时传送，因而需要采用复

2、用技术，以实现大容量的传输。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,复用的主要问题，在于如何将多路信号综合在一起，并保持它们各自的“独立性”，以便在接收端能将各路信号完全分离出来。 复用的理论基础，是信号正交分割技术，要求任意两路信号之间满足正交的关系。对于任意两路信号f1(x)和f2(x)，如满足,复用的基本原理,我们就说，f1(x)和f2(x)在x的取值区间(x1,x2)上是正交的。,【例如】sint和cost、sinmt和sinnt在（t0，t0+T）上是正交的。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,复用的分类,常用的复用方式有 频分多路复用 （Frequency-divisi

3、on multiplexing FDM） 时分多路复用 （Time-division multiplexing TDM） 码分多路复用 （Code-division multiplexing CDM） 等。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.2 频分复用技术（FDM）,所谓频分复用，是指信道的可用频带被分为若干个互不交叠的频段，各信号同时使用信道，但是占用不同的频段。 实现频分复用的方法，是通过调制手段将信号的频谱搬移到不同的指定位置上。常用的调制是单边带调制，这样可以有效地提高频带利用率。 调制过程中采用多级复接分接技术，可以大大减少所使用的载波频率数量。 【例】图82是一个采用

4、频分复用的两级复接分接原理图，所需载波频率由单级的mn减少为m+n。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,【例】图8-2 两级复接分接原理图,2020年9月11日星期五,数字通信原理,频分复用的优缺点,频分复用的优点是：信道利用率高，复用路数多，分路方便。 频分复用主要用于模拟系统，如长途有线载波传输系统、电视广播（图像、伴音、色度）、光纤通信系统（针对光波波段的波分复用WDM）等。 频分复用中的问题，是各路信号之间会产生相互干扰，称为串扰。 原因一是由于已调信号的高频分量会泄露到通带之外（带外辐射）； 另一个原因是非线性器件会产生新的频率分量（谐波干扰）。 解决串扰的办法，一是在复接过

5、程中应保持一定的缓冲带，二是改善系统的线性特性。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,【例】多路载波传输系统组群方案,规定取4kHz作为一路语音信号的标准带宽；实际复用时一般采用单边带调制。 12个单边带频谱组成一个基群模块（124=48kHz）； 5个基群复接成一个超群；5个超群复接成一个主群。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,【例】多路载波传输系统组群方案,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.3 时分复用技术（TDM）,所谓时分复用，是指在时域上各信号分别占有不同的时间片断。 在时分多路复用中，把时间分为若干均匀的时间片断（时隙），将各路信号的传输时间分配在不同的

6、时隙内，使多路信号能够相互分开、互不干扰，如图810所示。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,【例】图8-10 按位复用的TDM数字信号,2020年9月11日星期五,数字通信原理,时分复用技术的优缺点,时分复用主要用于数字通信。通过时分复用，可以将低速的数字信号汇集成高速的数字流送到干线上传输。与FDM相比，TDM通常具有更高的复用效率，组合灵活，适合采用数字信号处理。 缺点：在TDM系统中，给各路信号固定分配时隙存在着利用率不高、信道浪费的现象 （【例】某路通话停顿）。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,统计时分复用（STDM）,为克服这一缺点，可采用统计时分复用（STDM）

7、技术，即实际物理信道以时隙划分，分配给到达并需要传输的数据分组，而不是固定分配给某一用户。 在STDM系统中，需要对数据打包、加上报头，由相应的标记来保证连接和通信的畅通。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,时钟同步技术,在时分复用系统中，由于各路信号是严格按照时间位置插入和取出的，因此需要可靠的时钟同步技术作保证。 根据同步时钟形成方式的不同，分为同步复接和异步复接（准同步复接）。同步复接指的是各路信号采用统一时钟频率，异步复接是指各路信号所用的时钟频率存在一定的容差，需经码速调整到统一的时钟频率后再进行复接。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.4 码分多路复用（CDM）

8、,是指各路信号码元在频率上和时间上都是相互重叠的（即使用相同的载波频率、占用相同的频带、发射时间任意），但代表每个码元的码组是正交的。正交矩阵,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.6 多址技术,多址技术广泛应用于无线通信，它是指把处于不同地址（如手机号码）的多个用户接入一个公共传输媒质，使多对用户同时进行通信的技术。 多址通信的目的，是为了实现多用户系统中的指定连接。 目前已应用的多址技术，主要有频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址（CDMA）等。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.6.1 频分多址（FDMA）,在频分多址中，不同地址的用户占用不同的频率（

9、即采用不同的载波频率），通过滤波器选取信号并抑制无用干扰，各信道可同时使用。 频分多址技术比较成熟，早期的模拟移动电话系统均使用这种方式。因为各个用户使用不同频率的信道，所以用户容量有限。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.6.2 时分多址（TDMA）,在时分多址中，不同地址的用户占用同一频带的同一载波，但占用的时间不同。各用户只在规定的时隙内（一个时隙称为一帧）以突发的形式发射它的已调信号，各用户信号在时间上是严格依次排列、互不重叠的。 时分多址通信系统是一种数字传输系统，现在的移动通信系统多数都采用这种多址技术。显然，在可用频段数相同的情况下，采用时分多址技术比频分多址技术能容

10、纳更多的用户。 但时分多址通信系统需要精确定时和同步，以保证各用户发送的信号不会发生重叠。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.6.3 码分多址（CDMA）,在码分多址中，不同地址的用户均占用信道的全部带宽和时间，但是每个用户都被分配给一个唯一的、互不相关的“码序列”。 发送时使用该“码序列”对基带信号进行调制，接收机采用相关检测器将具有特定码型的用户信号解调出来，而其他不相关的信号相当于“背景噪声”。 码分多址以扩频通信技术为基础，可容纳比时分多址系统还要多的用户，且具有低功率、软切换、抗干扰能力强等优点。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,【补充】扩频技术,扩频技术是将需

11、传送的具有一定带宽的信号,用一个带宽远大于该信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的宽带信号作相关处理，把宽带信号换成原来的窄带信号，以实现信息通信。 香农信道容量公式 在信道容量一定的情况下，增加带宽，对信噪比的要求下降。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.6.4 空分多址（SDMA）,空分多址技术是利用空间分割构成不同的信道。 【例】 在一颗卫星上使用多个天线，各个天线的波束射向地球表面的不同区域。地面上不同地区的地球站，它们在同一时间、即使使用相同的频率进行工作，之间也不会形成干扰。,2020年9

12、月11日星期五,数字通信原理,总结,在实际应用中，多址技术常与多路复用技术混合使用，时分多址与频分多址技术也常混合使用。 例如，GSM系统就是TDMA与FDMA混合使用的。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,GSM,GSMGlobal System for Mobile Communications，全球移动通讯系统，俗称“全球通”。是一种起源于欧洲的移动通信技术标准，是第二代移动通信技术，其开发目的是让全球各地可以共同使用一个移动电话网络标准，让用户使用一部手机就能行遍全球。 目前，中国移动、中国联通各拥有一个GSM网，为世界最大的移动通信网络。GSM系统包括 GSM 900：900MHz、GSM1800：1800MHz 及 GSM-1900：1900MHz等几个频段。 在GSM900系统中，将若干个小区组成一个区群，每一个区群所分配的载频是不重复的（FDMA），每个载频又划分为8个时隙（TDMA）。,2020年9月11日星期五,数字通信原理,8.7 同步系统,同步：发送端和接收端要有统一的时间标准，使“步调一致”或“节拍一致”，是数字通信的前提； 载波同步：在数字调制系统中，当采用相干解调（又称同步检测）时，接收端必须获得一个与发端载波同频同相的载波； 位同步：又称码元同步，使码元判决时钟的周期