信道复用与多路复接课件

,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,第,1,章 绪论,单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,4.0,概述,4.1,频分多路复用（,FDM,）,4.2,时分多路复用（,TDM,）,信道复用与数字复接,Chapter4,4.0 概述信道复用与数字复接Chapter4,1,4.0,概述,1.,基本概念,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,：将多路信号在发送端合并的过程。,分接,：将复接的信号在接收端分开的过程。,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。,4.0 概述1.基本概念,2,。,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,说明：,多路复用包括,复用,、,传输,和,分离,三个过程。实现多路复用功能的设备叫,多路复用器,。复用器成对使用。,图,4-1,多路复用原理图,4.0,概述,。多路n个输入。多路n个输出1条高速通信线路n 个信,3,2.,多路复用分类,频分多路复用,时分多路复用,波分多路复用,码分多路复用,多路复用,4.0,概述,2.多路复用分类频分多路复用多路复用4.0 概述,4,1,）频分复用（,FDM,，,frequency-division multiplexing,）,：,发端,：将具有一定带宽的信道,分割,为若干个,相互不重叠,的较小频带的,子信道,，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,中心频率不同,的,带通滤波器,将多路信号,分开,。,4.0,概述,1）频分复用（FDM，frequency-division,5,频率,时间,频率,1,频率,2,频率,3,频率,4,频率,5,4.0,概述,频率时间频率 1频率 2频率 3频率 4频率 54.0 概述,6,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,串扰,）。,解决办法：,1,）有足够大的,频率保护间隔,；,2,）严格,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,4.0,概述,特点：时间共享、频道分割使用。4.0 概述,7,f,t,.,子信道,n f,n,子信道,3 f,3,子信道,2 f,2,子信道,1 f,1,警戒频带,信,道,带,宽,图,4-2 FDM,概念示意图,4.0,概述,ft.子信道n fn子信道3 f3子信道2,8,图,4-3 FDM,实现示意图,图4-3 FDM实现示意图,9,2,）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。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。,特点：,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）。,4.0,概述,2）时分复用（TDM，time-division mult,10,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,4-4,4.0,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,11,A B C D A B C D A B C D A B C,D,f,t,子 信 道,A,的 间 隙,信道带宽,图,4-4 TDM,概念示意图,4.0,概述,A B C D A B C D A B C D,12,3,）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。,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,产生的,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。,4.0,概述,3）码分复用（CDM，code-division multi,13,D,B,1,D,B,1,B,2,B,2,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,4.0,概述,DB1DB1B2B2信源数据解调扩频解调数据调制扩频调制接收,14,2,）通信隐蔽性好。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；,4.0,概述,2）通信隐蔽性好。信号频带变宽，单位频带内的信号功率变小，隐,15,频分多路复用,直接法,复级法,4.1.1,直接法,FDM,4.1,频分多路复用（,FDM,）,频分多路复用直接法复级法4.1.1 直接法FDM4.1,16,LPF,MOD,BPF,LPF,MOD,BPF,LPF,MOD,BPF,f,1,(,t,),f,2,(,t,),f,n,(,t,),w,c1,w,c2,w,cn,MOD,信道,图,4-6,直接法,FDM,系统原理框图（,发送端,）,f,s,(,t,),w,a,LPFMODBPFLPFMODBPFLPFMODBPFf1(,17,BPF,DEM,LPF,BPF,DEM,LPF,BPF,DEM,LPF,f,1,(,t,),f,2,(,t,),f,n,(,t,),w,c1,w,c2,w,cn,DEM,图,4-7,直接法,FDM,系统原理框图（,接收端,）,w,a,BPFDEMLPFBPFDEMLPFBPFDEMLPFf1(,18,4.1.2,复级法,FDM,LPF,MOD,BPF,LPF,MOD,BPF,LPF,MOD,BPF,f,1,(,t,),f,n,(,t,),f,m+n,(,t,),w,c1,w,cn,w,cn,MOD,图,4-8,复级法,FDM,系统原理框图（,发送端,）,f,s,(,t,),LPF,MOD,BPF,f,(m+1),(,t,),w,c1,MOD,BPF,BPF,w,a1,w,am,4.1.2 复级法FDMLPFMODBPFLPFMODBP,19,以,2,组，每组,12,路信号为例：,1,、信号是单边带调制,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,1,2,12,12,1,1,w,c1,w,c2,w,a1,w,a2,4.1,频分多路复用（,FDM,）,以2组，每组12路信号为例：1211109876543211,20,4.1.3,直接法和复级法的比较,直接法,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：,mn,1 m+n,）所用调制器个数：,mn,1 mn+m,）复用路数小时采用复用路数大时采用,假设：,w,m,消息信号的频谱范围,w,g,邻道保护间隔,4.1,频分多路复用（,FDM,）,4.1.3 直接法和复级法的比较直接法复级法1）信道容量：,21,4.1.,实际应用举例,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、分层结构,4.1.实际应用举例多路载波电话系统图4,22,0,4 kHz,f,(,a,),12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,60 kHz,180 kHz,48 kHz,Basic Group A(LSB),12,11,10,9,8,7,6,5,4,3,2,1,196 kHz,148 kHz,Basic Group B(USB),(,b,),12,12,12,12,12,1,1,1,1,1,1,2,3,4,5,Super Group 1(LSB),312 kHz,552 kHz,12,12,12,12,12,1,1,1,1,1,1,2,3,4,5,Super Group 2(USB),300 kHz,60 kHz,(,c,),图,4-10,多路载波电话系统频谱结构,04 kHzf(a)12111098765432160 kH,23,调频立体声广播系统,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,调频立体声广播系统图-调频立体声广播系统发,24,图,4-,调频立体声广播系统频谱结构图,图 4-调频立体声广播系统频谱结构图,25,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。,4.2,时分多路复用（,DM,）,时分复用（TDM，time-division multip,26,4.2,时分多路复用（,DM,）,27,图,4 6,系统框图,4.2,时分多路复用（,DM,）,图 4 6 系统框图 4.2 时分多路复用（,28,图,4 7,路信号波形,图 4 7路信号波形,29,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,4.2,时分多路复用（,DM,）,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,30,信道复用与多路复接课件,31,抽样速率,f,s,，抽样脉冲宽度和复用路数,N,的关系,信号带宽,B,与路数,N,的关系,从,复用信号,主要能量的观点考虑：,从不丢失,复用信号,信息的观点考虑：,4.2.2,信号的带宽及相关问题,抽样速率fs，抽样脉冲宽度和复用路数N的关系信号带宽B与路,32,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,;,时分复用系统必须严格同步,4.2,时分多路复用（,DM,）,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;时,33,4.2.,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,4.2,时分多路复用（,DM,）,4.2.与的比较复用原理时间分,34,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,时分复用的,PCM,通信系统,4.2,时分多路复用（,DM,）,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,35,放大和低通滤波,x,1,(,t,),取 样,发定时,(1,路,),话音,1,放大和低通滤波,x,2,(,t,),取 样,发定时,(2,路,),话音,2,放大和低通滤波,x,3,(,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,x,s,3,(,t,),x,s,2,(,t,),x,s,1,(,t,),图,4 8,发送端方框图,4.2,时分多路复用（,DM,）,放大和低通滤波x1(t)取 样发定时(1路)话音1放大和低,36,图,4 9,接收端方框图,4.2,时分多路复用（,DM,）,图 4 9接收端方框图4.2 时分多路,37,2.048 Mb/s,传输线路,CH0,CH16,CH17,CH15,CH15,CH16,CH17,CH31,CH31,CH0,CH1,CH1,时分复用帧,T,CH0,CH1,CH2,CH15,CH16,CH17,CH30,CH31,CH0,8 bit,t,时分复用帧,时分复用帧,T=125 ms,15,个话路,15,个话路,E1,的时分复用帧,4.2,时分多路复用（,DM,）,2.048 Mb/s传输线路CH0CH16CH17CH15C,38,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,总数码率：,每帧时隙数：,1.,基本特性,话路数目：,抽样频率：,30,8 kHz,压扩特性：,32,8328 000=2 048 kb/s,基群,A=87.6/13折线压扩律，编码位数k=8，采用逐次比较型,39,2.,帧与复帧结构,图,4 10,帧与复帧结构,帧构成,复帧,2.帧与复帧结构 图 4 10 帧与复帧结构 帧构成,40,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,TS,0,、,TS,1,、,、,TS,31,。时隙的使用分配为：,(1),时隙分配,TS,0,为,帧同步码，监视码时隙,。,TS,16,为信令,(,振铃、占线、摘机,等各种标志信号,),时隙。,TS,1,TS,15,TS,17,TS,31,为,30,个,话路时隙,。,4.2,时分多路复用（,DM,）,在PCM 30/32中，抽样周期为1/8000=125,41,(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),TS,0,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。,4.2,时分多路复用（,DM,）,(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,42,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,A,1,表示。同步时送,“,0,”,码，失步时送,“,1,”,码。为避免奇帧,TS,0,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),TS,16,时隙的比特分配,若将,TS,16,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,F,0,、,F,1,、,F,15,表示，复帧周期为,2ms,，复帧频率为,500 Hz,。复帧中各子帧的,TS,16,分配为：,4.2,时分多路复用（,DM,）,第1比特供国际通信用，不使用时发送“1”码。奇帧比,43,F,0,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,A,2,，同步为,“,0,”,，失 步为,“,1,”,。,5,、,7,、,8,码位传送,“,1,”,码。,F,1,F,15,各帧的,TS,16,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。,4.2,时分多路复用（,DM,）,F0帧：14码位传送复帧同步信号“0000”；第6,44,本章小结,本章重点,授课教师：黄双萍,授课时间：,2010,年,4,月,频分多路复用,时分多路复用,本章小结本章重点授课教师：黄双萍频分多路复用,45,