第十章復(fù)用和數(shù)字復(fù)接技術(shù)

1、第十章第十章 復(fù)用和數(shù)字復(fù)接技復(fù)用和數(shù)字復(fù)接技術(shù)術(shù) v實(shí)際通信系統(tǒng)中經(jīng)常要在異地之間同時(shí)傳送多路信號(hào)，一般采用 :近距離多路信號(hào)傳輸：采用多路低速傳輸介質(zhì)分別傳輸多路信號(hào) 遠(yuǎn)距離多路信號(hào)傳輸： 采用一條高速傳輸介質(zhì)傳輸多路信號(hào)多路復(fù)用技多路復(fù)用技術(shù)術(shù)復(fù)用器解復(fù)用器.輸入緩沖器輸出緩沖器第十章 多路復(fù)用技術(shù)一一 多路復(fù)用技術(shù)基本概念多路復(fù)用技術(shù)基本概念v定義：定義：將一些彼此無關(guān)的低速信號(hào)按照一定的方法和規(guī)則合成一路復(fù)用信號(hào)，并在一條公用（高速）信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，到達(dá)接收端再進(jìn)行分離的一種技術(shù)。多路信號(hào)多路信號(hào)一路復(fù)用信號(hào)一路復(fù)用信號(hào)一路接收信號(hào)一路接收信號(hào)多路信號(hào)多路信號(hào)合成合成分解分解So

2、urceDestinationv理論依據(jù)：信道多路復(fù)用的理論基礎(chǔ)是信號(hào)分割原理。信號(hào)分割的依據(jù)在于信號(hào)之間的差別，這種差別可以體現(xiàn)在頻率、時(shí)間或波形等參量上。多路復(fù)用技術(shù)理論依據(jù)多路復(fù)用技術(shù)理論依據(jù)按照頻率的差別來分割信號(hào)的多路復(fù)用稱為頻分多路復(fù)用(Frequency-Division Multiplex,FDM)按照時(shí)間上的差別來分割信號(hào)的多路復(fù)用稱為時(shí)分多路復(fù)用(TimeDivision Multiplex,TDM）v同步時(shí)分多路復(fù)用（同步）v統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（異步）根據(jù)碼字的不同來實(shí)現(xiàn)信號(hào)分割的多路復(fù)用稱為碼分多路復(fù)用或碼分多址(Code DivisionMultiplex Addres

3、s,CDMA）多路復(fù)用分類多路復(fù)用分類二二 頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）vFDM是根據(jù)頻率參量的差別來分割信號(hào)的。vFDM對(duì)各路信號(hào)的要求： 只要各路信號(hào)在在頻譜上不重疊頻譜上不重疊，即可以在同一信道中傳輸，最后用濾波器將其分開，實(shí)現(xiàn)頻分多路復(fù)用。v下圖給出了頻分多路復(fù)用頻分多路復(fù)用的一般情況。v在該圖中，有4個(gè)信號(hào)源輸入到一個(gè)多路復(fù)用器上，復(fù)用器用不同的頻率（f1，f2，f3，f4）調(diào)制每一個(gè)信號(hào)。每個(gè)調(diào)制后的信號(hào)都需要一個(gè)以它的載波頻率每個(gè)調(diào)制后的信號(hào)都需要一個(gè)以它的載波頻率為中心的帶寬，稱之為為中心的帶寬，稱之為通道（信道）通道（信道）。v為了防止信號(hào)間的相互干擾，在每一條通道間

4、使用保護(hù)頻帶保護(hù)頻帶進(jìn)行隔離。保護(hù)頻帶是一些無用的頻譜區(qū)。FDM基本原理基本原理v發(fā)送端：調(diào)制合成傳輸（復(fù)合信號(hào)） 頻分復(fù)用發(fā)送器頻分復(fù)用發(fā)送器FDM基本原理基本原理v接收端：濾波(BPF)解調(diào)(Demodulator) 頻分復(fù)用接收器頻分復(fù)用接收器 三個(gè)話音信號(hào)多路復(fù)用頻譜圖三個(gè)話音信號(hào)多路復(fù)用頻譜圖 FDM應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)_電話系統(tǒng)電話系統(tǒng)FDM應(yīng)用系統(tǒng)_電話系統(tǒng)v注意兩個(gè)問題：第一，防止串?dāng)_問題防止串?dāng)_問題。如果相鄰話路信號(hào)的頻帶重疊，串話現(xiàn)象就可能發(fā)生。因此要在頻帶前后各增加500Hz的保護(hù)帶。第二，減少噪聲減少噪聲。盡量消除其非線性噪聲，因?yàn)榉蔷€性因素會(huì)產(chǎn)生新的頻率成分，如果剛好在信

5、號(hào)頻帶范圍內(nèi)，形成同頻干擾。 FDM標(biāo)準(zhǔn)化vAT&T分級(jí)結(jié)構(gòu) ：（書上是CCITT的標(biāo)準(zhǔn)）12路電話復(fù)用到60kHz108kHz的頻帶上，構(gòu)成一個(gè)群(Group，48kHz)；5個(gè)群(60路電話)復(fù)用到312kHz552kHz的頻帶上，構(gòu)成一個(gè)超群(Supergroup，240kHz)；5個(gè)超群(300路電話)復(fù)用到812kHz2044kHz的頻帶上，構(gòu)成一個(gè)主群(Mastergroup，1.12MHz)；3個(gè)主群(900路電話)復(fù)用到8516kHz12388kHz的頻帶上，構(gòu)成一個(gè)超主群(Supermastergroup)；4個(gè)超主群(360路電話)復(fù)用到42612kHz59684kHz的頻

6、帶上，構(gòu)成一個(gè)巨群(Gaintgroup)。vFDM：以頻率作為分割信號(hào)的參量；采用模擬技術(shù)，對(duì)計(jì)算機(jī)通信不太合適。vTDM：以時(shí)間作為分割信號(hào)的參量；即信號(hào)在時(shí)間位置上分開但它們能占用的頻帶是重疊的。三三 時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（TDM）vTDM：完全由數(shù)字線路實(shí)現(xiàn)，近幾年得到廣泛應(yīng)用。v時(shí)分復(fù)用又分為同步時(shí)分復(fù)用和異步時(shí)分復(fù)用。時(shí)分多路復(fù)用器43214321同步時(shí)分多路復(fù)用同步時(shí)分多路復(fù)用S4S3S2S1S4S3S2S1多路解復(fù)用器同步多路電子同步多路電子開關(guān)開關(guān)t1t2同步時(shí)分多路復(fù)用（同步時(shí)分多路復(fù)用（TDM）同步TDM中的基本概念v（1）幀：TDM傳送信號(hào)時(shí)，以幀為單位進(jìn)行傳輸。

7、每一幀又被分成若干時(shí)間片。每路信號(hào)占用一個(gè)或多個(gè)時(shí)間片。v在具有N路輸入系統(tǒng)中，每個(gè)幀至少含有N個(gè)時(shí)間片。vSynchronous TDM：時(shí)間片是預(yù)先分配給數(shù)據(jù)源且固定不變的。 同步時(shí)分多路復(fù)用幀的傳輸同步時(shí)分多路復(fù)用幀的傳輸時(shí)分多路復(fù)用器S4S3S2S11234123412344路輸入信號(hào)路輸入信號(hào)每幀含有每幀含有4個(gè)時(shí)間片個(gè)時(shí)間片幀幀n幀幀2幀幀1Time分配給某一設(shè)備的時(shí)間片在一幀中的位置是固定的v（2）交錯(cuò)：如果把同步時(shí)分復(fù)用器想象成高速旋轉(zhuǎn)開關(guān)，開關(guān)的這種以固定的速率和固定的順序在設(shè)備間的移動(dòng)過程就稱作交錯(cuò)；v交錯(cuò)可以按 bit/byte/Data block v交錯(cuò)過程：2.同步

8、同步TDM中的基本概念中的基本概念時(shí)分多路復(fù)用器DDDCCBAAAD C B A4路輸入信號(hào)路輸入信號(hào)每幀含有每幀含有4個(gè)時(shí)間片個(gè)時(shí)間片幀幀2幀幀1D CADA幀幀3 同步時(shí)分多路復(fù)用交錯(cuò)過程同步時(shí)分多路復(fù)用交錯(cuò)過程v（3）幀定位比特：在每幀的開始附加一個(gè)或多個(gè)同步比特，以便于解復(fù)用器識(shí)別后同步，從而精確地分離各時(shí)間片。比特模式：101010 一旦建立幀同步，接收器會(huì)繼續(xù)監(jiān)視幀定位比特，如果監(jiān)視中斷，接收器必需再次進(jìn)入同步模式的搜索。v（4）比特填充：同步不同傳輸速率的數(shù)據(jù)源，使得不同數(shù)據(jù)源間速率匹配（近似呈整數(shù)倍關(guān)系），主要是通過復(fù)用器在設(shè)備的數(shù)據(jù)流中插入附加的比特。2.同步同步TDM中的基

9、本概念中的基本概念同步TDM標(biāo)準(zhǔn)v主要采用一種脈沖編碼調(diào)制的技術(shù) PCM(Pulse Coded Modulation)vPCM電話系統(tǒng)是時(shí)分多路PCM系統(tǒng)的一種最重要的應(yīng)用。v現(xiàn)在PCM沒有統(tǒng)一的標(biāo)準(zhǔn)，各個(gè)國(guó)家使用了各種互不兼容的方法。v北美和日本的技術(shù)：T1線路（24）vITU-T推薦的TDM標(biāo)準(zhǔn)：E1線路（30）T1載波載波v幀格式幀格式v最大傳輸速率最大傳輸速率 = 位數(shù)位數(shù)/幀幀 * 采樣頻率采樣頻率fs = （1+8*24）* 8000 = 1.544 (Mbps) 分分幀幀位位控控制制位位7654321* 24 （對(duì)應(yīng)（對(duì)應(yīng)24路話音）路話音）數(shù)據(jù)位數(shù)據(jù)位同步TDM的傳輸標(biāo)準(zhǔn)v幀

10、格式幀格式v最大傳輸速率最大傳輸速率 = 位數(shù)位數(shù)/幀幀 * 采樣頻率采樣頻率fs = （8*2+8*30）* 8000 = 2.048 (Mbps) E1載波載波8位位同步同步Total=30 （對(duì)應(yīng)（對(duì)應(yīng)30路話音）路話音）8位位信令信令8位位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)8位位數(shù)據(jù)數(shù)據(jù)實(shí)例:同步TDMS4S3S2S1時(shí)分多路復(fù)用器AAAAACCCAC 幀幀1CA 幀幀2CA 幀幀3A 幀幀4A 幀5 同步同步TDM實(shí)例實(shí)例緩沖器v在交錯(cuò)法中，當(dāng)復(fù)用器取走一路信號(hào)的一個(gè)數(shù)據(jù)后，又切換到其它其它信號(hào)源上，但這路信號(hào)的其它數(shù)據(jù)又源源不斷傳來，因此需要一個(gè)緩沖區(qū)暫存這些數(shù)據(jù)以等待輸出。mmuM) 1(緩沖區(qū)容量復(fù)用信

11、號(hào)支路數(shù)復(fù)用單位（幀）比特?cái)?shù)計(jì)算題v例例6.1 五個(gè)信源通過同步TDM復(fù)用在一起。每個(gè)信源每秒產(chǎn)生 100個(gè)字符，每個(gè)字符為8位。假設(shè)采用字符交錯(cuò)技術(shù)而且每幀需要一個(gè)比特同步。幀速率是多少？復(fù)用線路上的比特率是多少？并求出該系統(tǒng)的傳輸效率。v解：解：（1）已知每個(gè)信源每秒產(chǎn)生 100個(gè)字符，而每一幀容納每個(gè)信源的一個(gè)字符，由此可知該系統(tǒng)的幀速率是100幀/秒。v（2）如果假設(shè)每個(gè)字符為8位，因此每幀有85=40位，再加上每幀有一位幀定位比特，所以每幀的長(zhǎng)度為41位。由此可計(jì)算出通路上的比特率是41位/幀100幀/秒=4100bps。v（3）要想計(jì)算傳輸效率，已知通路上的比特率為=4100bps

12、，而各通道上傳輸有用數(shù)據(jù)的總合為81005=4000bps。由此可計(jì)算出該系統(tǒng)的效率為97.6%。v同步TDM缺點(diǎn)：資源浪費(fèi)v原因：幀中時(shí)間片與用戶一一對(duì)應(yīng)，用戶沒有數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)也占用這個(gè)時(shí)間片，因而浪費(fèi)資源。v為了提高時(shí)隙的利用率，可以采用動(dòng)態(tài)分配、按需分配時(shí)隙的技術(shù)，以避免每幀中出現(xiàn)空閑時(shí)隙的現(xiàn)象，即每一個(gè)時(shí)間片都可被任何一路信號(hào)使用。v以這種動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙方式工作的技術(shù)稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用(STDM)或稱異步TDM（ATDM）或智能TDM （ITDM）Asynchronous TDMIntelligent TDM 異步時(shí)分多路復(fù)用（STDM）A2A4B3B4C1C3D2D3統(tǒng)計(jì)統(tǒng)計(jì)時(shí)分時(shí)分多

13、路多路復(fù)用復(fù)用器器C1A2D2B3C3D3A4B4幀幀1幀幀3幀幀2幀幀4SASBSCSD 幀長(zhǎng)不固定的幀長(zhǎng)不固定的STDM STDM幀長(zhǎng)度可以是固定的也可以是不固定的；時(shí)間片位置也可以是不固定的；因此每個(gè)時(shí)隙應(yīng)帶有地址信息，指明該數(shù)據(jù)屬于哪一路設(shè)備，因此STDM的每個(gè)時(shí)隙存在額外開銷。實(shí)例:幀長(zhǎng)度固定的STDM時(shí)分多路復(fù)用器S5S4S3S2AACACACAS1AAAAACCC情況情況1：兩條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)：兩條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)時(shí)分多路復(fù)用器S5S4S3S2E C AE C AE C AS1AAAAACCCC情況情況2：三條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)：三條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)EEEA C A時(shí)分多路復(fù)用器

14、S5S4S3S2A E DC A ED C AS1AAAAACCCC情況情況3：四條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)：四條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)EEEE D CDDDA C A時(shí)分多路復(fù)用器S5S4S3S2D C BA E DC B AS1AAAAACCCC情況情況4：五條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)：五條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)EEEA C ADDDE D CB A EBBB性能分析vN：輸入源數(shù)目，即復(fù)用信道數(shù)vR：每個(gè)源數(shù)據(jù)率 bpsvM：復(fù)用線路的信道容量，即最大傳輸速率v：每個(gè)數(shù)據(jù)源傳輸比例（0 = N vSTDM:幀內(nèi)時(shí)間片數(shù)M = N 效率上：v TDM: 效率低，但技術(shù)可靠，通信費(fèi)用低 （即使數(shù)據(jù)源、線路空閑也要占用時(shí)間片）v STDM:效率高，技術(shù)先進(jìn)，但緩沖的容量較大，需用地址信息以便解復(fù)用器確定數(shù)據(jù)流向，即控制規(guī)程較復(fù)雜4.復(fù)用過程vTDM:時(shí)間片固定(包括個(gè)數(shù)，與數(shù)據(jù)源的對(duì)應(yīng)） ，幀長(zhǎng)度固定。vSTDM: 幀長(zhǎng)度可以是固定的也可以是不固定的。作 業(yè)v6-3 ? A?v例例6.1 五個(gè)信源通過同步TDM復(fù)用在一起。每個(gè)信源每秒產(chǎn)生 100個(gè)字符，每個(gè)字符為8位。假