Chapter-4-信道复用与多路复接课件.ppt

1、q4.0 概述q4.1频分多路复用（FDM）q4.2 时分多路复用（TDM）信道复用与数字复接Chapter4q4.0 4.0 概述概述1.基本概念基本概念多路复用多路复用（multiplexing）：多路信号同时在同一物理信道中传输。（图4-1）复接复接：将多路信号在发送端合并的过程。分接分接：将复接的信号在接收端分开的过程。数字复接数字复接：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。多路复用器n个输入。多路复用器n个输出1条高速通信线路n 个信道复接分接多路复用包括复用、传输和分离三个过程。实现多

2、路复用功能的设备叫多路复用器多路复用器。复用器成对使用。图4-1 多路复用原理图q4.0 4.0 概述概述2.2.多路复用分类多路复用分类频分多路复用频分多路复用时分多路复用时分多路复用波分多路复用波分多路复用码分多路复用码分多路复用多路复用多路复用q4.0 4.0 概述概述1）频分复用（）频分复用（FDM，frequency-division multiplexing）：发端：将具有一定带宽的信道为若干个的较小频带的，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：用的带通滤波器带通滤波器将多路信号。q4.0 4.0 概述概述频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 5q

3、4.0 4.0 概述概述特点：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）。解决办法：1）有足够大的频率保护间隔频率保护间隔；2）严格控制调制信号的带宽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q4.0 4.0 概述概述ft.子信道n fn子信道3 f3子信道2 f2子信道1 f1警戒频带信道带宽图4-2 FDM概念示意图q4.0 4.0 概述概述图4-3 FDM实现示意图2）时分复用（）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

4、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。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）。q4.0 4.0 概述概述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4-4q4.0 4.0 概述概述 A B C D A B C D A B C D A B C D ft子 信 道 A 的 间 隙信道带宽图4-4 TDM概念示意图q4.0 4.0 概述概述3）码分复用（）码分复用（CDM，code-division multiplexing）：基于码型分割信道。每个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

5、。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扩频编码发生器产生的伪随机码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。q4.0 4.0 概述概述DB1DB1B2B2信源数 据 解调扩 频 解调数据调制扩频调制接收扩频编码发生器扩频编码发生器同步电路图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q4.0 4.0 概述概述2）通信隐蔽性好

6、。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：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；q4.0 4.0 概述概述频分多路复用频分多路复用直接法直接法复级法复级法4.1.1 直接法直接法FDMq4.1 4.1 频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM）LPFMODBPFLPFMODBPFLPFMODBPFf1(t)f2(t)fn(t)wc1wc2wcnMOD信道图图4-6 直接法直接法FDM系统原理框图（系统原理框图（发送端发送端）fs(t)waBPFDEMLPFBPFD

7、EMLPFBPFDEMLPFf1(t)f2(t)fn(t)wc1wc2wcnDEM图图4-7 直接法直接法FDM系统原理框图（系统原理框图（接收端接收端）wa4.1.2 复级法复级法FDMLPFMODBPFLPFMODBPFLPFMODBPFf1(t)fn(t)fm+n(t)wc1wcnwcnMOD图图4-8 复级法复级法FDM系统原理框图（系统原理框图（发送端发送端）fs(t)LPFMODBPFf(m+1)(t)wc1MODBPFBPFwa1wam以2组，每组12路信号为例：1、信号是单边带调制 12111098765432112111098765432112121211wc1wc2wa1w

8、a2q4.1 4.1 频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM）4.1.3 直接法和复级法的比较直接法和复级法的比较直接法直接法复级法复级法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q4.1 4.1 频分多路复用（频分多路复用（FDMFDM）4.1.实际应用举例实际应用举例First-levelM UX1212Second-levelM UX125Third-levelM UX1210Basi

9、cGroupSuperGroupM asterGroup(a)04 kHzf(b)12111098765432160 kHz180 kHz48 kHzBasic Group A(LSB)121110987654321196 kHz148 kHzBasic Group B(USB)(c)12121212121111112345Super Group 1(LSB)312 kHz552 kHz12121212121111112345Super Group 2(USB)300 kHz60 kHz(d )Voice Channel多路载波电话系统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

10、结构04 kHzf(a)12111098765432160 kHz180 kHz48 kHzBasic Group A(LSB)121110987654321196 kHz148 kHzBasic Group B(USB)(b)12121212121111112345Super Group 1(LSB)312 kHz552 kHz12121212121111112345Super Group 2(USB)300 kHz60 kHz(c )图4-10多路载波电话系统频谱结构调频立体声广播系统调频立体声广播系统38 kHz振 荡 器2衰 减LRLR左 声 道L右 声 道R去 调 频 发 射 机(a

11、)LPF0 15 kHzBPF23 53 kHzLPF0 15 kHz导 频 滤 波19 kHz2LR来 自 鉴 频 器立 体 声 指 示(b)12(LR)12(LR)图-调频立体声广播系统发送与接收原理图 (a)发送端;(b)接收端L RL R下 边 带L R上 边 带辅 助通 信 通 道导 频载 频DSB-SC01915233853 5975f/kHz图 4-调频立体声广播系统频谱结构图时分复用（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。q4.2 4.2

12、时分多路复用（时分多路复用（DMDM）tCh3Ch2Ch1f0(a)t(b)0fCh1Ch2Ch3 q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）图 4 6 系统框图 q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）图 4 7路信号波形 基本概念：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各路复用信号脉冲的间隔s q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）抽样速率抽样速率fs，抽样脉冲宽度和复用路数，抽样脉冲宽度和复用路数N的关系的关系2()S

13、TN考虑保护间隔假设保护时间和抽样脉冲宽度相等，则信号带宽信号带宽B与路数与路数N的关系的关系从复用信号主要能量的观点考虑：122 4ssBNfNf从不丢失复用信号信息的观点考虑：2smNfBNf4.2.2 信号的带宽及相关问题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;sfNf时分复用系统必须严格同步时分复用系统必须严格同步q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）4.2.4.2.与的比较与的比较复用原理时间分割，频率混叠频率分割，时间混叠设备复杂性简单复杂信号间干扰路间串扰小路间串扰大传输带宽相同相同q4.2 4.

14、2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）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 4.2.4 时分复用的时分复用的PCMPCM通信系统通信系统q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）放大和低通滤波x1(t)取 样发定时(1路)话音1放大和低通滤波x2(t)取 样发定时(2路)话音2放大和低通滤波x3(t)取 样发定时(3路)话音3量化和编码码型变换去信道发端定时1路 2路3路xs3(t)xs2(t)xs1(t)图 4 8发

15、送端方框图 q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）放大和低通滤波x1(t)取 样发定时(1路)话音1放大和低通滤波x2(t)取 样发定时(2路)话音2放大和低通滤波x3(t)取 样发定时(3路)话音3量化和编码码型变换去信道发端定时1路2路3路(a)xs 3(t)xs 2(t)xs 1(t)码型反变换译码来自信道分离放大和低通滤波收定时(1路)分离放大和低通滤波收定时(2路)分离放大和低通滤波收定时(3路)1路输出2路输出3路输出(b)收端定时1路2路3路图 4 9接收端方框图q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）2.048 Mb/s传输线路CH0CH16C

16、H17CH15CH15CH16CH17CH31CH31CH0CH1CH1时分复用帧T CH0 CH1 CH2 CH15 CH16 CH17 CH30 CH31 CH08 bitt时分复用帧时分复用帧T=125 ms15 个话路15 个话路E1 的时分复用帧 q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）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路典型终端设备介绍总数码率：每帧时隙数：1.基本特性基本特性话路数目：抽样频率：308 kHz压扩特性：328328 000=2 048 kb/s基群2.帧与复帧结构

17、帧与复帧结构 图 4 10 帧与复帧结构 12340TS56789 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F1516帧、2ms32时隙256bit、125s1 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 11 11 101011 1 1 1 1帧定位时隙复帧定位码组保留给国际用(目前固定为1)保留给国内用奇帧识别码帧对告码奇帧TS0偶帧TS0第115话路话音信息时隙标志信号时隙第1629话路话音信息时隙x1x2x3x4x5x6x7x8第

18、30话路话音信息时隙段内码极性码复帧定位码组复帧对告和备用比特a b c d a b c d第1路第16路a b c d a b c d第2路第17路a b c d a b c d第15路第30路F15F2F1F0段落码帧构成复帧 在PCM 30/32中，抽样周期为1/8000=125 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。TS1TS1

19、5,TS17TS31为30个话路时隙。q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）(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)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。q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）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，

20、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：q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）F0帧：14码位传送复帧同步信号“0000”；第6码位传送复帧失步对局告警信号A2，同步为“0”，失 步为“1”。5、7、8码位传送“1”码。F1F15各帧的TS16前4比特传115话路信令信号，后4比特传1630话路的信令信号。q4.2 4.2 时分多路复用（时分多路复用（DMDM）本章小结本章小结本章重点本章重点授课教师：黄双萍授课时间：2010年年4月月u频分多路复用频分多路复用u时分多路复用时分多路复用