數(shù)字通信原理常君明(清華大學(xué)出版社)第六章多路復(fù)用技術(shù)官方版

1、第六章多路復(fù)用技術(shù) 第第6章章 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，經(jīng)常需要在兩地之間同時(shí)傳送多路信號。當(dāng)然可以采用每需要一個(gè)新的信道就建立一條單獨(dú)的線路來傳輸一路信號，但顯然這種方法大大浪費(fèi)了傳輸系統(tǒng)的效率和寶貴資源。目前，通信系統(tǒng)所采用的傳輸介質(zhì)，諸如同軸電纜、光纖、地面微波和衛(wèi)星微波。每一種媒介都具有遠(yuǎn)遠(yuǎn)超過平均傳輸需求的承載能力。為了提高這些鏈路的傳輸效率，多路復(fù)用技術(shù)應(yīng)運(yùn)而生。 多路復(fù)用技術(shù)就是能在一條線路上同時(shí)攜帶多個(gè)信號來高效地使用傳輸系統(tǒng)的技術(shù)。根據(jù)信號分割技術(shù)的不同，多路復(fù)用可以分為頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用和碼分多路復(fù)用。時(shí)分多路復(fù)用又進(jìn)一步劃分為同

2、步時(shí)分復(fù)用（時(shí)分復(fù)用）和異步時(shí)分復(fù)用（統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用）。本章的重點(diǎn)是介紹這幾種類型的復(fù)用技術(shù)。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.1多路復(fù)用概述多路復(fù)用概述在通信系統(tǒng)中，復(fù)用技術(shù)的使用極大地提高了信道的傳輸效率，取得了廣泛地應(yīng)用。多路復(fù)用就是一種將一些彼此無關(guān)的低速信號按照一定的方法和規(guī)則合并成一路復(fù)用信號，并在一條公用信道上進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸，到達(dá)接收端后再進(jìn)行分離的方法。多路復(fù)用技術(shù)被廣泛使用的原因有兩點(diǎn)：（1）數(shù)據(jù)傳輸速率越高，傳輸系統(tǒng)的性能價(jià)格比越高。對于給定的傳輸設(shè)備和傳輸介質(zhì)，每的費(fèi)用隨傳輸設(shè)施數(shù)據(jù)率的提高而降低。同樣地，隨著數(shù)據(jù)率的提高，傳輸和接收設(shè)備的費(fèi)用也相應(yīng)地減少。（2）大多數(shù)通信設(shè)備要求達(dá)到的

3、數(shù)據(jù)傳輸率并不是很高。圖6.1為對設(shè)備的兩種功能連接。在圖.1（）中，每對設(shè)備都有自己的鏈路。如果每條鏈路的容量沒有被充分利用，則部分容量將被浪費(fèi)。在圖.1（）中，每對設(shè)備之間的傳輸時(shí)復(fù)用的，對設(shè)備共享一條鏈路。第六章多路復(fù)用技術(shù) 圖6.1不復(fù)用和復(fù)用第六章多路復(fù)用技術(shù)在復(fù)用系統(tǒng)中，個(gè)設(shè)備共享一條鏈路。圖.1（）是復(fù)用系統(tǒng)的基本形式。左邊的個(gè)設(shè)備將它們的傳輸信號輸送到復(fù)用器，復(fù)用器將這些信號組合成一個(gè)單獨(dú)的傳輸流（多合一）。在接收端，傳輸流被解復(fù)用器接收，并分解成原來的幾個(gè)獨(dú)立傳輸流（一分多），然后將它們傳輸?shù)狡谕慕邮赵O(shè)備。圖.1（）表明一般的多路復(fù)用功能，包括復(fù)合、傳輸和分離3個(gè)過程。多路

4、復(fù)用的理論依據(jù)是信號分割原理。實(shí)現(xiàn)信號分割的依據(jù)是信號之間的差別，這種差別可以體現(xiàn)在頻率參量上，也可以體現(xiàn)在時(shí)間參量上。因此，多路復(fù)用可以分為：頻分多路復(fù)用（fdm）、時(shí)分多路復(fù)用（tdm）、波分多路復(fù)用（wdm）和碼分多址復(fù)用（cdma）。時(shí)分多路復(fù)用又可分為同步時(shí)分復(fù)用（通常稱為時(shí)分復(fù)用）和異步時(shí)分復(fù)用（通常也叫統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用）。在頻域內(nèi)，只要各信號在頻譜上不重疊，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。同理，只要各路信號在時(shí)間上不重疊，就可以在同一信道內(nèi)傳輸信號，解復(fù)用器端用門電路將復(fù)合信號分開，實(shí)現(xiàn)時(shí)分多路復(fù)用。而波分多路復(fù)用則把不同波長的信號復(fù)合在一起進(jìn)行傳送。

5、第六章多路復(fù)用技術(shù)6.2頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（fdm）6.2.1頻分多路復(fù)用概念頻分多路復(fù)用概念頻分多路復(fù)用是按照頻率參量的差別來分割信號的。當(dāng)傳輸介質(zhì)的帶寬大于要傳輸?shù)乃行盘柕膸捴蜁r(shí)，就可以使用fdm技術(shù)。在fdm中，將每個(gè)信號調(diào)制到不同的載波頻率上，調(diào)制后的信號被組合成可以通過媒介傳輸?shù)膹?fù)合信號。同時(shí)要保證載波頻率之間的間距足夠大，即保證這些信號的帶寬不會重疊，就可以實(shí)現(xiàn)在同一媒體上傳送多路信號。圖6.2為頻分多路復(fù)用的一般情況。有個(gè)信號源輸入到一個(gè)多路復(fù)用器上，復(fù)用器用不同的頻率調(diào)制每一個(gè)信號。每個(gè)調(diào)制后的信號都需要一個(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

6、信號間的相互干擾，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)。第六章多路復(fù)用技術(shù) 圖6.2 頻分多路復(fù)用（fdm） 通道1解復(fù)用器頻分復(fù)用器保護(hù)頻帶信號1輸出端輸入端通道2通道n信號2信號n信號1信號2信號n第六章多路復(fù)用技術(shù)6.2.2頻分多路復(fù)用原理頻分多路復(fù)用原理頻分多路復(fù)用技術(shù)是按照頻率的不同來復(fù)用多路信號的方法。在頻分復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個(gè)相互不重疊的頻段，每路信號占用其中一個(gè)頻段，因而在接收端可以采用適當(dāng)?shù)膸V波器將對路信號分開，從而恢復(fù)所需要的信號。頻分多路復(fù)用的原理見圖6.3。圖6.3 頻分多路復(fù)用原理 第六章多路復(fù)用技術(shù) 1.復(fù)用 每一路信號先被載

7、波調(diào)制器進(jìn)行調(diào)制，接著將調(diào)制得到的模擬信號疊加起來，形成復(fù)合信號，然后通過傳輸媒介傳送出去。每一路信號的頻譜被搬移到了以為中心的位置上。為了實(shí)現(xiàn)這種機(jī)制，必須選擇不同的合理載波頻率，以使不同信號的帶寬之間不會有重疊，否則就在接收端不能恢復(fù)原始信號。 2.解復(fù)用 在接收端，復(fù)合信號通過帶通濾波器（每個(gè)濾波器也都以為中心），信號又被分割成多路狀態(tài)，然后經(jīng)解調(diào)器后恢復(fù)為原始多路信號。第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.2.3 fmd性能評價(jià)性能評價(jià) 1.優(yōu)點(diǎn) 頻分多路復(fù)用優(yōu)點(diǎn)是復(fù)用路數(shù)多，分路方便，多路信號可同時(shí)在信道中傳輸，充分利用了傳輸帶寬，提高了系統(tǒng)效率。技術(shù)成熟，實(shí)現(xiàn)相對容易。頻分多路復(fù)用常用于模擬通信

8、系統(tǒng)中，特別是在有線和微波通信系統(tǒng)中應(yīng)用非常廣泛。 2.缺點(diǎn) 頻分多路復(fù)用缺點(diǎn)是設(shè)備龐大、復(fù)雜，不易小型化；各路間不可避免會出現(xiàn)干擾；本身不提供差錯(cuò)控制功能，不易對性能進(jìn)行監(jiān)測。在實(shí)際的應(yīng)用系統(tǒng)中，正逐漸被時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)所取代。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.2.4 fdm應(yīng)用系統(tǒng)應(yīng)用系統(tǒng)1.電話系統(tǒng)fdm做典型的應(yīng)用時(shí)話音信號頻分多路復(fù)用載波通信系統(tǒng)。通話用戶發(fā)出的聲音頻率結(jié)構(gòu)不完全相同，但頻譜能量主要集中在hz之間，濾波器將每個(gè)話音信號的帶寬限制在hz左右，當(dāng)多個(gè)通道被復(fù)用在一起時(shí)，每個(gè)通道分配hz的帶寬，以使彼此頻帶間隔足夠遠(yuǎn)，防止出現(xiàn)串音。2.有線電視fdm的另一個(gè)常見應(yīng)用時(shí)有線電視傳輸。目前

9、，有線電視系統(tǒng)的傳輸介質(zhì)使用同軸電纜，其傳輸帶寬大約為500hz。一個(gè)電視頻道大約只需要6hz的傳輸帶寬。因此，從理論上說，一條同軸電纜可以同時(shí)承載83個(gè)電視頻道（實(shí)際上由于需要保護(hù)頻帶，要小于83這個(gè)理論值）。在實(shí)際應(yīng)用中，因?yàn)闆]有那么多的電視頻道可供接收，所以有線電視的同軸電纜經(jīng)常有一部分頻段被閑置。為了提高線路的使用效率，國外一些國家已經(jīng)采用一種有線電視和寬帶網(wǎng)相結(jié)合的線路，這樣大大降低網(wǎng)絡(luò)和有線電視的成本。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.2.5波分多路復(fù)用（波分多路復(fù)用（wdm）波分多路復(fù)用（wdm）實(shí)際上是頻分多路復(fù)用的一個(gè)變種，本質(zhì)上是光頻上的頻分復(fù)用技術(shù)。它除了復(fù)用和解復(fù)用以及采用光纖作為

10、傳輸介質(zhì)之外，在概念上與頻分多路復(fù)用fdm相同，但它比fdm更有效。在wdm中，兩根光纖連到一個(gè)棱柱或光柵上，每根的能量處于不同的波段。兩束光信號通過棱柱或光柵，合成到一根共享的光纖上，傳送到遠(yuǎn)方的目的地，然后再將它們分解。波分多路復(fù)用并沒有采用很多新的技術(shù)。由于每個(gè)信道有自己的波長（頻率）范圍，而且所有的范圍都是分隔的，所以它們可以被多路復(fù)用到長距離的光纖上。與電子的fdm唯一區(qū)別就是：光纖系統(tǒng)使用的衍射光柵是完全無源的，因此及其可靠。wdm流行的原因是一根光纖上的能量常常僅僅有幾hz，因?yàn)楝F(xiàn)在不可能在光電介質(zhì)間做更快的轉(zhuǎn)換。而一根光纖的帶寬大約是25000hz，所以可以將很多信道復(fù)用到長距

11、離光纖上。當(dāng)然，前提是，所有的輸入信道都應(yīng)使用不同的波長。隨著光纖技術(shù)的突破，光纖的價(jià)格越來越便宜，光纖的應(yīng)用也越來越多。特別是隨著網(wǎng)絡(luò)走進(jìn)千家萬戶，光纖的應(yīng)用將更加普及?，F(xiàn)在，很多城市以已經(jīng)實(shí)現(xiàn)或部分實(shí)現(xiàn)光纖到戶。不久的將來，雙絞線會被光纖取代。那時(shí)，所有的本地回路都可以利用wdm連接到通向端局的光纖上。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.3時(shí)分多路復(fù)用（時(shí)分多路復(fù)用（tdm）6.3.1時(shí)分多路復(fù)用概念時(shí)分多路復(fù)用概念時(shí)分多路復(fù)用是以時(shí)間作為信號分隔的參量，即信號在時(shí)間位置上分開，但它們所占用的頻帶是重疊的。當(dāng)傳輸介質(zhì)所能達(dá)到的數(shù)據(jù)傳輸速率超過了傳輸信號所需要的數(shù)據(jù)傳輸速率時(shí)，利用每個(gè)信號在時(shí)間上的交叉，

12、可以在一個(gè)傳輸通道上傳輸多路信號，實(shí)現(xiàn)信號的時(shí)分多路復(fù)用。這種時(shí)間的交叉可以是位一級的，也可以是由字節(jié)組成的塊或更大的信息。時(shí)分多路復(fù)用的概念圖如圖6.4所示。圖6.4中有路信號連接到時(shí)分多路復(fù)用器，復(fù)用器按照一定的次序輪流給每個(gè)信號分配一段使用公共信道的時(shí)間。當(dāng)輪到某個(gè)信號使用信道時(shí)，該信號就與公共信道邏輯上連接起來，而其他信號與信道的邏輯關(guān)系暫時(shí)被切斷。待指定的信號占用信道的時(shí)間一到，則時(shí)分多路復(fù)用器就將信道切換給下一個(gè)被指定的信號。依次類推，一直輪流到最后一個(gè)信號然后重新開始。在接收端，時(shí)分多路復(fù)用器也是按照一定的順序輪流接通各路輸出。第六章多路復(fù)用技術(shù) 圖6.4 時(shí)分多路復(fù)用解復(fù)用器頻

13、分復(fù)用器信號1輸出端輸入端 信號1信號2信號n時(shí)隙1信號n. . .信號2時(shí)隙n時(shí)隙2第六章多路復(fù)用技術(shù) 時(shí)分復(fù)用根據(jù)發(fā)送端與接收端時(shí)鐘提取時(shí)間情況，可分為同步時(shí)分復(fù)用和統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（異步時(shí)分復(fù)用）兩種。這里的同步是指復(fù)用器在給定的周期時(shí)間內(nèi)為每個(gè)設(shè)備都分配完全一樣的時(shí)間片，不管該設(shè)備有沒有數(shù)據(jù)要傳輸。時(shí)間片的一個(gè)完整循環(huán)叫一幀，一幀中兩個(gè)相鄰的時(shí)間片的時(shí)間間隔稱為時(shí)隙。時(shí)分復(fù)用在不作特別說明的情況下，一般是指同步時(shí)分多路復(fù)用。本節(jié)首先介紹同步時(shí)分復(fù)用。第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.3.2 tdm基本原理基本原理 1.基本原理 抽樣定位為時(shí)分多路復(fù)用提供了理論依據(jù)，因?yàn)槌闃佣ɡ硎沟迷跁r(shí)間上離散的抽樣

14、脈沖值代替基帶信號成為可能。抽樣定理告訴我們，一個(gè)頻帶限制在0的時(shí)間連續(xù)信號，可以用時(shí)間上離散的采樣值來傳輸，采樣值中包含由的全部信息，當(dāng)采樣頻率 時(shí)，可以從已采樣的輸出信號中用一個(gè)帶寬為 的理想低通濾波器不失真地恢復(fù)出原始信號。 由于單路采樣信號在時(shí)間上離散的相鄰脈沖間有很大的空隙，在空隙中就可以插入若干路其他采樣信號，只要各路采樣信號在時(shí)間上不重疊并能區(qū)分開。因此，就可以在一條信道中同時(shí)傳遞多個(gè)傳輸信號，達(dá)到了多路復(fù)用的目的。時(shí)分多路復(fù)用tdm原理如圖6.5所示。hshffbfhsff2第六章多路復(fù)用技術(shù) 圖6.5 時(shí)分復(fù)用原理圖 第六章多路復(fù)用技術(shù) 由圖6.5可知，各路信號首先通過相應(yīng)的

15、低通濾波器使之變?yōu)閹扌盘?，然后送到采樣電子開關(guān)，電子開關(guān)以每秒將各路信號依次采樣一次，這樣個(gè)樣值按先后順序錯(cuò)開插入采樣間隔之內(nèi)，最后得到復(fù)用信號是個(gè)采樣信號之和。在接收端，合成的多路復(fù)用信號由與發(fā)送端同步的分路轉(zhuǎn)換開關(guān)區(qū)分不同路的信號，把各路信號的采樣脈沖序列分離出來，再用低通濾波器恢復(fù)出各路原始信號。第六章多路復(fù)用技術(shù) 2. 基本概念 （1）幀 tdm在傳送信號時(shí)，將通信時(shí)間分成一定長度的幀，每一個(gè)幀又分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)時(shí)間片被分配來傳輸一條特定輸入線路的數(shù)據(jù)，如果所有設(shè)備以相同的速率發(fā)送數(shù)據(jù)，每個(gè)設(shè)備就在每幀內(nèi)獲得一個(gè)時(shí)間片。一幀正是由時(shí)間片的完整循環(huán)組成的。同步時(shí)分復(fù)用的每一個(gè)時(shí)間

16、片是預(yù)先分配給數(shù)據(jù)源的，而且是固定的。各個(gè)幀的某一時(shí)間片組成了某個(gè)設(shè)備的傳輸通道。圖6.6中可以看到4條輸入線路通過同步時(shí)分復(fù)用器用到單條通道上，所有的輸入數(shù)據(jù)率相同，因此每幀的時(shí)間片數(shù)等于輸入線路的數(shù)目。第六章多路復(fù)用技術(shù) 圖6.6 時(shí)分復(fù)用幀的傳輸4路輸入信號每幀含有4個(gè)時(shí)間片幀1時(shí)分復(fù)用器信號1輸入端信號2信號3信號4.4 3 2 14 3 2 14 3 2 1幀2幀n.第六章多路復(fù)用技術(shù)（2）交錯(cuò)可以把同步時(shí)分復(fù)用器想象成高速旋轉(zhuǎn)的開關(guān)，當(dāng)開關(guān)轉(zhuǎn)動到某個(gè)設(shè)備時(shí)，該設(shè)備就有機(jī)會向公共通道傳輸規(guī)定大小的數(shù)據(jù)。開關(guān)以固定的速率和固定的順序在設(shè)備間移動，這個(gè)過程稱為交錯(cuò)。交錯(cuò)可以以比特進(jìn)行、字

17、符進(jìn)行或碼組進(jìn)行。（3）幀比特定位在同步時(shí)分復(fù)用技術(shù)中，每一幀內(nèi)時(shí)間片的順序是固定的。復(fù)用器接收數(shù)據(jù)的信息就告訴解復(fù)用器如何對每個(gè)時(shí)間片進(jìn)行傳輸定向。因此，幀中可以不需要地址信息。在每一幀的開始附加一個(gè)或多個(gè)同步比特，以便于解復(fù)用器根據(jù)復(fù)用信息進(jìn)行同步，從而正確的分離各時(shí)間片。（4）比特填充在比特填充中，復(fù)用器通過在設(shè)備的數(shù)據(jù)源流中，插入附加的比特來強(qiáng)制的將各個(gè)設(shè)備之間的速率關(guān)系調(diào)整為整數(shù)倍的關(guān)系。由于不同數(shù)據(jù)源的傳輸效率不一定相同，因此，不同傳輸速率的數(shù)據(jù)源可以分配不同長度的時(shí)間片。當(dāng)設(shè)備之間的傳輸速率不是整數(shù)倍時(shí)，通過比特填充技術(shù)可以把它們變成好像是整數(shù)倍的關(guān)系。第六章多路復(fù)用技術(shù) 3.t

18、dm數(shù)據(jù)復(fù)用方式 （1）比特交錯(cuò)法 在每一個(gè)時(shí)間片內(nèi)僅含有一個(gè)比特。復(fù)用器分別依次取出各路輸入信號的第一比特，第二比特直到填滿整個(gè)幀。但當(dāng)復(fù)用器在取出第二路信號和第三路信號的第1位比特時(shí)，第一路信號的第2位比特和第二路信號的第2位比特已經(jīng)不斷地傳來。而這些數(shù)據(jù)等到最后一路信號的第1位比特復(fù)用完畢后才能復(fù)接。因此，需要把這些信號暫時(shí)存儲在緩沖器中。 比特交錯(cuò)法的特點(diǎn)：復(fù)用所需緩沖存儲器的容量大，復(fù)用設(shè)備簡單，是目前使用較多的交錯(cuò)技術(shù)。第六章多路復(fù)用技術(shù) （2）字符交錯(cuò)法 字符交錯(cuò)法以一個(gè)字符為單位進(jìn)行復(fù)用。字符交錯(cuò)技術(shù)主要用于異步數(shù)據(jù)源。 （3）碼組交錯(cuò)法 碼組交錯(cuò)法按某一碼元長度為單位進(jìn)行復(fù)用

19、，即在每個(gè)時(shí)間片中取出某支路的一個(gè)碼字。 碼組交錯(cuò)法的特點(diǎn)：按碼字復(fù)接方式的誤碼率低于按比特復(fù)接方式，從而提高傳輸信號的保真度。按碼字復(fù)接方式循環(huán)周期大，需要容量較大的緩沖器。在數(shù)字程控交換機(jī)和高速同步數(shù)字序列（sdh）復(fù)接時(shí)都采用按碼字復(fù)接的方式。第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.3.3 tdm工作特點(diǎn)工作特點(diǎn) 1.通信雙方是按照預(yù)先指定的時(shí)間片進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，而且這種時(shí)間關(guān)系是固定不變的。 2.就某一瞬時(shí)來看公用信道上傳送的僅是某一對設(shè)備之間的信號，就某一段時(shí)間而言，公共信道上傳送著按時(shí)間分割的多路復(fù)用信號。 3.與fdm相比，tdm更適合于傳輸數(shù)字信號。 只要時(shí)分多路復(fù)用器的掃描操作適當(dāng)，并采取必

20、要的緩沖措施、合理分配時(shí)間片，就能保證多路通信的正常進(jìn)行。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.4統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用（stdm）6.4.1 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用概念統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用概念在同步時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)的每一幀中，以固定分配時(shí)間片的方式，給每一個(gè)輸入設(shè)備分配一個(gè)固定的時(shí)隙，輸入數(shù)據(jù)復(fù)用以后在單一的公共信道上傳輸，復(fù)用信道的傳輸速率等于各低速通路的速率之和。這樣，無論用戶有沒有要發(fā)送的信息，都要分配給它一個(gè)固定的時(shí)隙。也就是說，如果某設(shè)備沒有運(yùn)行，其所分配的時(shí)隙處于空閑狀態(tài)，也不能為其他設(shè)備所利用，白白浪費(fèi)系統(tǒng)資源。為了提高時(shí)隙的利用率，采用按需分配時(shí)隙技術(shù)，即動態(tài)地分配所需要時(shí)隙，以避免每幀中出現(xiàn)空閑時(shí)隙的現(xiàn)

21、象。此時(shí)，復(fù)用器傳輸?shù)臄?shù)據(jù)都來自正是工作的設(shè)備。與預(yù)分配方式相反，每一個(gè)時(shí)間片都可以被所連接的任何一個(gè)有數(shù)據(jù)發(fā)送的輸入線路所使用。這種動態(tài)分配時(shí)隙的工作方式稱為統(tǒng)計(jì)時(shí)分多路復(fù)用（stdm）、異步tdm、智能tdm。第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.4.2 stdm基本原理基本原理 在統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中，復(fù)用器一側(cè)連接低速輸入線路，每一條低速線路都有一個(gè)與之相聯(lián)系的緩沖區(qū)，另一側(cè)連接高速復(fù)用線路。復(fù)用器掃描各個(gè)輸入信號，輸入設(shè)備有數(shù)據(jù)傳送就分配時(shí)間片，沒有數(shù)據(jù)傳送則繼續(xù)掃描下一條線路而不分配時(shí)間片。循環(huán)往復(fù)直到掃描完所有的輸入線路。將輸入數(shù)據(jù)組成stdm幀，由于每條輸入線路并非一直有數(shù)據(jù)輸入，stdm幀的

22、時(shí)隙數(shù)，通常總小于各條低速線路的總和，復(fù)用線路的數(shù)據(jù)傳輸速率也可能低于各輸入線路的數(shù)據(jù)速率之和。也就是說，在相同的鏈路上，stdm技術(shù)比tdm技術(shù)支持的輸入設(shè)備要多。圖6.7中，可以看到4條輸入線路通過stdm時(shí)分復(fù)用器用到單條通道上，每幀的時(shí)間片數(shù)3小于輸入線路的數(shù)目4。 第六章多路復(fù)用技術(shù) 圖6.7 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用幀的傳輸 4路輸入信號每幀含有3個(gè)時(shí)間片幀1統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用器信號1輸入端信號2信號3信號4.3 2 1幀2幀n.3 2 13 2 1第六章多路復(fù)用技術(shù) 對于輸入而言，復(fù)用器的功能就是掃描輸入緩沖區(qū)，搜集數(shù)據(jù)直到一個(gè)幀被填滿，然后就發(fā)送這個(gè)幀。如果沒有足夠數(shù)據(jù)來將幀內(nèi)所有的時(shí)間片填滿，

23、該幀就以半填充方式傳輸。在輸出時(shí)，復(fù)用器收到一個(gè)幀，并將時(shí)隙數(shù)據(jù)分發(fā)給合適的輸出緩沖區(qū)。第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.4.3 stdm幀幀 1. stdm幀結(jié)構(gòu) 在整體的幀格式中，統(tǒng)計(jì)復(fù)用幀中有每幀一源的格式和每幀多源的格式（見圖6.8）。 （1）每幀一源的格式 幀中只包含一個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)及其地址信息。 （2）每幀多源的格式 幀中包含多個(gè)數(shù)據(jù)源的數(shù)據(jù)及其地址信息。 使用相對尋址的方法可以減少地址字段，每個(gè)地址表示的是當(dāng)前數(shù)據(jù)源相對于前一個(gè)數(shù)據(jù)源的編號，以數(shù)據(jù)源的總數(shù)為模。 字段長度中數(shù)值表示字節(jié)數(shù)，這樣可以減少地址字段和字段的長度。 第六章多路復(fù)用技術(shù) 圖6.8 統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用幀格式 標(biāo)志 地址 控制

24、 統(tǒng)計(jì)復(fù)用子幀 幀校驗(yàn)fcs 標(biāo)志 地址 數(shù)據(jù) 地址 長度 數(shù)據(jù) . . . 統(tǒng)計(jì)復(fù)用子幀每幀多源 統(tǒng)計(jì)復(fù)用子幀每幀一源 地址 長度 數(shù)據(jù)第六章多路復(fù)用技術(shù) 2. stdm幀確定方法 （1）幀長不固定，幀數(shù)固定。每一幀的長度（幀內(nèi)時(shí)間片的數(shù)目）可以是不固定的，同時(shí)時(shí)間片的位置也不再是固定不變的。但當(dāng)系統(tǒng)確定后，幀的數(shù)量就固定了，即幀數(shù)等于路數(shù)。為了在接收端要正確分離各路數(shù)據(jù)，每一路時(shí)隙必須帶有地址信息。數(shù)據(jù)中同時(shí)包含數(shù)據(jù)和地址，所以stdm的每個(gè)時(shí)隙都存在額外開銷。 （2）幀長固定，幀數(shù)不固定。幀長度是根據(jù)給定時(shí)刻進(jìn)行發(fā)送的輸入線路數(shù)的統(tǒng)計(jì)結(jié)果決定的。第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.4.4 stdm性

25、能性能 在stdm系統(tǒng)中，復(fù)用器的輸出速率可以比輸入速率之和低，但必須在復(fù)用器中增加緩沖存儲器以臨時(shí)存放超過復(fù)用器鏈路容量的輸入部分，以減少成本。人們常常希望使用盡可能小的緩沖器和盡可能低的復(fù)用鏈路數(shù)據(jù)率，但緩沖器的數(shù)量和復(fù)用鏈路的數(shù)據(jù)率兩者之間，一方的減少會引起另一方的增加，因此對兩者之間要進(jìn)行合理的選擇。 第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.4.5 stdm實(shí)例實(shí)例 如圖6.9中所示是采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用技術(shù)共享一條鏈路的5臺輸入設(shè)備。在本例中，幀的大小是3個(gè)時(shí)間片。圖6.9說明了統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用器如何管理四種情況下的數(shù)據(jù)傳輸。復(fù)用器按照從1到5的順序掃描輸入設(shè)備，發(fā)現(xiàn)有待發(fā)送的數(shù)據(jù)就填入幀內(nèi)。 圖6.9統(tǒng)計(jì)

26、時(shí)分復(fù)用幀實(shí)例第六章多路復(fù)用技術(shù)ccc(a)情況一：兩條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)時(shí) 分復(fù) 用器1輸入端aaaaa a ac a ca c a2345aaaaa(b)情況二：三條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)時(shí) 分復(fù) 用器1輸入端e c ae c aa c a2345cccceeee c a(c)情況三：四條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)統(tǒng) 計(jì)時(shí) 分復(fù) 用器1輸入端c a ee d cd c a2345cccceeea e daaaaadddd c a統(tǒng) 計(jì)時(shí) 分復(fù) 用器1c b ae d cd c b23ccccaaaaadddbbb幀1幀3幀5第六章多路復(fù)用技術(shù) 1.第一種情況 5條輸入線路只有2條有數(shù)據(jù)發(fā)送。復(fù)用

27、器對設(shè)備1到設(shè)備5掃描時(shí)，第一次掃描結(jié)束后，一幀并沒有填滿（只含有設(shè)備1和設(shè)備3的數(shù)據(jù)）。此時(shí)，并不發(fā)送該幀而是繼續(xù)進(jìn)行第二次掃描，回到設(shè)備1第二部分?jǐn)?shù)據(jù)，將該幀填滿后才發(fā)送出去。然后繼續(xù)掃描到設(shè)備3的第二部分?jǐn)?shù)據(jù)并將其填入下一個(gè)數(shù)據(jù)幀，再回到頂端的設(shè)備1繼續(xù)填充，以此類推。前兩幀被數(shù)據(jù)填滿后，只剩下設(shè)備1有數(shù)據(jù)傳輸了，此時(shí)復(fù)用器取出設(shè)備1的字符a，然后掃描其他的輸入線路，沒有發(fā)現(xiàn)任何數(shù)據(jù)。再回到設(shè)備1將最后一個(gè)字符a填入幀中，再也沒有可以發(fā)生的數(shù)據(jù)。于是復(fù)用器將只填充了兩個(gè)時(shí)間片的幀發(fā)送出去。第六章多路復(fù)用技術(shù) 2.第二種情況 3條活躍的輸入線路分別對應(yīng)每幀內(nèi)的3個(gè)時(shí)間片。對于最初的3幀，輸

28、入信號對稱分布在所有的通信設(shè)備上。但到了第4幀，設(shè)備5結(jié)束了自身的數(shù)據(jù)傳輸，但設(shè)備1和設(shè)備3仍然有兩個(gè)字符待發(fā)送。復(fù)用器先取出設(shè)備1中字符a和設(shè)備3的字符c，然后掃描剩下的輸入線路，但沒有發(fā)現(xiàn)任何數(shù)據(jù)，于是又回到了設(shè)備1中取出最后一個(gè)字符c。此時(shí)再也沒有數(shù)據(jù)可以用來填充了。此情況如果采用同步tdm技術(shù)，將需要發(fā)送5個(gè)數(shù)據(jù)幀，每幀5個(gè)時(shí)間片，總計(jì)25個(gè)時(shí)間片。但是，其中只有12個(gè)時(shí)間片中有數(shù)據(jù)傳輸，使線路有超過一半的時(shí)間處于空閑的狀態(tài)。圖6.9中顯示的stdm方式，沒有一個(gè)時(shí)間片是空閑的，在整個(gè)傳輸時(shí)間內(nèi)，使用了鏈路的整個(gè)容量。第六章多路復(fù)用技術(shù)3.第三種情況有數(shù)據(jù)發(fā)送的線路比每幀時(shí)間片的數(shù)量多

29、一個(gè)。該情況下有4條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)。此時(shí)，當(dāng)復(fù)用器對設(shè)備1到設(shè)備5進(jìn)行掃描時(shí)，還沒有掃描完所有輸入線路，一幀就填滿了。因此，第1幀有設(shè)備1、設(shè)備3和設(shè)備4的數(shù)據(jù)，沒有設(shè)備5的數(shù)據(jù)。該幀發(fā)送后，復(fù)用器繼續(xù)掃描，將設(shè)備5中的第一部分?jǐn)?shù)據(jù)填入下一幀的第1個(gè)時(shí)間片。此時(shí)，第一輪掃描結(jié)束，然后回到線路頂端的設(shè)備1中的數(shù)據(jù)開始第二輪掃描任務(wù)。復(fù)用器將設(shè)備1中的第二部分?jǐn)?shù)據(jù)填入第2幀的第2時(shí)間片內(nèi)，設(shè)備3中的數(shù)據(jù)填入第3個(gè)時(shí)間片由此可見，當(dāng)活躍線路的數(shù)目不等于幀內(nèi)時(shí)間片的數(shù)量時(shí)，時(shí)間片不是對稱填充的。4.第四種情況在此情況下，數(shù)據(jù)幀類似第三種情況的方法進(jìn)行填充。這里不再贅述。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.5碼分多

30、路復(fù)用（碼分多路復(fù)用（cdma）6.5.1 碼分多路復(fù)用概念碼分多路復(fù)用概念碼分多路復(fù)用（cdma）是另一種共享信道的方法，是一種全新的技術(shù)，它的技術(shù)基礎(chǔ)是直接序列擴(kuò)頻技術(shù)。在cdma系統(tǒng)中，發(fā)送端用互不相干、相互正交（準(zhǔn)正交）的地址去調(diào)制所要發(fā)送的信號，為每路信號分配了各自特定的地址碼，然后利用同一信道來傳輸信息。碼分復(fù)用的信號在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊。也就是說，每路信號有自己的地址碼，地址碼彼此之間互相獨(dú)立，互不影響，這個(gè)地址碼用于區(qū)別每路信號。在接收端則利用碼型的正交性，對接收的信號進(jìn)行相關(guān)檢測，通過地址從混合復(fù)用的信號中選出相應(yīng)信號。其他使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮斩吮镜禺a(chǎn)生碼型

31、不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入噪聲或干擾，通常稱之為多址干擾。在cdma蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個(gè)頻率，即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸還是反向傳輸，除了傳輸業(yè)務(wù)之外，還必須傳送相應(yīng)的控制信息，為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。但cdma通信系統(tǒng)既不劃分頻道也不劃分時(shí)隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來區(qū)分，這樣的信道屬于邏輯信道。邏輯信道無論從頻域來看還是從時(shí)域來看都是相互重疊的，或者說它們都占有相同的頻段和時(shí)間。 第六章多路復(fù)用技術(shù)6.5.2 cdma 系統(tǒng)特點(diǎn)系統(tǒng)特點(diǎn)1.優(yōu)點(diǎn)

32、（1）多用戶共享同一頻率。（2）通信容量大。從理論上講，信道容量完全由信道特性決定，但實(shí)際的系統(tǒng)很難達(dá)到理想的情況，因而，不同的多址方式可能有不同的信道容量。cdma是干擾限制性系統(tǒng)，任何干擾的減少都直接轉(zhuǎn)化為系統(tǒng)容量的提高。（3）容量的軟件性。在cdma系統(tǒng)中，用戶數(shù)不固定，多增加用戶只會使通信質(zhì)量微降，不會出現(xiàn)阻塞現(xiàn)象。這和fdma和tdma系統(tǒng)中用戶數(shù)固定是不同的。（4）因?yàn)樾盘柋粩U(kuò)展在一個(gè)較寬的頻譜上，可以減少多徑衰落。（5）數(shù)據(jù)傳輸速率高。（6）低信號功率譜密度。它帶來最大好處是有較強(qiáng)的抗窄帶干擾能力，這使本系統(tǒng)和其他系統(tǒng)共用頻段成為可能，使有限的頻譜資源得到更充分的利用。第六章多路

33、復(fù)用技術(shù) 2.缺點(diǎn) （1）非同步cdma網(wǎng)中不同用戶的擴(kuò)頻序列不完全正交，會引起各用戶間的相互干擾-多址干擾（mai）。 （2）“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)。所謂“遠(yuǎn)-近”效應(yīng)就是由于移動用戶所在的位置處于動態(tài)變化中，基站接收到的各用戶信號功率可能相差很大，即使各用戶到基站距離相等，深衰落的存在會使到達(dá)基站的信號各不相同，強(qiáng)信號對弱信號有明顯的抑制作用，會使弱信號的接收性能很差，甚至無法通信。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.5.3 cdma的應(yīng)用的應(yīng)用cdma最初用于軍事通信，因?yàn)樵撓到y(tǒng)發(fā)送的信號有很強(qiáng)的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發(fā)現(xiàn)。cdma技術(shù)主要用在無線電通信系統(tǒng)。目前，面對全球范圍內(nèi)對移動通信

34、和個(gè)人通信日益增長的需要，cdma通信系統(tǒng)越來越顯示出獨(dú)有的優(yōu)越性。它將是今后無線通信中最主要的多址手段，應(yīng)用范圍已涉及數(shù)字蜂窩移動通信、衛(wèi)星通信、微蜂窩系統(tǒng)、一點(diǎn)多址微波通信和無線接入網(wǎng)等領(lǐng)域。cdma是第三代移動通信的主要體制，窄帶cdma能滿足語音和一般數(shù)據(jù)傳輸?shù)囊?，而寬帶cdma可滿足多媒體通信的要求。同時(shí)也是全球個(gè)人通信的一種主要多址通信方式。當(dāng)前，在筆記本電腦、個(gè)人數(shù)字助理（pda）以及掌上電腦（hpc）等具有移動性通信的設(shè)備都采用cdma技術(shù)。在第9章中，本書將對cdma移動通信系統(tǒng)做詳細(xì)講解。第六章多路復(fù)用技術(shù) 6.6多路復(fù)用實(shí)例多路復(fù)用實(shí)例 多路復(fù)用技術(shù)可以使多路信號通過單

35、一的傳輸介質(zhì)發(fā)送數(shù)據(jù)，極大地提高了傳輸效率。但是在實(shí)際應(yīng)用中，需要根據(jù)不同情況下的數(shù)據(jù)傳送選擇一種合適的復(fù)用方式。 6.6.1時(shí)分復(fù)用技術(shù)和頻分復(fù)用技術(shù)的比較時(shí)分復(fù)用技術(shù)和頻分復(fù)用技術(shù)的比較 不同的數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)應(yīng)選擇不同的復(fù)用技術(shù)，頻分復(fù)用技術(shù)多用于模擬數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)，時(shí)分復(fù)用技術(shù)多用于數(shù)字通信系統(tǒng)。第六章多路復(fù)用技術(shù)1.復(fù)用原理比較fdm是用頻分來區(qū)分同一通道上同時(shí)傳輸?shù)母髀沸盘?，各信號在頻域上是分開的，而在時(shí)域上是混疊的。tdm是在時(shí)間上區(qū)分同一通道上依次傳輸?shù)母髀沸盘?，各信號在時(shí)域上是分開的，而在頻域上是混疊的。2.設(shè)備復(fù)雜性比較（1）從復(fù)用部分看，fdm設(shè)備相對簡單，tdm設(shè)備較為復(fù)雜。

36、（2）從分路部分看，tdm信號的復(fù)用和分路都是采用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)，便于大規(guī)模集成，有利于小型化和降低成本。通用性和一致性較好，比fdm的濾波器簡單、可靠。3.性能比較（1）fdm的主要優(yōu)點(diǎn)在于系統(tǒng)效率高，充分利用了傳輸媒介的帶寬。但設(shè)備繁雜，不易型化。而tdm系統(tǒng)中各路間串音比fdm要小。（2）tdm技術(shù)抗干擾能力強(qiáng)，信號可再生，便于進(jìn)行加密，適合光纖傳輸，易于和程控交換機(jī)結(jié)合，構(gòu)成綜合業(yè)務(wù)數(shù)字網(wǎng)。4.具體應(yīng)用比較（1）低速設(shè)備較少時(shí)，頻分復(fù)用設(shè)備比時(shí)分復(fù)用設(shè)備便宜。（2）因?yàn)轭l分復(fù)用需要保護(hù)帶，頻分復(fù)用可達(dá)到集合比特速率小于時(shí)分復(fù)用的集合比特率。（3）時(shí)分復(fù)用比頻分復(fù)用靈活，同一時(shí)分復(fù)用對不同速率的終端可任意組合復(fù)用。（4）時(shí)分復(fù)用使用先進(jìn)的監(jiān)控系統(tǒng)和診斷系統(tǒng)，便于維護(hù)管理。第六章多路復(fù)用技術(shù)6.6.2 時(shí)分復(fù)用與統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的比較時(shí)分復(fù)用與統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的比較1.時(shí)間片比較像時(shí)分復(fù)用一樣，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用允許將許多低速的輸入線路復(fù)