通信原理与应用第7章-复用技术课件

第第7 7章章 复用技术复用技术n频分复用（频分复用（FDMFDM）n时分复用（时分复用（TDMTDM）n波分复用（波分复用（WDMWDM）n码分复用（码分复用（CDMCDM）n多址技术（多址技术（DMADMA）n各种复用技术在通信系统中的应用各种复用技术在通信系统中的应用1第7章复用技术频分复用（FDM）1引引言言为了提高信道利用率，在传输过程中一般采用多路复用的传输为了提高信道利用率，在传输过程中一般采用多路复用的传输方式方式多个信号在同一条信道上传输。多个信号在同一条信道上传输。常用的信号复用方法分为：常用的信号复用方法分为：频分复用（频分复用（FDM），即在频率域上各信号分别占有不同的频带；），即在频率域上各信号分别占有不同的频带；时分复用（时分复用（TDM），是在时间域上使各路信号分别占有不同的时隙；），是在时间域上使各路信号分别占有不同的时隙；码分复用（码分复用（CDM），对多路数字信号扩频并选用不同的正交码组；），对多路数字信号扩频并选用不同的正交码组；多址复用方式（多址复用方式（DMA），所谓多址通信是指不同地址的多个用户共享），所谓多址通信是指不同地址的多个用户共享信道资源（如无线电频谱）实现各用户之间相互通信的一种方式。信道资源（如无线电频谱）实现各用户之间相互通信的一种方式。2引言为了提高信道利用率，在传输过程中一般7.1频分复用频分复用频分复用频分复用在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用不同的频段，以实现多路复用。常用的调制是单边带调制，可以有效。常用的调制是单边带调制，可以有效地提高频带利用率。地提高频带利用率。图图7-1频分复用系统组成框图频分复用系统组成框图LPFSBF1LPFSBF2LPFSBFn相加器cos1tcos2tcosnt信道SBF1LPFSBF2LPFSBFnLPFcos1tcos2tcosntmi1(t)mi2(t)min(t)mo1(t)mo2(t)mon(t)37.1频分复用频分复用在发送端利用不同频率的载波将多在选择载频时，既应考虑到每一路已调信号的频谱宽度在选择载频时，既应考虑到每一路已调信号的频谱宽度fm，还应留有，还应留有一定的防护频带一定的防护频带fg。为了各路信号频谱不重叠，要求载频间隔为：。为了各路信号频谱不重叠，要求载频间隔为：分别为第分别为第i 路和第（路和第（i+1）路的载波频率；）路的载波频率；fm 是每一路是每一路已调信号的频谱宽度；已调信号的频谱宽度；fg为邻路间隔防护频带。为邻路间隔防护频带。（7-1）S(f)fgfmfc1-fc1fc2fc3-fc2-fc3f图图7.2频分复用信号的频谱结构频分复用信号的频谱结构n路复用信号的总频带宽度为路复用信号的总频带宽度为（7-2）在选择载频时，既应考虑到每一路已调信号的频谱宽度f1.设备庞大、复杂。因此，频分复用适于两大城市间的设备庞大、复杂。因此，频分复用适于两大城市间的固定通信。固定通信。2.不可避免地出现路间干扰，主要原因是系统中存在非不可避免地出现路间干扰，主要原因是系统中存在非线性。线性。频分复用系统的缺点：频分复用系统的缺点：例如，多路信号通过公用的放大器时，由于非线性失真例如，多路信号通过公用的放大器时，由于非线性失真会引起各路信号频谱交叉重叠，存在路间干扰，在传输语会引起各路信号频谱交叉重叠，存在路间干扰，在传输语音信号时产生可懂串话。音信号时产生可懂串话。51.设备庞大、复杂。因此，频分复用适于两大城市间的固定通信7.2时分复用（时分复用（TDM）时分复用是指多路信号共用同一信道，占用相同的信道带宽，时分复用是指多路信号共用同一信道，占用相同的信道带宽，只是在不同的时间段传送。只是在不同的时间段传送。图图7.3PCM时分多路复用示意图时分多路复用示意图67.2时分复用（TDM）时分复用是指多路信7.2.2码元速率与带宽码元速率与带宽式中，式中，n 表示复用路数，表示复用路数，l=log2M表示每个抽样值编码后的二进制码位数，表示每个抽样值编码后的二进制码位数，M 为量为量化级数，化级数，fs 为抽样频率。为抽样频率。对于多进制码元，应将多进制转换成二进制，再计算码元传输速率。对于多进制码元，应将多进制转换成二进制，再计算码元传输速率。1码元传输速率码元传输速率RB=nlfs（Baud/bit）（7-3）2信号带宽信号带宽带宽与脉冲宽度带宽与脉冲宽度成反比，第一个零点的带宽成反比，第一个零点的带宽B为为B=1/（7-4）二进制码元的占空比二进制码元的占空比q为二进制脉冲宽度为二进制脉冲宽度与二进制码元宽度与二进制码元宽度Tb的比值，即的比值，即q=/Tb（7-5）B=1/=1/（qTb）（7-6）77.2.2码元速率与带宽式中，n表示复用路数，l=7.2.3PCM30/32路系统帧结构路系统帧结构图图7.4PCM30/32路系统的帧结构路系统的帧结构87.2.3PCM30/32路系统帧结构图7.4PC328bit8000帧帧/s=2048kb/s其容差为：2048kb/s50ppmPCM30/32路系统的信息传输速率为：路系统的信息传输速率为：（7-7）328bit8000帧/s=2048kb/s其容差为：表表7.1CCITT推荐的数字复用系列和数字复用等级推荐的数字复用系列和数字复用等级 7.2.4准同步数字体系（准同步数字体系（PDH）注：码元速率的单位：Mbit/s10表7.1CCITT推荐的数字复用系列和数字复用等级7.7.2.5同步数字体系（同步数字体系（SDH）1.PDH存在的问题存在的问题（1）只有地区性电接口标准；）只有地区性电接口标准；（2）没有世界性的标准光接口规范；）没有世界性的标准光接口规范；（3）准同步复用，传输性能差，复用结构缺乏灵活性；）准同步复用，传输性能差，复用结构缺乏灵活性；（4）承载信号的类型单一；）承载信号的类型单一；（5）网络拓扑缺乏灵活性；）网络拓扑缺乏灵活性；（6）网络管理功能不全；）网络管理功能不全；（7）网络的调度性及自愈功能差。）网络的调度性及自愈功能差。7.2.5同步数字体系（SDH）1.PDH存在的问题（2SDH的特点的特点SDH传送网体系主要有以下特点：传送网体系主要有以下特点：（1）统一的网络节点接口；）统一的网络节点接口；（2）统一的光接口标准；）统一的光接口标准；（3）传输速率高，传输容量大；）传输速率高，传输容量大；（4）良好的兼容性；）良好的兼容性；（5）灵活的复用映射结构；）灵活的复用映射结构；（6）完善的保护和恢复机制；）完善的保护和恢复机制；（7）强大的网络管理能力。）强大的网络管理能力。122SDH的特点SDH传送网体系主要有以下特点：123.SDH的等级与速率的等级与速率表表7.2SDH的等级与速率的等级与速率133.SDH的等级与速率表7.2SDH的等级与速率137.3波分复用（波分复用（WDM）波分复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信波分复用技术不仅适用于单模或多模光纤通信系统，同时也适用于单向或双向传输。波分复用的系统，同时也适用于单向或双向传输。波分复用的原理如图原理如图7.5所示，图所示，图7.5（a）为单向传输，图）为单向传输，图7.5（b）为双向传输。）为双向传输。147.3波分复用（WDM）波分复用技术不仅适用于图图7.5波分复用（波分复用（WDM）系统）系统（a）单向）单向WDM系统系统（b）双向）双向WDM系统系统光发射机光发射机1光发射机光发射机2光发射机光发射机 n合合波波器器分分波波器器光接收机光接收机1光接收机光接收机2光接收机光接收机 n光纤光纤12312n12n光发射机光发射机1光接收机光接收机n光接收机光接收机k+1光发射机光发射机k光接收机光接收机1光发射机光发射机n光发射机光发射机k+1光接收机光接收机k合合/分分波波器器合合/分分波波器器光纤光纤1kk+1n1kk+1n15图7.5波分复用（WDM）系统（a）单向WDM系统（b）7.4码分复用码分复用码分复用（码分复用（CDM）是给每个用户分配特定的正交码字）是给每个用户分配特定的正交码字作为该用户的特征码（地址码），在发送端，对传输的数作为该用户的特征码（地址码），在发送端，对传输的数据信息用给定的特征码进行编码，再实现多路复用；在接据信息用给定的特征码进行编码，再实现多路复用；在接收端，通过对其特征码的识别来区分不同的信号。收端，通过对其特征码的识别来区分不同的信号。在码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是在码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是混叠的，但是代表每路信号的码字是正交的。混叠的，但是代表每路信号的码字是正交的。167.4码分复用码分复用（CDM）是给每个码组正交的概念码组正交的概念设二进制码元用设二进制码元用“+1”和和“-1”表示，码组由等长的二进制码表示，码组由等长的二进制码元组成，长度为元组成，长度为N，用，用x和和y表示两个码组，即表示两个码组，即其中，其中，可将两个码组的互相关系数定义为可将两个码组的互相关系数定义为（7.9）互相关系数的取值范围互相关系数的取值范围:（7.8）若若（x，y）=0，则认为两个码组正交。，则认为两个码组正交。17码组正交的概念设二进制码元用“+1”和“-1”表示7.5多址技术（多址技术（DMA）常用的多址方式有频分多址（常用的多址方式有频分多址（FDMA）、时分多址）、时分多址（TDMA）、码分多址（）、码分多址（CDMA）、空分多址）、空分多址（SDMA）以及它们的组合形式。）以及它们的组合形式。FDMA是按地球站分配的射频不同来区分地球站的站是按地球站分配的射频不同来区分地球站的站址；址；TDMA是按分配的时隙不同来区分站址；是按分配的时隙不同来区分站址；CDMA是用是用相互正交的码字来区分站址；相互正交的码字来区分站址；SDMA是以卫星天线指向地是以卫星天线指向地球站的波束不同来区分站址。球站的波束不同来区分站址。187.5多址技术（DMA）常用的多址方式有频分多址（FDMA7.6各种复用技术在通信系统中的应用各种复用技术在通信系统中的应用 7.6.1频分复用的应用频分复用的应用频分复用技术是模拟通信系统采用的主要方式之一，通常频分复用技术是模拟通信系统采用的主要方式之一，通常应用于模拟电话系统、无线电广播、有线电视传输及微波通信应用于模拟电话系统、无线电广播、有线电视传输及微波通信系统。系统。1模拟电话系统中的应用模拟电话系统中的应用 在模拟电话系统中，语音信号的最高频率在模拟电话系统中，语音信号的最高频率fH 为为3400Hz，防，防护带护带fg 为为600Hz，当多个通路被复用在一起时，每个通路分配，当多个通路被复用在一起时，每个通路分配的带宽为的带宽为4000Hz。因此，在调制时，每路载波频率的间隔为。因此，在调制时，每路载波频率的间隔为4000Hz。197.6各种复用技术在通信系统中的应用7.6.1频分复用2有线电视传输系统中的应用有线电视传输系统中的应用有线电视传输系统采用频分多路复用方式，在一条线路上传输有线电视传输系统采用频分多路复用方式，在一条线路上传输几十套乃至上百套电视节目，交互式电视系统还需要划分出上行和几十套乃至上百套电视节目，交互式电视系统还需要划分出上行和点播电视频段。为使各路电视信号相互独立、互不干扰，每路信息点播电视频段。为使各路电视信号相互独立、互不干扰，每路信息必须占用独立频道带宽，模拟电视频道带宽必须占用独立频道带宽，模拟电视频道带宽B为为8M（包括信息带宽（包括信息带宽和防护带），当线路上需传输和防护带），当线路上需传输N套电视节目时，线路总带宽必须大于套电视节目时，线路总带宽必须大于NB。BW=N（Bm+Bg）（7-10）式中，式中，BW为总带宽，为总带宽，Bm为总每路信息的实际带宽，为总每路信息的实际带宽，Bg为每路预留为每路预留的防护带。的防护带。202有线电视传输系统中的应用有线电视传输系统3复合调制技术复合调制技术在复用系统中，通常采用两种或两种以上的调制方式，在复用系统中，通常采用两种或两种以上的调制方式，称这种系统为复合调制系统。复合调制分为两大类：频分复称这种系统为复合调制系统。复合调制分为两大类：频分复用和时分复用。用和时分复用。在频分复用系统中，复合调制是指连续波在频分复用系统中，复合调制是指连续波连续波之间连续波之间的调制，如的调制，如SSB/SSB、SSB/FM、DSB/FM、FM/FM等。等。在时分复用系统中，复合调制是指脉冲在时分复用系统中，复合调制是指脉冲连续波之间的连续波之间的调制，如调制，如PAM/AM，PCM/FM等。等。下面以下面以FDM中载波通信系统为例，说明复合调制的原理。中载波通信系统为例，说明复合调制的原理。213复合调制技术在复用系统中，通常采用两种或两种108kHz10410096928884807672686412345678910111260kHz1 1个基群包含个基群包含1212个话路个话路语音频带语音频带04kHz各音频输入的载频值各音频输入的载频值108kHz612kHz564516468420各基群的载频值各基群的载频值1 1个基群包含个基群包含1212个话路个话路54321552kHz504456408360312图图7.13FDM中的复合调制中的复合调制用类似方式可将几个超群合并为一个主群，几个主群又可合并为一个巨群。用类似方式可将几个超群合并为一个主群，几个主群又可合并为一个巨群。108kHz1041009692888480767268647.6.2时分复用的应用时分复用的应用时分复用可在一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音、时分复用可在一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音、图像和视频信号等。典型应用有计算机、各种交换机、数据图像和视频信号等。典型应用有计算机、各种交换机、数据传输设备、移动通信设备、数字电视系统、雷达通信、数字传输设备、移动通信设备、数字电视系统、雷达通信、数字仪表等。仪表等。各种通信设备中的时分复用器是一种利用各种通信设备中的时分复用器是一种利用TDM技术的设技术的设备，主要用于将多个低速率数据流组合为单个高速率数据流。备，主要用于将多个低速率数据流组合为单个高速率数据流。将来自多个不同信号源的数据分解为各个部分（码位或码组）将来自多个不同信号源的数据分解为各个部分（码位或码组），并且按规定的顺序进行组合并传输。，并且按规定的顺序进行组合并传输。237.6.2时分复用的应用时分复用可在一个通信媒7.6.3波分复用的应用波分复用的应用WDM技术可以有多种网络应用形式，如高速光纤通技术可以有多种网络应用形式，如高速光纤通信、无源光网络（信、无源光网络（PON）、宽带数据网络、多路多址局）、宽带数据网络、多路多址局域网络、广播式分配网络、有线电视传输网等。域网络、广播式分配网络、有线电视传输网等。247.6.3波分复用的应用WDM技术可以有多种网7.6.4多址技术的应用多址技术的应用多址技术在无线通信中得到广泛应用。典型应用有：多址技术在无线通信中得到广泛应用。典型应用有：无线电广播（收音机）、蜂窝移动通信和卫星通信。在传无线电广播（收音机）、蜂窝移动通信和卫星通信。在传统的无线电广播中，均采用频分多址（统的无线电广播中，均采用频分多址（FDMA）方式，每）方式，每个广播信道都有一个频点，如果要收听某一个广播信道，个广播信道都有一个频点，如果要收听某一个广播信道，必须将收音机调谐到相应的频点上。在卫星通信中，多个必须将收音机调谐到相应的频点上。在卫星通信中，多个地球站通过公共的卫星转发器来实现各地球站之间的相互地球站通过公共的卫星转发器来实现各地球站之间的相互通信。通信。257.6.4多址技术的应用多址技术在无线通信中