第十章--復(fù)用和數(shù)字復(fù)接技術(shù).ppt

第十章復(fù)用和數(shù)字復(fù)接技術(shù) 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) 一多路復(fù)用技術(shù)基本概念 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) 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) 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 DivisionMultiplex 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 Time DivisionMultiplex TDM 同步時(shí)分多路復(fù)用 同步 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 CodeDivision MultiplexAddress CDMA 多路復(fù)用分類 二頻分多路復(fù)用 FDM FDM是根據(jù)頻率參量的差別來分割信號(hào)的 FDM對(duì)各路信號(hào)的要求 只要各路信號(hào)在頻譜上不重疊 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 下圖給出了頻分多路復(fù)用的一般情況 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)以它的載波頻率為中心的帶寬 稱之為通道 信道 為了防止信號(hào)間的相互干擾 在每一條通道間使用保護(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 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 FDM基本原理 接收端 濾波 BPF 解調(diào) Demodulator 頻分復(fù)用接收器 三個(gè)話音信號(hào)多路復(fù)用頻譜圖 FDM應(yīng)用系統(tǒng) 電話系統(tǒng) FDM應(yīng)用系統(tǒng) 電話系統(tǒng) 注意兩個(gè)問題 第一 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 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 如果剛好在信號(hào)頻帶范圍內(nèi) 形成同頻干擾 FDM標(biāo)準(zhǔn)化 AT 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60kHz 108kHz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312kHz 552kHz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812kHz 2044kHz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8516kHz 12388kHz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42612kHz 59684kHz的頻帶上 構(gòu)成一個(gè)巨群 Gaintgroup FDM 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 TDM 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 三時(shí)分多路復(fù)用 TDM TDM 完全由數(shù)字線路實(shí)現(xiàn) 近幾年得到廣泛應(yīng)用 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 同步時(shí)分多路復(fù)用 TDM 同步TDM中的基本概念 1 幀 TDM傳送信號(hào)時(shí) 以幀為單位進(jìn)行傳輸 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 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 SynchronousTDM 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 Time 分配給某一設(shè)備的時(shí)間片在一幀中的位置是固定的 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) 交錯(cuò)可以按bit byte Datablock交錯(cuò)過程 2 同步TDM中的基本概念 時(shí)分多路復(fù)用器 DDD CC B AAA 4路輸入信號(hào)每幀含有4個(gè)時(shí)間片 幀2 幀1 幀3 同步時(shí)分多路復(fù)用交錯(cuò)過程 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 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TDM中的基本概念 同步TDM標(biāo)準(zhǔn) 主要采用一種脈沖編碼調(diào)制的技術(shù)PCM PulseCodedModulation PCM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 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 北美和日本的技術(shù) T1線路 24 ITU T推薦的TDM標(biāo)準(zhǔn) E1線路 30 T1載波 幀格式最大傳輸速率 位數(shù) 幀 采樣頻率fs 1 8 24 8000 1 544 Mbps 數(shù)據(jù)位 同步TDM的傳輸標(biāo)準(zhǔn) 幀格式最大傳輸速率 位數(shù) 幀 采樣頻率fs 8 2 8 30 8000 2 048 Mbps E1載波 實(shí)例 同步TDM 同步TDM實(shí)例 緩沖器 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 緩沖區(qū)容量 復(fù)用信號(hào)支路數(shù) 復(fù)用單位 幀 比特?cái)?shù) 計(jì)算題 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 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 2 如果假設(shè)每個(gè)字符為8位 因此每幀有8 5 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 3 要想計(jì)算傳輸效率 已知通路上的比特率為 4100bps 而各通道上傳輸有用數(shù)據(jù)的總合為8 100 5 4000bps 由此可計(jì)算出該系統(tǒng)的效率為97 6 同步TDM缺點(diǎn) 資源浪費(fèi)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 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 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 AsynchronousTDMIntelligentTDM 異步時(shí)分多路復(fù)用 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 S5 S4 S3 S2 S1 AAAAA CCCC 情況2 三條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù) EEE 時(shí)分多路復(fù)用器 S5 S4 S3 S2 S1 AAAAA CCCC 情況3 四條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù) EEE DDD 時(shí)分多路復(fù)用器 S5 S4 S3 S2 S1 AAAAA CCCC 情況4 五條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù) EEE DDD BBB 性能分析 N 輸入源數(shù)目 即復(fù)用信道數(shù)R 每個(gè)源數(shù)據(jù)率bpsM 復(fù)用線路的信道容量 即最大傳輸速率 每個(gè)數(shù)據(jù)源傳輸比例 0 1 同步TDM 1K 復(fù)用鏈路容量對(duì)最大輸入總量的比例同步TDM K 1 不考慮額外幀定位比特 復(fù)用鏈路利用率 線路平均利用率表示全部支路鏈路容量中被使用比例Q 復(fù)用器中緩沖區(qū)容量Tq 傳輸延遲 多路復(fù)用技術(shù)比較 多路復(fù)用技術(shù)可以使多路信號(hào)通過一條傳輸媒介發(fā)送數(shù)據(jù) FDM與TDM比較FDM在適合模擬通信技術(shù) 效率高 能夠充分利用傳輸媒介帶寬資源 但隨輸入信號(hào)增加設(shè)備趨于復(fù)雜 TDM適合數(shù)字通信技術(shù) 同步TDM 幀長(zhǎng)度固定的STDM 不同TDM比較 3 同步TDM與STDM比較時(shí)間片上 N條輸入線路 TDM 幀內(nèi)時(shí)間片數(shù)為M N STDM 幀內(nèi)時(shí)間片數(shù)M N效率上 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 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 TDM 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 STDM 幀長(zhǎng)度可以是固定的也可以是不固定的 作業(yè) 6 3 A 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