第9章多路復用和多址技術(shù)ppt課件

1、主要內(nèi)容主要內(nèi)容9.1 概述概述9.2 頻分復用頻分復用(FDM)9.3 時分復用時分復用(TDM)9.4 碼分復用碼分復用(CDM)9.5 多址技術(shù)多址技術(shù)9.1 概述概述多路復用多路復用目的：在一條鏈路上傳輸多路獨立信號目的：在一條鏈路上傳輸多路獨立信號而互不干擾而互不干擾基本原理：正交劃分方法基本原理：正交劃分方法 3種多路復用基本方法：頻分復用種多路復用基本方法：頻分復用FDM）、時分復用）、時分復用TDM）、碼分復）、碼分復用用CDM）其它方法：光纖通信中的波分復用其它方法：光纖通信中的波分復用(WDM)(a) 頻分制頻分制(b) 時分制時分制(c) 碼分制碼分制fNf1f2t2tN

2、t1tNt1t2復接復接 目的：解決來自若干條鏈路的多路信號目的：解決來自若干條鏈路的多路信號的合并和區(qū)分。的合并和區(qū)分。關(guān)鍵技術(shù)問題：目前大容量鏈路的復接關(guān)鍵技術(shù)問題：目前大容量鏈路的復接幾乎都是幾乎都是TDM信號的復接，此時，多路信號的復接，此時，多路TDM信號時鐘的統(tǒng)一和定時就成為關(guān)鍵信號時鐘的統(tǒng)一和定時就成為關(guān)鍵問題。問題。數(shù)字復接系統(tǒng)組成原理數(shù)字復接系統(tǒng)組成原理多址多址目的：多個用戶共享信道、動態(tài)分配網(wǎng)目的：多個用戶共享信道、動態(tài)分配網(wǎng)絡資源。絡資源。方法：頻分多址、時分多址、碼分多址、方法：頻分多址、時分多址、碼分多址、空分多址、極化多址以及其他利用信號空分多址、極化多址以及其他利

3、用信號統(tǒng)計特性復用的多址技術(shù)等。統(tǒng)計特性復用的多址技術(shù)等。多路復用和多址技術(shù)的聯(lián)系與區(qū)別多路復用和多址技術(shù)的聯(lián)系與區(qū)別一樣：二者都是為了通信資源共享一樣：二者都是為了通信資源共享區(qū)別：區(qū)別：多路復用中，用戶對資源共享的需求是多路復用中，用戶對資源共享的需求是固定的，或者至多是緩慢變化的，資源固定的，或者至多是緩慢變化的，資源是預先分配給各用戶。是預先分配給各用戶。多址接入中，網(wǎng)絡資源通常是動態(tài)分配多址接入中，網(wǎng)絡資源通常是動態(tài)分配的，并且可以由用戶在遠端提出共享要的，并且可以由用戶在遠端提出共享要求。因此必須按照用戶對網(wǎng)絡資源的需求。因此必須按照用戶對網(wǎng)絡資源的需求，隨時動態(tài)地改變網(wǎng)絡資源的分

4、配。求，隨時動態(tài)地改變網(wǎng)絡資源的分配。例如衛(wèi)星通信例如衛(wèi)星通信9.2 頻分復用頻分復用FDM） Frequency Division Multiplexing按頻率分割多路信號的方法，即將信道的按頻率分割多路信號的方法，即將信道的可用頻帶分成若干互不交疊的頻段，每路可用頻帶分成若干互不交疊的頻段，每路信號占據(jù)其中的一個頻段。在接收端用適信號占據(jù)其中的一個頻段。在接收端用適當?shù)臑V波器將多路信號分開，分別進行解當?shù)臑V波器將多路信號分開，分別進行解調(diào)和終端處理。調(diào)和終端處理。通常采用通常采用SSBSSB調(diào)制搬移頻譜，以節(jié)省頻帶。調(diào)制搬移頻譜，以節(jié)省頻帶。3路頻分復用電話通信系統(tǒng)原理路頻分復用電話通信

5、系統(tǒng)原理(a) 發(fā)送端原理方框圖發(fā)送端原理方框圖4.37.4 kHz8.311.4 kHz4 kHz12 kHz8 kHz多路信號輸出多路信號輸出相乘相乘帶通帶通低通低通話音輸入話音輸入1f1相乘相乘帶通帶通低通低通話音輸入話音輸入2f2相乘相乘帶通帶通低通低通話音輸入話音輸入3f3300 3400 Hz300 3400 Hz300 3400 Hz12.315.4kHz多路信號輸入多路信號輸入(b)接收端原理方框圖接收端原理方框圖話音輸出話音輸出1話音輸出話音輸出2話音輸出話音輸出3相乘相乘低通低通帶通帶通f1相乘相乘低通低通帶通帶通f1相乘相乘低通低通帶通帶通f14.3 7.4 kHz8.3

6、11.4 kHz12.315.4 kHz3400 Hz3400 Hz3400 Hz8 kHz12 kHz4 kHz4 kHz8 kHz12 kHz基帶語音基帶語音信號信號300 3,400 Hz4.3 7.4 kHz8.3 11.4 kHz12.3 15.4 kHzf012路群的頻譜圖路群的頻譜圖121234 kHzf (kHz) 12 kHz16 kHz20 kHz56 kHz頻分復用的主要缺點：頻分復用的主要缺點：要求系統(tǒng)的非線性失真很小，否則將因要求系統(tǒng)的非線性失真很小，否則將因非線性失真而產(chǎn)生各路信號間的互相干非線性失真而產(chǎn)生各路信號間的互相干擾；擾；用硬件實現(xiàn)時，設備的生產(chǎn)技術(shù)較為復

7、用硬件實現(xiàn)時，設備的生產(chǎn)技術(shù)較為復雜，特別是濾波器的制作和調(diào)試較繁難；雜，特別是濾波器的制作和調(diào)試較繁難；成本較高。成本較高。9.3 時分復用時分復用(TDM) Time Division Multiplexing首先考慮對一個基帶信號采樣，只要采首先考慮對一個基帶信號采樣，只要采樣脈沖寬度足夠窄，那么在兩個采樣值樣脈沖寬度足夠窄，那么在兩個采樣值之間就會留有一定的時間空隙。之間就會留有一定的時間空隙。然后考慮對兩個基帶信號然后考慮對兩個基帶信號m1(t)和和m2(t)按按相同的時間周期進行采樣，如果一路信相同的時間周期進行采樣，如果一路信號的采樣時刻在另一路信號的采樣時間號的采樣時刻在另一路

8、信號的采樣時間空隙處空隙處,則兩路信號的采樣值在時間上將則兩路信號的采樣值在時間上將不發(fā)生重疊。不發(fā)生重疊。兩個基帶信號時分復用原理兩個基帶信號時分復用原理 時分復用是利用各信號的抽樣值在時間上時分復用是利用各信號的抽樣值在時間上不相互重疊來達到在同一信道中傳輸多路不相互重疊來達到在同一信道中傳輸多路信號的一種方法。信號的一種方法。多路信號時分復用的工作過程多路信號時分復用的工作過程時分復用原理時分復用原理m1(t)抽樣開關(guān)抽樣開關(guān)傳輸傳輸系統(tǒng)系統(tǒng)LPFLPFm1(t)同步同步m2(t)mN(t)x(t)x(t)y(t)y(t)m2(t)mN(t)LPFLPFLPFLPFLPFLPFLPFLP

9、FLPFLPF取樣取樣合路合路量化量化編碼編碼解碼解碼 分路分路恢復恢復低低通通濾濾波波m1(t)m2(t)1幀幀T/NT+T/N2T+T/N3T+T/N時隙時隙1信號信號m1(t)的采的采樣樣信號信號m2(t)的采樣的采樣旋轉(zhuǎn)開關(guān)采集到的信號旋轉(zhuǎn)開關(guān)采集到的信號假設信號取樣頻率為假設信號取樣頻率為fs則取樣時間間隔則取樣時間間隔幀周期等于幀周期等于在復用在復用N路時，每一路時隙寬度路時，每一路時隙寬度Tc為為)/(1/scNfNTTT=1/fsT=1/fs對各路信號取樣后的樣值序列，合路后變對各路信號取樣后的樣值序列，合路后變成群路樣值序列。每個樣值編成一個成群路樣值序列。每個樣值編成一個n

10、位位二元數(shù)碼構(gòu)成的碼字，此時編碼器輸出的二元數(shù)碼構(gòu)成的碼字，此時編碼器輸出的二元數(shù)碼序列的信息速率二元數(shù)碼序列的信息速率Rb為為scbnNfTnR/基本條件：基本條件：各路信號必須組成為幀。各路信號必須組成為幀。一幀應分為若干時隙。一幀應分為若干時隙。在幀結(jié)構(gòu)中必須有幀同步碼。在幀結(jié)構(gòu)中必須有幀同步碼。當各路信號不是用同一時鐘抽樣時，必當各路信號不是用同一時鐘抽樣時，必須容許各路輸入信號的抽樣速率時鐘須容許各路輸入信號的抽樣速率時鐘有少許誤差。有少許誤差。主要優(yōu)點：主要優(yōu)點：便于信號的數(shù)字化和實現(xiàn)數(shù)字通信。便于信號的數(shù)字化和實現(xiàn)數(shù)字通信。制造調(diào)試較易，適合用集成電路實現(xiàn)。制造調(diào)試較易，適合用集

11、成電路實現(xiàn)。生產(chǎn)成本較低，具有價格優(yōu)勢。生產(chǎn)成本較低，具有價格優(yōu)勢。在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了使終端設備標準在數(shù)字通信系統(tǒng)中，為了使終端設備標準化和系列化，同時又能適應不同傳輸媒介化和系列化，同時又能適應不同傳輸媒介和不同業(yè)務容量的要求，通常用各種等級和不同業(yè)務容量的要求，通常用各種等級的終端設備進行組合配置，把若干個低速的終端設備進行組合配置，把若干個低速比特流合并成高速比特流，以滿足以上要比特流合并成高速比特流，以滿足以上要求，這種過程稱為數(shù)字復接，就是按照時求，這種過程稱為數(shù)字復接，就是按照時分多路復用的基本原理完成比特流合并的分多路復用的基本原理完成比特流合并的技術(shù)。技術(shù)。采用采用TDM的

12、的PCM數(shù)字電話系統(tǒng)，在國際上數(shù)字電話系統(tǒng)，在國際上已逐步建立起標準，稱為數(shù)字復接系列。已逐步建立起標準，稱為數(shù)字復接系列。數(shù)字復接系列形成的原則是先把一定路數(shù)字復接系列形成的原則是先把一定路數(shù)的數(shù)字電話信號復合成一個標準的數(shù)數(shù)的數(shù)字電話信號復合成一個標準的數(shù)據(jù)流，該數(shù)據(jù)流被稱為基群一次群）。據(jù)流，該數(shù)據(jù)流被稱為基群一次群）。然后再用數(shù)字復接技術(shù)將基群復合成更然后再用數(shù)字復接技術(shù)將基群復合成更高速的復用信號，即多次復用。高速的復用信號，即多次復用。國際電信聯(lián)盟國際電信聯(lián)盟(ITU)制定了兩種建議：制定了兩種建議：準同步數(shù)字體系準同步數(shù)字體系PDH 同步數(shù)字體系同步數(shù)字體系 SDH 9.3.1

13、準同步數(shù)字體系準同步數(shù)字體系(PDH)PDH有有E體系和體系和T體系兩套標準。體系兩套標準。E體系以體系以64kbit/s的的A律律PCM話音信號為話音信號為基礎，以基礎，以2.048Mbit/s為基群的數(shù)字序列，為基群的數(shù)字序列，我國大陸、歐洲采用，以及作為國際間我國大陸、歐洲采用，以及作為國際間連接標準。連接標準。T體系是以體系是以l.544 Mbit/s為基群的數(shù)字序列，為基群的數(shù)字序列，主要是美國、日本等地采用。主要是美國、日本等地采用。層次層次比特率（比特率（Mb/s）路數(shù)（路路數(shù)（路 64kb/s）E體體系系E - 12.04830E - 28.448120E - 334.3684

14、80E - 4139.2641920E - 5565.1487680T體體系系T - 11.54424T - 26.31296T - 332.064（日本）（日本）48044.736（北美）（北美）672T 497.728（日本）（日本）1440274.176（北美）（北美）4032T5397.200（日本）（日本）5760560.160（北美）（北美）8064130(30路路 64 kb/s)一次群一次群2.048 Mb/sPCM復用設備復用設備14路路 2.048 Mb/s二次群二次群 8.448 Mb/s二次復用二次復用4復用設復用設備備三次群三次群 34.368Mb/s三次復用三次復用

15、復用設復用設備備144路路 8.448 Mb/s五次復用五次復用復用設復用設備備五次群五次群 565.148 Mb/s4路路 .264 Mb/s四次群四次群.264Mb/s復用設復用設備備144路路 34.368 Mb/s四次復用四次復用圖圖9.3.2 E體系結(jié)構(gòu)圖體系結(jié)構(gòu)圖采用準同步數(shù)字系列采用準同步數(shù)字系列PDH的系統(tǒng)，的系統(tǒng)，是在數(shù)字通信網(wǎng)的每個節(jié)點上都分別設是在數(shù)字通信網(wǎng)的每個節(jié)點上都分別設置高精度的時鐘，這些時鐘的信號都具置高精度的時鐘，這些時鐘的信號都具有統(tǒng)一的標準速率。盡管每個時鐘的精有統(tǒng)一的標準速率。盡管每個時鐘的精度都很高，但總還是有一些微小的差別。度都很高，但總還是有一些微

16、小的差別。為了保證通信的質(zhì)量，要求這些時鐘的為了保證通信的質(zhì)量，要求這些時鐘的差別不能超過規(guī)定的范圍。因此，這種差別不能超過規(guī)定的范圍。因此，這種同步方式嚴格來說不是真正的同步，所同步方式嚴格來說不是真正的同步，所以叫做以叫做“準同步準同步”。這種同步體系，需要在復接中加入群同這種同步體系，需要在復接中加入群同步和信令等額外開銷。步和信令等額外開銷。PCM 基群基群(一次群一次群)幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)在在E體系體系PCM基群中，一幀共有基群中，一幀共有 32個時隙。個時隙。各個時隙從各個時隙從0到到31順序編號，分別記作順序編號，分別記作 TS0, TS1, TS2, , TS31。每路時隙包含。每路

17、時隙包含8位碼，一幀共位碼，一幀共328=256個碼元。個碼元。其中其中TS0用來傳輸幀同步碼，用來傳輸幀同步碼， TS16用來傳用來傳輸信令信息。輸信令信息。TS1TS15和和TS17TS31這這30個路時隙用來傳送個路時隙用來傳送30路電話信號的編碼路電話信號的編碼碼組，碼組， 因此因此E體系體系PCM基群也稱為基群也稱為30/32路系統(tǒng)。路系統(tǒng)。話路話路時隙時隙CH1CH15F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F150 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10111213141516171819202122232425262728293031 0 0 1

18、 1 0 1 1幀同步時隙幀同步時隙幀同步信號幀同步信號 1 A11 1 1 1 1保留給保留給國內(nèi)通信用國內(nèi)通信用0 0 0 0 1 A21 1信令時隙信令時隙復幀同復幀同步信號步信號備用備用比特比特a b c da b c da b c d a b c dCH1CH16CH15CH30F1F15話路話路時隙時隙CH16CH29PCM基群幀結(jié)構(gòu)基群幀結(jié)構(gòu)保留給國際用保留給國際用奇奇幀幀識識別別碼碼失失步步告告警警碼碼復幀結(jié)構(gòu)：復幀結(jié)構(gòu)： 16幀，幀，2.0ms幀結(jié)構(gòu)：幀結(jié)構(gòu)：32時隙，時隙，256bit，125s話路時隙話路時隙CH303.91s488ns偶幀偶幀TS0奇幀奇幀TS0復幀失步

19、告警碼復幀失步告警碼TS16傳送信令時有兩種用法傳送信令時有兩種用法共路信令傳送：可以將共路信令傳送：可以將TS16所包含的總所包含的總比特率比特率64kbit/s集中起來使用；集中起來使用；隨路信令傳送：也可以將隨路信令傳送：也可以將TS16中的各個中的各個比特按規(guī)定的時間順序分配給各個話路，比特按規(guī)定的時間順序分配給各個話路，直接傳送各路所需的信令。直接傳送各路所需的信令。例例 已知已知32路時分多路復用路時分多路復用PCM數(shù)字電話系數(shù)字電話系統(tǒng)，每個話路的取樣速率是統(tǒng)，每個話路的取樣速率是8kHz，每個樣，每個樣值編成值編成8位二元數(shù)碼。位二元數(shù)碼。試求試求 (1) 路時隙寬度路時隙寬度

20、Tc； (2) 輸出碼流速率輸出碼流速率Rb ; (3) 信道的最小傳輸帶寬信道的最小傳輸帶寬Bmin； (4) 平均每路電話占用的帶寬。平均每路電話占用的帶寬。解：解： n=8 ； N=32 ； fs=8000Hz(1)幀時隙寬度幀時隙寬度路時隙寬度路時隙寬度sfTs125/1sNTTc9 . 332125/(2)輸出碼流數(shù)碼率輸出碼流數(shù)碼率Rb (3)信道的最小傳輸帶寬信道的最小傳輸帶寬Bmin； (4)平均每路電話占用的帶寬。平均每路電話占用的帶寬。sMbnNfTnRscb/048. 2MHzRBb024. 12/minkHz323210024. 16qPCM30/32路時分多路系統(tǒng)路時

21、分多路系統(tǒng) 基本特性基本特性 每幀時隙數(shù)：每幀時隙數(shù)：32 話路數(shù)目話路數(shù)目 ：30 抽樣頻率抽樣頻率 ：8kHz 每幀寬度每幀寬度 ：1/8000=125s 壓擴特性壓擴特性 ：A=87.6/13折線壓擴律，每時折線壓擴律，每時隙按隙按8位編碼位編碼 總信息速率：總信息速率：8328000=2048kb/s 平均每路信息速率：平均每路信息速率：2048/32=64kbit/s 幀與復幀結(jié)構(gòu)幀與復幀結(jié)構(gòu) 時隙分配時隙分配: 每時隙寬度：每時隙寬度：125/32=3.9 s TS1TS15和和TS17TS31：30個話路時隙個話路時隙 TS0：幀同步碼：幀同步碼 TS16：信令時隙：信令時隙 話

22、路比特安排話路比特安排: 比特寬度：比特寬度：3.9/8=488nsPDH的主要缺點的主要缺點標準不統(tǒng)一，各國所采用的速率、線路標準不統(tǒng)一，各國所采用的速率、線路碼型、接口標準、結(jié)構(gòu)都不相同。無法碼型、接口標準、結(jié)構(gòu)都不相同。無法在光路上實現(xiàn)不同廠家設備的互通和直在光路上實現(xiàn)不同廠家設備的互通和直接聯(lián)網(wǎng)，造成許多技術(shù)上的困難和費用接聯(lián)網(wǎng)，造成許多技術(shù)上的困難和費用的增加。的增加。復接和分接必須逐級進行，適合低速通復接和分接必須逐級進行，適合低速通信，在高速傳輸情況下上下電路就過于信，在高速傳輸情況下上下電路就過于復雜。復雜。9.3.3 同步數(shù)字體系同步數(shù)字體系(SDH) 在SDH中，信息是以

23、“同步傳送模塊STM” 傳送的。 STM由信息有效負荷和段開銷SOH 組成塊狀幀結(jié)構(gòu)，其重復周期為125s。 SDH分若干等級等級等級比特率比特率(Mb/s)STM-1 155.52STM-4 622.08STM-162,488.32STM-649,953.28SDH采用塊狀的幀結(jié)構(gòu)來承載信息，整個采用塊狀的幀結(jié)構(gòu)來承載信息，整個幀結(jié)構(gòu)分成段開銷幀結(jié)構(gòu)分成段開銷(SOH)區(qū)、區(qū)、STM-N凈負凈負荷區(qū)和管理單元指針荷區(qū)和管理單元指針(AUPTR)三個區(qū)域。三個區(qū)域。段開銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡的運行、管理、維段開銷區(qū)主要用于網(wǎng)絡的運行、管理、維護及指配以保證信息能夠正常靈活地傳送護及指配以保證信息能夠

24、正常靈活地傳送凈負荷區(qū)用于存放真正用于信息業(yè)務的比凈負荷區(qū)用于存放真正用于信息業(yè)務的比特和少量的用于通道維護管理的通道開銷特和少量的用于通道維護管理的通道開銷字節(jié)字節(jié)管理單元指針用來指示凈負荷區(qū)內(nèi)的信息管理單元指針用來指示凈負荷區(qū)內(nèi)的信息首字節(jié)在首字節(jié)在STMN幀內(nèi)的準確位置以便接幀內(nèi)的準確位置以便接收時能正確分離凈負荷。收時能正確分離凈負荷。STM-N有效負荷有效負荷段開銷段開銷SOH段開銷段開銷SOH管理單元指針管理單元指針9行行261N9N270N列列bytes）91345 SDH的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu)SDH技術(shù)與技術(shù)與PDH技術(shù)相比，主要優(yōu)點：技術(shù)相比，主要優(yōu)點： 1、統(tǒng)一的比特率，統(tǒng)一的接

25、口標準，為、統(tǒng)一的比特率，統(tǒng)一的接口標準，為不同廠家設備間互聯(lián)提供了可能。使信號不同廠家設備間互聯(lián)提供了可能。使信號傳輸、復用和交換過程得到簡化，從而降傳輸、復用和交換過程得到簡化，從而降低聯(lián)網(wǎng)成本。低聯(lián)網(wǎng)成本。2、上下電路靈活?？蓮娜魏?、上下電路靈活?？蓮娜魏蜰值的值的STM碼流中直接插入碼流中直接插入/抽出低級抽出低級STM碼流和任碼流和任一級別的一級別的PDH碼流，而不需要逐級進行碼流，而不需要逐級進行復接復接/分接操作。分接操作。3、SDH是嚴格同步的，從而保證了整個是嚴格同步的，從而保證了整個網(wǎng)絡穩(wěn)定可靠，誤碼少，且便于復用和調(diào)網(wǎng)絡穩(wěn)定可靠，誤碼少，且便于復用和調(diào)整整 4、強大的網(wǎng)管

26、功能。因、強大的網(wǎng)管功能。因SDH幀結(jié)構(gòu)中安排幀結(jié)構(gòu)中安排了信號的了信號的5開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯開銷比特，它的網(wǎng)管功能顯得特別強大，并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡管理系得特別強大，并能統(tǒng)一形成網(wǎng)絡管理系統(tǒng)，大大節(jié)約了維護費用的開支。統(tǒng)，大大節(jié)約了維護費用的開支。5、SDH設備能容納各種新的業(yè)務信號，如設備能容納各種新的業(yè)務信號，如準同步數(shù)字體系、寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)準同步數(shù)字體系、寬帶綜合業(yè)務數(shù)字網(wǎng)(B-ISDN)均可進入其幀結(jié)構(gòu)。它能與現(xiàn)均可進入其幀結(jié)構(gòu)。它能與現(xiàn)有的有的PDH完全兼容，完全兼容，SDH使使1.5Mb/s和和2Mb/s兩大數(shù)字體系在兩大數(shù)字體系在STM-1上得到統(tǒng)一。上得到統(tǒng)一。 9.4 碼分復用碼分復用(CDM) Code Division Multiplexing碼分復用是靠不同的編碼來區(qū)分各路原碼分復用是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號的一種復用方式。此時各路信號始信號的一種復用方式。此時各路信號利用一組正交碼序列來區(qū)分，它們占用利用一組正交碼序列來區(qū)分，它們占用的頻帶和時間都可重疊。的頻帶和時間都可重疊。實現(xiàn)碼分復用的關(guān)鍵就是選取正交的碼實現(xiàn)碼分復用的關(guān)鍵就是選取正交的碼字。字。 設設 x 和和 y 表示兩個長度為表示兩個長度為N的二進制碼組：的二