现代通信原理课件.ppt

《现代通信原理课件.ppt》由会员分享，可在线阅读，更多相关《现代通信原理课件.ppt（66页珍藏版）》请在装配图网上搜索。

1、第 10章 信道复用和多址方式 第 10章 信道复用和多址方式 本章主要内容 10.1 引言 什么是“复用”和复用技术的分类 “多址接入”及其与“复用”的关系 10.2 频分复用和多级调制 10.3 时分复用基本原理 10.4 数字复接技术（数字信号的时分复用） 10.5 码分复用简介 10.6 多址技术 第 10章 信道复用和多址方式 10.1 引言 一、什么是“复用” 在“点到点” (Point-to-Point)通信方式中，在同 一信道上，传输多路信号的复合信号，并且能在 接收端正确将各路信号分离，从而实现多路信号 公用一个信道的技术。 二、复用技术的分类 频分复用（ Frequency

2、 Division Multiplex） 时分复用（ TDM） 码分复用（ CDM） 其他复用（如空分复用、波分复用等、 OFDM ） 第 10章 信道复用和多址方式 三、多址技术及其的分类 多址：以卫星通信为例， 多个地球站通过共同的 卫星同时建立各自的信道，从而实现各地球站通 信的一种方式。 分类： 频分多址（ FDMA） 时分多址（ TDMA） 码分多址（ CDMA） 空分多址（ SCDMA） 第 10章 信道复用和多址方式 四、“复用”和“多址”的关系 二者的技术本质是完全一样的 * 相同： 通信 过程信号的复合、传输、信号的 分离 当上页所述复用技术应用于“点到点”的通信方 式时，通

3、常叫做“多路复用” 例如微波通信、电话数字中继（ PCM一次群） 当复用技术应用于“点到多点”的通信方式时， 通常叫做“多址接入” 例如多个手机同时与基站进行的通信 第 10章 信道复用和多址方式 * 不同： 动态 站址 多址方式 固定 话路 信道复用 网络资源分配 信号来源 第 10章 信道复用和多址方式 10.2 频分复用和多级调制 理论基础：调制定理（也是付立叶变换的 一个性质） 频域特点：各路信号在频域互相隔离 时域特点：各路信号在时域上相互叠加 信号种类： 属于频带信号 接收端分离方法：滤波器 第 10章 信道复用和多址方式 10.2.1 频分多路复用 (FDM) 频率复用 :是指多

4、路信号在频率位置上分开 ， 但同时在一个信道内传输 。 因此 ， 频率复 用信号在频谱上不会重叠 ， 但在时间上是 重叠的 。 第 10章 信道复用和多址方式 原理框图 各路滤波器 的通频带互 不重叠 第 10章 信道复用和多址方式 FDM合成后的频谱图（单边） 则总带宽路都采用单边带调制如果 ,n gmSSBF D M fnfnB )1()( 是各频带的隔离带宽 高频率是每一路基带信号的最其中 g m f f )( SSBF D MB 第 10章 信道复用和多址方式 若 n路都采用双边带 f mf2 mf2 mf2 gf g f gmD S BF D M fnnfB )1(2)( 看图可知

5、第 10章 信道复用和多址方式 10.2.2 多级调制 多级调制 对同一基带信号进行 2次或更多次的调制 复合调制 属于多级调制的一种特殊情况 每次调制的种类不同（如第一级调制采用调幅， 第二级调制采用调频） 第 10章 信道复用和多址方式 2级调制的框图 第 10章 信道复用和多址方式 合并后的复用信号可直接通过信道传输 ， 也可以 经过再次调制后进行传输 。 在接收端 ， 可利用相应的带通滤波器来分离出各 路信号 ， 并通过各自的解调器和低通滤波器恢复出各 路的调制信号 。 国际电信联盟 （ ITU） 对此制定了一系列建议 。 例如 ， ITU将一个 12路频分复用系统统称为一个 “ 基

6、群 ” ， 它占用 48kHz带宽；将 5个基群组成一个 60路 的 “ 超群 ” 。 用类似的方法可将几个超群合并成一 个 “ 主群 ” ；几个主群又可合并成一个 “ 巨群 ” 。 第 10章 信道复用和多址方式 示例 中波广播频率的带宽是从 535 kHz到 1605 kHz。 这个通信信道上又按照不同的频率划分成为若 干个子信道，每个子信道的带宽是 9 kHz，每 个子信道供给广播电台的一个频道使用。 例如天津广播电台交通频道的中心频率是 567 kHz，生活频道的中心频率是 1386 kHz。 各个广播电台在这些子信道上同时进行信号传 输而互不干扰，这就是一个由频率进行划分的 多路复用

7、技术的具体例子。 第 10章 信道复用和多址方式 频分复用系统的最大优点 :是信道利用率高， 容许复用的路数多，同时分路也很方便， 它是目前模拟通信系统中采用的最主要的 一种复用方式，例如，无线电广播、电视 广播、有线和微波通信都广泛采用频分复 用方法。 频分复用的缺点 :是设备复杂；若信道存在 非线性时，会产生路间干扰。 第 10章 信道复用和多址方式 10.3 时分复用基本原理和带宽计算 10.3.1 时分复用（ TDM）基本原理 基本原理：各路信号分时轮流使用同一物理信道（类 比例如：不同的班级在同一教室、不同时间上课） 时域上：互不重叠，相互隔离 频域上：频谱重叠 信号种类： 一般属于

8、基带信号（可采用奈奎斯特定 律） 接收端分离方法：“分接技术”（通过精确的时钟采 样脉冲和计数器来找到需要的数据） 第 10章 信道复用和多址方式 与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点： （ 1） TDM多路信号的合路和分路都是数字电路， 比 FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。 （ 2）信道的非线性会在 FDM系统中产生交调失 真和多次谐波，引起路间干扰，因此 FDM对信道 的非线性失真要求很高。而 TDM系统的非线性失 真要求可降低。 第 10章 信道复用和多址方式 PA M 时 分 复 用 原 理 示 意 图 第 10章 信道复用和多址方式 *防护时隙 :未被抽样脉冲占用的时隙部分。

9、 * T1=Ts/N= 抽样脉冲宽度 防护时隙 g *时隙：一帧的相邻两脉冲间的间隔 T1 * t 时隙 1 2 3 帧 1 2 NN 1 2 T s T s2 . . . * 帧：各个消息构成的单一抽样的一组脉冲 Ts 第 10章 信道复用和多址方式 PCM复用原理 我们在第 6章学过，每路 PCM的采样速率是 8kHz，即每 1/8000秒产生 8bit 如果我们把 n路 PCM时分复用到一条物理线 路上，那么每 1/8000秒就要对应 8n(bit) 第 1路第 1次采样 的 PCM编码 t 第 2路第 1次采样 的 PCM编码 第 n路第 1次采样 的 PCM编码 秒80001 第 1

10、路第 2次采样 的 PCM编码 第 2路第 2次采样 的 PCM编码 帧称为一 开始下一帧 8 b it 第 10章 信道复用和多址方式 10.3.2 时分复用的带宽计算 公用一个物理信道路设有 PAM8 t 任一路的采样间隔 P A M路语音的设这是 8 秒则每一路的采样间隔为 800 01 秒则每一个采样时间宽度 00064 1k H zB 641 第 10章 信道复用和多址方式 PAM时分复用的带宽计算 推广到 n路 PAM的时分复用情况 秒则每一个采样时间宽度 nf s 1 )(1 HznfB s )(2m i n HznfBB sN 若采用理想基带系统 第 10章 信道复用和多址方式

11、 例题 设有 10路模拟信号 ,每路最高频率均为 20kHz,对每路信号进行 PAM采样后再时分复 用 ,求复用后的复合信号带宽和理论最小带宽 解： k H zf m 20 每路信号的最高频率 k H zff ms 402 每路信号的采样频率 k H zfB s 400n 复合信号的带宽 k H zfBB sN 2002nm i n 最小理论带宽 第 10章 信道复用和多址方式 PCM时分复用的带宽计算 设 PCM的量化级为 M，则每一个 PAM采样进 行 PCM编码后变成 log2M(bit) 例如 A律 13折线编码，共有 2(正、负两个半轴 ) 8(段 ) 16(小份 )=256个量 化

12、级，即 M=256 所以其每个采样编码为 log2256=8(bit) 每一路的码率为 fs log2M(bit/s) 多路 PCM复用后总码率 Rb总 为各路码率之和 复合 PCM信号带宽为 B=Rb总 对应最小理论带宽为 Rb总 /2 第 10章 信道复用和多址方式 例题 设有 3路模拟信号，最高频率分别为 1kHz,2kHz,3kHz，每路都进行 64量化级的 PCM编 码，求 3路 PCM复用后的信号带宽和理论最小带宽 解： k H zf m 1 1 率第一路路信号的最高频 k H zff ms 22 11 第一路信号的采样频率 )(664lo g 2 b it每次采样都编为 )/(1

13、226 sk b it 第一路的码率为 )/(24 sk b it为同理可求出第二路码率 )/(36 sk b it第三路码率为 )/(72362412 sk b it为三路时分复用后总码率 k H zB 72 复合信号的带宽 k H zkBB N 36272m i n 最小理论带宽 第 10章 信道复用和多址方式 补充作业 对 10路最高频率为 4kHz的模拟信号分别进 行 128个量化级 PCM量化编码后 ,再对这 10 路信号进行时分复用 ,求 (1)复用后的传信率 (2)复用后的信号带宽 (3)基带传输时的理论最小带宽 第 10章 信道复用和多址方式 10.4 数字复接技术 一、复接和

14、分接的概念 二、复接的实现的基本原理 三、复接的方式分类 四、商用 PCM(属于一种同步复接 )简介 第 10章 信道复用和多址方式 一、复接和分接的概念 将 2路或 2路以上的数字信号，合并成 1路高 速数字信号的过程 可以类比为向一列准时的火车上装货的过程 本质还是一种时分复用 分接是复接的逆过程 相当于从火车上卸货 第 10章 信道复用和多址方式 二 、 复接的实现的基本原理 分接器的功能是把已合路的高次群数字信号分解 成原来的低次群数字信号 它是 由 同步、定时和码速恢复 等单元组成 数字复接系统主要由数字复接器和分接器组成。 复接器是把两个或两个以上的支路（低次群）按 时分复用方式合

15、并成一个单一的高次群 其 设备由 定时、码速调整和复接单元 等组成 ； 第 10章 信道复用和多址方式 数字复接系统方框图 码速 调整 复 接 1 2 3 4 定 时外钟 分 接 恢 复 支路 合路 同 步 定 时 分接器复接器 第 10章 信道复用和多址方式 复接器在各支路数字信号复接之前需要 进行 码速调整 ， 即对各输入支路数字信号 进行频率和相位调整 ， 使其各支路输入码 流速率彼此同步并与复接器的定时信号同 步 后 ， 复接器方可将低次群码流复接成高 次群码流 。 第 10章 信道复用和多址方式 复接条件：被复接的各支路数字信号彼此之 间必须同步并与复接器的定时信号同步方 可复接 。

16、 根据此条件划分的 复接可分为 同步复接、异源（准同步）复接、异步复接 三种。 第 10章 信道复用和多址方式 三、复接的方式分类 按各路信号交织的情况分为 位复接 字复接 帧复接 按各路信号的时钟是否统一分为 同步复接 异步复接（基本已经淘汰） 准同步复接 第 10章 信道复用和多址方式 1 按位复接 。 复接器 每次复接一个支路的一比特信号 ， 依次轮流复接各支路信号 ， 这种复接就称 为逐位 （ 逐比特 ） 复接 。 特点：按位复接简单易行，且对存储器容量 要求不高。 其缺点是对信号交换不利。 第 10章 信道复用和多址方式 2按码字复接 。 复接器 每次复接一个支 路的一个码字 （ 8

17、bit） ， 依次复接各支 路的信号 ， 这种复接就称为按码字复接 。 特点：复接后码流保留了完整的码字结构， 有利于合成和处理。这种方法有利于数字电 话交换，但要求有较大的存储容量 。 第 10章 信道复用和多址方式 两种复接方式示意图 1 0 1 1 0 0 11 第 ( 1 ) 路 P C M 3 0 / 3 2 基群 第 ( 2 ) 路 P C M 3 0 / 3 2 基群 第 ( 3 ) 路 P C M 3 0 / 3 2 基群 第 ( 4 ) 路 P C M 3 0 / 3 2 基群 ( a ) 一 次 群 ( b ) 二 次 群 ( 按 位 复 接 ) ( c ) 二 次 群 (

18、 按 字 复 接 ) 35 36 第 10章 信道复用和多址方式 3接帧复接 。 就是复接器 每次复接一个 支路的一帧信号 ， 依次复接各支路的信 号 ， 这种复接称为按帧复接 。 优点是复接时不破坏原来的帧结构，有利于 交换，但需要更大的存储容量，目前极少应 用。 第 10章 信道复用和多址方式 “复用 ” 与 “ 复接 ” 的区别： PCM复用是 对多路 （ 电话 ） 信号在一个定长的时间 内 （ 帧 ） 完成的 PCM和 TDM全过程 。 而复接是对多路数字信号 （ 数字流 或码流 ） 在一个定长的时间内进行的码 元压缩与安排 ， 它只负责把多路数字信 号安排 （ 复用 ） 在给定的时间

19、内 ， 而不 需要再进行抽样 、 量化和编码的 PCM过 程 ， 从而减少了对每路信号的处理时间 ， 降低了对器件和电路的要求 ， 实现了大 路数 （ 高次群 ） 信号的 “ 时分复用 ” 。 第 10章 信道复用和多址方式 复接的原理就是改变各低速数字流的 码元宽度 ， 并把它们重新编排在一 起 ， 从而形成一个高速数字流 。 从 表面上看 ， 复接是一种合成 ， 但其 本质仍然是一种时分复用的概念 。 为了与 PCM复用相区别 ， 所以称之 为 “ 复接 ” 。 第 10章 信道复用和多址方式 4同步复接 这种复接方式无需进行码速调整、有时只需进行 相位调整或根本不需要任何调整便可复接。

20、被复接的各输入支路之间，以及同复接 器之间均是同步的，此时复接器便可直接 将低支路数字信号复接成高速的数字信号 。 第 10章 信道复用和多址方式 5异源 （ 准同步 ） 复接 。 被复接的各输入支路之间不同步，并与复接 器的定时信号也不同步：但是 各输入支路的 标称速率相同，也与复接器要求的 标称速率 相同 ,但仍不满足复接条件，复接之前还需要 进行码速调整，使之满足复接条件再进行复 接。这种复接方式就称为异源复接或准同步 复接。 第 10章 信道复用和多址方式 速率的变化范围在规定的容差范围内， 零次群： 64kb/s 100ppm 基群为 2048kb/s 50ppm 二次群为 8448

21、kb/s 30ppm 三次群为 34368kb/s 20ppm 四次群为 139264kb/s 15ppm 1ppm=10-6 第 10章 信道复用和多址方式 6 异步复接 被复接的各输入支路之间及与复接器的定 时信号之间均是异步的，其频率变化范围不 在允许的变化范围之内，也不满足复接条件， 必须进行码速调整方可进行复接。这种复接 方式称为异步复接。 由以上可见，异源和异步复接方式都必须 进行码速调整，满足复接条件后方可复接。 第 10章 信道复用和多址方式 （）正码速调整原理 a)支路信号码流以 fL速率写入缓存器，以 fm 速率读出 缓存 调整 合成 同步 复接 fm fL fL f m

22、fm 取空现象 正码速调整 第 10章 信道复用和多址方式 b)在缓冲存储器要取空还没有取空时，插入 一个非信息码元 插入命令控制三个动作 停止一次读出 插入一个脉冲 V 给插入脉冲作标志 C 第 10章 信道复用和多址方式 C）各支路的速率均调整到指定的速率 达到各支路同步，然后再进行复接 收端： a)通过码流提取时钟 b)由插入脉冲检出电路测出插入脉冲 后，发出去插命令，使写入时钟停止 输出一次 c)恢复原来支路信号的速率 第 10章 信道复用和多址方式 四、商用 PCM(属于一种同步复接 )简介 1. 基本特性 话路数目： 30 抽样频率： 8 kHz 压扩特性： A=87.6/13折线

23、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。 每帧时隙数： 32 总数码率： 8 32 8000=2048 kb/s 第 10章 信道复用和多址方式 PCM基群帧结构 ：指一帧周期中时隙的安排。 PCM30/32终端机的帧结构 （ A律 ） 帧结构 每帧分为 32个时隙（ 0 31号） 。 a.TS1-TS15， TS17-TS31（共 30路时隙用于传话音） b.每个时隙传 PCM8位编码 c.TS0传帧同步码 d.TS16传信令，即呼叫、应答等。 第 10章 信道复用和多址方式 PCM30/32路制式基群帧结构 TS 0 1 2 3 4 5 6 7 8 9

24、 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F 1 0 F 1 1 F 1 2 F 1 3 F 1 4 F 1 5 0 0 1 1 0 1 1 0 0 0 0 1 1 1A 2 a b c d a b c d a b c d a b c d 复帧 同 步信 号 备用 比特 C H 1 C H 1 6 C H 2 C H 1 7 a b c d a b c d C H 1 5 C H 3 0 F1 F2 F 1 5 帧同 步信 号 1 A 1 1

25、1 1 1 1 保留 给 国内 通信 用 帧同 步时 隙 话路 时隙 话路 时隙 信令 时隙 C H 3 0 (CH 16 C H 2 9) (CH 1 C H 15 ) 32 路时 隙， 25 6 bi t ,1 25 s 16 帧， 2. 0 m s 复帧 结构 帧结 构 偶帧 T S 0 奇帧 T S 0 48 8 n s 3. 91 s 第 10章 信道复用和多址方式 3、 TSO 偶数帧 0 0 1 1 0 1 1 （ 固定为 帧同步码 ） 奇数帧 1 A1 n n n n n （不传帧同步码组） : 国际电话通信用（保留） 。 1: 保证收端不误判为帧同步码。 A1：帧失步 对告码

26、 A = 0，同步（本地同步） （通告对方） A = 1，失步（本地失步） n: 保留国内用。 2、规定： 每 16帧构成一个 复帧 （传送共路信令） 第 10章 信道复用和多址方式 4、 TS16 第 F0子帧中的 TS16 0 0 0 0 A2 （固定为 复帧同步码 ） ：保留（备用）。 A2：复帧失步 对告码 A2 = 1 失步 A2 = 0 同步 第 F1 F15子帧中的 TS16 第 10章 信道复用和多址方式 a b c d a b c d 两个话路的信令码， 1 15对应 30个话路， 禁止 a b c d为全零，以免干扰复帧同步。 结论 ： 32路时隙，真正用于传送数据、话音的

27、时隙只 有 30路，所以称为 30/32路基群。 第 F1 F15子帧中的 TS16 第 10章 信道复用和多址方式 第 10章 信道复用和多址方式 1 5 4 4 k b / s 6 3 1 2 k b / s 2 4 3 0 7 4 4 5 4 4 1 6 4 1 3 3 2 0 6 4 k b / s 9 7 7 2 8 k b / s 4 4 7 3 6 k b / s 8 4 4 8 k b / s 2 0 4 8 k b / s 3 4 3 6 8 k b / s 1 3 9 2 6 4 k b / s 5 6 4 9 9 2 k b / s 1 . 5 M 系列 2 M 系列 复

28、接 等级 6 4 k b / s 第 10章 信道复用和多址方式 图 基于 PCM30/32路系列的数字复接体制 第 10章 信道复用和多址方式 10.5 码分复用（ CDM）简介 基本原理：利用相互正交的码组来携带信 息（即用 1个码组表示 1个比特 ,故称扩频） 在频域：相互重叠 在时域：也相互重叠 接收端：通过码组的正交计算（相乘再积 分）筛除其他路信号，留下对应路的信息 第 10章 信道复用和多址方式 正交码的特征 两个码组 ,如果对应位相同的个数和不同的 个数相同 ,则成为正交码组 如 0000 1010 0011 (这 3个码组两两正交 ,组成一个正交”码系” ) 第 10章 信道

29、复用和多址方式 码分复用举例说明（扩频） 1 0 第 10章 信道复用和多址方式 码分复用举例说明（解扩） 积分结果大 于 0，判为 1 积分结果小 于 0，判为 0 第 10章 信道复用和多址方式 扩频的种类 跳频通信 直接序列扩频 第 10章 信道复用和多址方式 跳频通信（ FH） f t 用户 1 用户 2 用户 3 f1 f2 f3 f4 f5 每个用户根据各自的伪随机（ PN） 序列，动态随机改变中心调制频率。 第 10章 信道复用和多址方式 直接序列 (DS)扩频 前面我们举的那个简单例子就属于直接序 列扩频 f t Code 信道 N 信道 2 信道 1 所有的用户工作在相同的

30、中心频率上。 第 10章 信道复用和多址方式 10.6 多址技术 多址技术的技术原理与复用完全一样 只不过应用于点对多点的场合 例如多个手机与同一基站进行通信时 每个 CDMA手机都有一个属于自己的码组 不同的 CDMA手机的码组两两正交 由于多址技术多用于多用户接入，所以常称多 址接入 (Access) 第 10章 信道复用和多址方式 多址技术种类（可以相互结合） 空分多址（ SDMA） 时分多址（ TDMA） 频分多址（ FDMA） 码分多址（ CDMA） t f code 第 ms MHz载波 0011正交码组 第 ms MHz载波 0011正交码组 第 ms MHz载波 0000正交码组 第 ms MHz载波 1010正交码组 ？ ？ 第 ms MHz载波 1010正交码组 第 ms MHz载波 0000正交码组 第 10章 信道复用和多址方式 本章重点小结 复用的概念和分类 频分复用的带宽计算 时分复用的带宽计算 多址技术的常见分类