为了提高信道利用率使多路信号沿同一信道传输而互不干扰的技术ppt课件

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1、为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传输而互不干扰的技术。输而互不干扰的技术。1 link,n channels n 输入输入 n 输出输出多路复用多路复用多路复用多路复用(multiplexing)为什么多路复用？为什么多路复用？数据速率越高传输设备的本钱就越有效；数据速率越高传输设备的本钱就越有效；大多数个人数据通讯设备要求相对低的数据率；大多数个人数据通讯设备要求相对低的数据率；信号之间的差别信号之间的差别实现多路复用的关键实现多路复用的关键把多路信号集合到一把多路信号集合到一条信道上之后，在接条信道上之后，在接纳端必需能正确地分纳端必需能正

2、确地分割出各种信号。割出各种信号。分割信号的根据分割信号的根据多路复用技术多路复用技术频分多路复用频分多路复用时分多路复用时分多路复用(同步同步TDM)统计统计TDM(异步异步TDM或智能或智能TDM)频率上的不同频率上的不同信号出现时间上的不同信号出现时间上的不同信号码型构造上的不同信号码型构造上的不同多路复用多路复用多路复用多路复用(multiplexing)频分多路复用频分多路复用Time Frequency channel 1channel 2channel 3channel 4宽带模拟宽带模拟传输技术传输技术每个数据信号被调制到具有不同频率的载波上，每个数据信号被调制到具有不同频率的

3、载波上，一切的信号在一个信道上同时传送。一切的信号在一个信道上同时传送。多路复用多路复用(Frequency Division Multiplexing)Transmiterfcs(t)=FDM mc(t)q发送器发送器ssc1(t)ssc2(t)sscN(t)子载波子载波fscn子载波子载波fsc1子载波子载波fsc2mN(t)m1(t)m2(t)普通描画普通描画多路复用多路复用频分多路复用频分多路复用|Mc(f)|B0q组成信号的频谱组成信号的频谱fsc2Bsc2Ffsc1Bsc1fscNBscN多路复用多路复用频分多路复用频分多路复用Receiver s(t)q接纳器接纳器带通滤波器带通

4、滤波器,fsc1带通滤波器带通滤波器,fsc2带通滤波器带通滤波器,fscnm1(t)m2(t)mN(t)解调器解调器,fsc1解调器解调器,fsc2解调器解调器,fscn多路复用多路复用频分多路复用频分多路复用例例1：在一个媒体上同时传送三路语音信号：在一个媒体上同时传送三路语音信号|Mi(f)|f(Hz)03003400 4000646068f(kHz)f(kHz)Upper sidebandLower sideband60646872Lower sideband,Ssc1(t)Lower sideband,Ssc3(t)(a)Mi(f)的频谱的频谱(b)fsc1=64kHz的频的频谱谱(

5、c)运用子载波运用子载波64,68,72的合成信号频谱的合成信号频谱 12 48kHz 60-108kHz 基群基群 基群基群 60 240kHz 312-552kHz 超群超群 超群超群 (5*12)(5*48)300 1.232MHz 812-2044kHz 主群主群 (5*60)(5*240+4*8)600 2.52MHz 564-3084kHz 主群主群北美及国际北美及国际FDM载波规范载波规范语音信道数语音信道数 带宽带宽 频谱频谱 AT&T CCITT多路复用多路复用频分多路复用频分多路复用f12=108f11=104f2=68f1=64f5=552f4=504f3=456f2=4

6、08f1=360f5=2044f4=1804f3=1556f2=1308f1=1060CCITT的的FDM层次构造层次构造 60646468100104104108基群基群超群超群主群主群2#1#11#12#360312360408408456456504504552812106010601308130815561556180418042052 多路复用多路复用频分多路复用频分多路复用时分多路复用时分多路复用以时间作为分割信号的根据。它利用每个信号在以时间作为分割信号的根据。它利用每个信号在时间上交叉，可在一个传输通路上传输多个数字时间上交叉，可在一个传输通路上传输多个数字信号信号(或运载数字

7、数据的模拟信号或运载数字数据的模拟信号)。Time Frequency channel 1channel2channel 3channel 4channel 1channel 2channel 3channel 4基带传基带传输技术输技术多路复用多路复用(Time Division Multiplexing)同步同步TDM的普通描画的普通描画发送器发送器接纳器接纳器Buffer1 Buffer2 Buffer n m2(t)m1(t)mN(t)mc(t)扫描操作扫描操作TDM帧帧Frame 123NFrame 123NBuffer1 Buffer2 Buffer n m2(t)m1(t)mN(

8、t)mc(t)多路复用多路复用时分多路复用时分多路复用TDM的本质的本质m1(t)m2(t)mn(t)低通滤波低通滤波m1(t)低通滤波低通滤波m2(t)低通滤波低通滤波mn(t)n路时分复用系统的关键路时分复用系统的关键收发端旋转开关必需严厉的同步，即收发端旋转开关必需严厉的同步，即同频同相，才干保证正常的通讯。同频同相，才干保证正常的通讯。利用了采样原理。利用了采样原理。复用器输出线路容量复用器输出线路容量 复用器输入线路容量复用器输入线路容量总时间总时间T划分的时间片数划分的时间片数N=复用器输入端的低速线路数复用器输入端的低速线路数多路复用多路复用时分多路复用时分多路复用例例2.Bel

9、l系统的系统的T1载波能处置复用在一同的载波能处置复用在一同的24条话路。条话路。运用了运用了PCM和和TDM技术。技术。通道通道1通道通道2通道通道24Frame(193b)/125us数据位数据位数据位数据位数据位数据位控控制制位位控控制制位位控控制制位位控控制制位位多路复用多路复用时分多路复用时分多路复用每条信道获得每条信道获得 78000 56000bps 数据位数据位 18000 8000bps 控制位控制位每次采样还有一附加位每次采样还有一附加位(用于帧同步用于帧同步)。T1载波的总数据率载波的总数据率 24560002480008000=1.544Mbps 留意：当用于数据传输时

10、，留意：当用于数据传输时，只需只需23个信道被用于数据。个信道被用于数据。按照奈氏定理，每秒按照奈氏定理，每秒8000次对次对24路话音通路话音通道依次采样产生道依次采样产生7个数据位和个数据位和1个控制位。个控制位。多路复用多路复用时分多路复用时分多路复用例例3：高速数字线路的多路复用：高速数字线路的多路复用 T1(1.544Mbps)T2(6.312Mbps)T3(44.736Mbps)T4(274.176Mbps)利用多路复用技术，利用多路复用技术，T载体效载体效力允许小容量载体力允许小容量载体(比如比如T1)的的位流进入容量更大的载体。位流进入容量更大的载体。041526371.544

11、Mbps T10123454:16.312Mbps T27:144.736Mbps T36:1274.176Mbps T4多路复用多路复用时分多路复用时分多路复用一边是一组一边是一组I/O线路另一边是一条高速复用线路线路另一边是一条高速复用线路;每条每条I/O线路有一缓冲区线路有一缓冲区;对于对于n条条I/O线路在线路在TDM帧中只需帧中只需k个时间槽可用个时间槽可用;输入时多路复用器的功能是扫描输入缓冲区搜集数据输入时多路复用器的功能是扫描输入缓冲区搜集数据直到一帧为满，就发送出去直到一帧为满，就发送出去;输出时，多路复用器接纳一帧，将各时间槽的数据分输出时，多路复用器接纳一帧，将各时间槽的

12、数据分发到相应的输出缓冲区。发到相应的输出缓冲区。统计时分多路复用统计时分多路复用动态地按照需求来分配时隙的多路复用方式。动态地按照需求来分配时隙的多路复用方式。任务原理任务原理输出线路容量输出线路容量 输入线路容量输入线路容量即低速线路数即低速线路数n 高速线路的时隙数高速线路的时隙数k多路复用多路复用统计统计TDM与同步与同步TDM比较比较ABCDt0 t1 t2 t3 t4 A1C1B1D1A2B2C2D2同步同步TDMA2C2First cycleSecond cycleA1B1B2C2统计统计TDM额外的可用带宽额外的可用带宽First cycleSecond cycleTo rem

13、ote computer多路复用多路复用每个时隙不但要传送数据，同时每个时隙不但要传送数据，同时还要传送相应的地址信息，每个还要传送相应的地址信息，每个时隙会有一定的开销。时隙会有一定的开销。FLAGFLAGAddressControlStatistical TDMsub frameFCS统计统计TDM的帧的帧AddressData (a)每一帧只需一个源每一帧只需一个源Address Length Data Address Length Data(b)每一帧具有多个源每一帧具有多个源统计统计TDM的关键的关键多路复用多路复用波分多路复用波分多路复用频分多路复用在光纤信道的运用。频分多路复用在

14、光纤信道的运用。电子电子FDM能量能量光纤光纤1频谱频谱能量能量光纤光纤2频谱频谱能量能量共享光纤频谱共享光纤频谱衍射光栅是完衍射光栅是完全无源的，因全无源的，因此可靠性高。此可靠性高。共享光纤共享光纤棱柱棱柱/衍射光栅衍射光栅光纤光纤1光纤光纤2光纤光纤4光纤光纤3多路复用多路复用(Wavelength division multiplexing)关于码分多路复用CDMAmc21st/techfield/systech/ss/s01.htm扩频通讯技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是经过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与

15、所传信息数据无关；在接纳端那么用同样的码进展相关同步接纳、解扩及恢复所传信息数据。信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为：C WLog2(1十S/N)数据的每一位分别在不同的并行信道上同时传输。数据的每一位分别在不同的并行信道上同时传输。即一组二进制位同时在一根电缆的一束线路上并行传输。即一组二进制位同时在一根电缆的一束线路上并行传输。Sender Receiver Data line优点：传输速率高优点：传输速率高缺陷：采用多条线路本钱高缺陷：采用多条线路本钱高并行传输和串行传输并行传输和串行传输并行传输方式并行传输方式1001同步技术同步技术构成数据代码的假设干位串行陈列成数据

16、流，在构成数据代码的假设干位串行陈列成数据流，在一条信道上传输。一条信道上传输。同步同步问题问题Sender Receiver Data line串行传输方式串行传输方式优点：本钱低，长间隔传输时比并行传输更可靠。优点：本钱低，长间隔传输时比并行传输更可靠。缺陷：要处理同步问题，速率低缺陷：要处理同步问题，速率低接纳方如何在到达的数据流中正确地接纳方如何在到达的数据流中正确地域分出发送端所发出的一个个代码。域分出发送端所发出的一个个代码。1001同步技术同步技术并行传输和串行传输并行传输和串行传输接纳端必需知道每一接纳端必需知道每一位的起止时辰并正确位的起止时辰并正确地识别出每一个位。地识别出

17、每一个位。同步技术同步技术载波同步载波同步接纳端需求一个与发送接纳端需求一个与发送端载波同频同相的相关端载波同频同相的相关载波参与解调任务。载波参与解调任务。位同步位同步区分每个完好的信号区分每个完好的信号块或帧块或帧(报文报文)的开场的开场和终了位。和终了位。帧同步帧同步要求通讯网内各交换要求通讯网内各交换转接点的时钟频率和转接点的时钟频率和相位一致协调。相位一致协调。网同步网同步同步技术同步技术位同步位同步在接纳端设法产生一个与发送端发送来的位速率一样且在接纳端设法产生一个与发送端发送来的位速率一样且在时间上对准最正确判决点的定时脉冲序列。在时间上对准最正确判决点的定时脉冲序列。外同步法外

18、同步法它要求在发送端发送数据的同时也发送位定时信息。它要求在发送端发送数据的同时也发送位定时信息。开辟专门的传输开辟专门的传输位定时信息的信道位定时信息的信道在发送的数据中叠加上在发送的数据中叠加上位定时信息。使得不包位定时信息。使得不包含位定时信号的位序列含位定时信号的位序列中也有定时信息的成份中也有定时信息的成份同步技术同步技术把接纳解调后的基带信号从不归零波形变换成归零方式的二把接纳解调后的基带信号从不归零波形变换成归零方式的二进制信号，使得信号的频谱中出现位定时信号的频谱分量。进制信号，使得信号的频谱中出现位定时信号的频谱分量。整形整形(限幅限幅)e1(t)微分微分e2(t)整流整流(

19、全波全波)e3(t)整形整形(展宽展宽)e4(t)e5(t)(a)变换的任务过程变换的任务过程窄带滤波窄带滤波移相移相脉冲构成脉冲构成准定时脉冲准定时脉冲位定时脉冲位定时脉冲(b)用滤波方法获得位定时脉冲用滤波方法获得位定时脉冲要求接纳端直接从接纳的数字信号中提取出位定时信号。要求接纳端直接从接纳的数字信号中提取出位定时信号。自同步法自同步法同步技术同步技术位同步位同步ttttte1(t)e2(t)e3(t)e4(t)e5(t)(c)波形变换过程波形变换过程同步技术同步技术位同步位同步帧帧帧同步帧同步同步字符法及标志法同步字符法及标志法对所接纳的位序列进展检测，对所接纳的位序列进展检测，正确找

20、出帧的开场与终了。正确找出帧的开场与终了。帧同步帧同步通常把专门格式的通常把专门格式的数据块称为数据块称为“帧。帧。帧同步的主要方法帧同步的主要方法同步传输同步传输异步传输异步传输起止同步法起止同步法同步技术同步技术同步通讯同步通讯与异步通与异步通讯的区别讯的区别取决于发送和接纳设备取决于发送和接纳设备的时钟是独立的异步的时钟是独立的异步，还是同步的。，还是同步的。异步传输异步传输每个字符独立传输，收方在收到每一个新字符每个字符独立传输，收方在收到每一个新字符的开场位后重新同步。的开场位后重新同步。任务方式任务方式不发送长的无延续的位流以防止时钟问题；不发送长的无延续的位流以防止时钟问题；一次

21、只发送一个字符，每个字符一次只发送一个字符，每个字符5至至8位长。位长。经过起始和终了码在每个字符内维持时钟和同步；经过起始和终了码在每个字符内维持时钟和同步；接纳端有时机在下个字符的开场时重新同步。接纳端有时机在下个字符的开场时重新同步。同步技术同步技术坚持空闲坚持空闲或下一个或下一个起始位起始位1 1 1 1 0 0 0 11 1 0 1 0 0 1 1起始位起始位停顿位停顿位(b)8位异步字符流位异步字符流起始位起始位停顿位停顿位两个字符之间不可两个字符之间不可预测的时间间隔预测的时间间隔接纳器检测新接纳器检测新字符的开场字符的开场每位中心抽样每位中心抽样5-8 数据位数据位起始位起始位

22、奇、偶或没用奇、偶或没用1-2位时间位时间停顿停顿10(a)字符格式字符格式线路空线路空闲形状闲形状同步技术同步技术异步传输异步传输例如：假设停顿位长度为例如：假设停顿位长度为1位时间，要发送位时间，要发送ASCII字符串字符串ABC。A 1 0 0 0 0 0 1 0B 1 0 0 0 0 1 0 0C 1 0 0 0 0 1 1 1b6 b5 b4 b3 b2 b1 b0 Parity起始位起始位 停顿位停顿位 起始位起始位 停顿位停顿位 起始位起始位 停顿位，线路空闲停顿位，线路空闲0 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 0 1 0 0 0 0 1 0 1 0 1 1 0 0 0 0

23、 1 1 1 1 1 1 1 1发送原那么：发送原那么：从最低有效位开场从最低有效位开场 A：10000010B：01000010C：11000011发送方式发送方式(添加起始位和停顿位添加起始位和停顿位)：同步技术同步技术异步传输异步传输接纳端的同步是利用起始位的从接纳端的同步是利用起始位的从1到到0的固定跃变，启动内部的固定跃变，启动内部的时钟电路，然后对各个位依次抽样判决而获得同步的。的时钟电路，然后对各个位依次抽样判决而获得同步的。字符之间的不确定方式字符之间的不确定方式起起始始位位停停止止位位停停止止位位停停止止位位起起始始位位起起始始位位同步原理同步原理实现简单，无需预先实现简单，

24、无需预先建立系统的同步；建立系统的同步；q缺陷缺陷 q优点优点 传输效率低传输效率低同步技术同步技术异步传输异步传输12345678StopStart 0 100 200 300 400 500 600 700 800 93 186 279 372 465 558 651 744异步传输适用于传输速率不高，异步传输适用于传输速率不高，特别是交互会话式的通讯系统。特别是交互会话式的通讯系统。发送端发送端时钟时钟接纳端接纳端时钟时钟数据率为数据率为10000bps，每一位时间长，每一位时间长0.1毫秒毫秒(100微秒微秒)。假设接纳端差假设接纳端差7，那么接纳器每隔，那么接纳器每隔93us(基于发

25、送器的时基于发送器的时钟钟)对入境字符取样。对入境字符取样。假设：假设：最后一个最后一个样值出错样值出错同步技术同步技术异步传输异步传输防止发送器和接纳器之间时间漂移方式防止发送器和接纳器之间时间漂移方式同步传输同步传输大量的位以稳定流发送，没有起始位也没有停顿位。大量的位以稳定流发送，没有起始位也没有停顿位。发送器和接纳器必需同步它们的时钟才干使接纳器知道发送器和接纳器必需同步它们的时钟才干使接纳器知道新字节的开场。新字节的开场。在发送器和接纳器之间提供单独的时钟线在发送器和接纳器之间提供单独的时钟线将时钟信息嵌入到数据信号中将时钟信息嵌入到数据信号中同步传输中的另一级同步同步传输中的另一级

26、同步 使接纳器确定一块数据的开场和终了。使接纳器确定一块数据的开场和终了。同步传输以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符同步传输以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间无间隙。每个比特与时钟信号严厉一一对应。间无间隙。每个比特与时钟信号严厉一一对应。同步技术同步技术preamblepostambledata同步通讯的分类同步通讯的分类q面向字节协议面向字节协议q面向比特协议面向比特协议数据块数据块(帧帧)：数据前后同步码控制信息数据前后同步码控制信息首先，接纳端要从接纳到的数据流中正确区分每个比特首先，接纳端要从接纳到的数据流中正确区分每个比特，即位同步。然后，在位同步的根底上实现帧同步。，即位同

27、步。然后，在位同步的根底上实现帧同步。采用采用ASCII字符字符(如如SYN，SOH及及ETX)来来控制数据块的传输。控制数据块的传输。以一个稳定的位流来传输数以一个稳定的位流来传输数据。采用一个特殊的标志据。采用一个特殊的标志01111110来定界帧。来定界帧。同步技术同步技术同步传输同步传输发送器在每个字符块之前插入发送器在每个字符块之前插入两个或多个控制字符两个或多个控制字符面向字节协议面向字节协议数据块以字符方式数据块以字符方式(通常为通常为ASCII)出现；出现；帧中的一切附加信息也为字符方式。帧中的一切附加信息也为字符方式。每一块用一同始标志来到达同步。每一块用一同始标志来到达同步

28、。用来同步用来同步字符块字符块接纳器经过检测接纳器经过检测SYN来识别一来识别一帧的开场帧的开场同步空闲或同步空闲或SYN字符字符同步技术同步技术同步传输同步传输SYNSYNSOH headerSTXdataETXCRC.ETX DLE.ETX或或DLE也能也能够出如今数据部够出如今数据部分，需求字节填分，需求字节填充技术来区分。充技术来区分。.DLEETX DLEDLE.填入填入DLE填入填入DLE例例4：BISYNCBinary Synchronous Protocol由由IBM在开发。被用作在开发。被用作DEC的的DDCMP和和ARPNET的的IMP-IMP上。上。同步技术同步技术同步传

29、输同步传输面向字节协议面向字节协议采用多个同步符作为帧的起始标志。采用多个同步符作为帧的起始标志。开场时能够出现误同步。传输时低位在前，高位在后。开场时能够出现误同步。传输时低位在前，高位在后。1 0 1 0 1 1 0 1 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 0 1 0 0 0 1 0 0 0 0 0 0 0 帧开场帧开场随机比特随机比特SYNSYNSOHSYN同步技术同步技术同步传输同步传输面向字节协议面向字节协议附：附：ASCII传输控制字符传输控制字符 SOH：标题开场。指示标题的开场。：标题开场。指示标题的开场。标题信息包括地址、序号，类型等。标题信息包括地址、序号，

30、类型等。STX：正文开场。指示数据正文由此开场正文开场。指示数据正文由此开场ETX：正文终了，指示数据正文到此终了正文终了，指示数据正文到此终了DLE：数据链本义，通常在数据链本义，通常在DLE后跟一两个非控后跟一两个非控 制字符共同组成制字符共同组成“本义序列，可作新的功本义序列，可作新的功 能符运用，以扩展控制字符的功能。能符运用，以扩展控制字符的功能。SYN：同步。同步。在同步传输时，用此字符填充数据间歇。在同步传输时，用此字符填充数据间歇。同步技术同步技术同步传输同步传输面向字节协议面向字节协议将每个帧看作是一组比特将每个帧看作是一组比特(位位)。数据块的长度不作规定。数据块的长度不作

31、规定，也可以不是，也可以不是8比特的整数倍。数据块被当作比特序列对比特的整数倍。数据块被当作比特序列对待。它用一特殊的比特方式标志一帧的开场与终了。待。它用一特殊的比特方式标志一帧的开场与终了。目前广泛采用目前广泛采用 “01111110 序列序列。开放标志开放标志(前同步码前同步码)：标志一帧开场的比特方式：标志一帧开场的比特方式封锁标志封锁标志(后同步码后同步码)：标志一帧终了的比特方式：标志一帧终了的比特方式面向比特协议面向比特协议同步技术同步技术同步传输同步传输例例5：SDLC(Synchronous Data Link Control Protocol)011111100111111

32、00 1 1 1 1 1 0 1 1 0 1 1 1 1 1 0 0插入额外的位位填充技术插入额外的位位填充技术01111110可出如今数据部分。可出如今数据部分。任何时候发出任何时候发出5个延续的个延续的1后，插入一个后，插入一个0。由由IBM在开发，后被在开发，后被ISO规范化为规范化为HDLC(High-Level Data Link Control Protocol)。Opening flagClosing flag同步技术同步技术同步传输同步传输面向比特协议面向比特协议对于以字符为单位的帧构造，每当帧正文出现控制字符时对于以字符为单位的帧构造，每当帧正文出现控制字符时 就在其前插入一

33、个就在其前插入一个DLE字符，使原始控制字符的语义发生字符，使原始控制字符的语义发生变化；接纳端收到后会自动删去这个变化；接纳端收到后会自动删去这个DLE。对于以位为单位的帧构造，那么可用位填技术。对于以位为单位的帧构造，那么可用位填技术。填充技术填充技术用来消除所传输信息中能够出现同步控制代码的技术。用来消除所传输信息中能够出现同步控制代码的技术。010 为封锁方式为封锁方式1 该帧应丢弃该帧应丢弃在发送端除了帧标志外，每延续在发送端除了帧标志外，每延续出现五个出现五个“1便自动插入一个便自动插入一个“0在接纳端，每收到延续五个在接纳端，每收到延续五个“1，便根据下一个入境位作出决策，便根据下一个入境位作出决策删除它删除它同步技术同步技术同步传输同步传输