信道復用和多址方式

1、第十章信道復用和多址方式知識結(jié)構(gòu)-信道復用的概念和分類-頻分復用（FDM ）-時分復用（TDM ）教學目的-碼分復用（CDM ）-掌握頻分復用、時分復用、碼分復用的基本原埋-了解數(shù)字分核技術(shù)教學重點-FDM、TDM、CDM的原埋和在移動通信等系統(tǒng)中的應用教學難點-CDMA教學方法及課時-多媒體授課（4學時）（分2個單元）備注單元二十四（2學時）10.1 1引言（信道復用的概念和分類）知識要點：信道復用的概念和分類在通信系統(tǒng)日益普及、通信需求日益增加的今天，信道（尤其是無線信道）已經(jīng)成為非常緊張的資源。那么如何在有限的信道資源中，傳輸盡可能多路的信號呢？這就是我們今天要講的“復用”技術(shù)。所謂復用

2、，就是按照一定的規(guī)律，在同一物理信道中實現(xiàn)傳輸多路信號的技術(shù)。如果各路信號的頻譜各不重疊，則成為頻分復用（ FDM ）；如果各路信號 的占用信道 的時間段不重疊，則成為時分復用（ TDM ）;如果信號采用相互正 交的編碼進行擴頻后在 同一信道中傳輸，在接收端利用各自的正交碼恢復原信號，則這種信道復用方式稱為碼分復用（CDM ）?！岸嘀贰迸c“復用”在技術(shù)角度上是統(tǒng)一的，只不過當有多個用尸希望通過復用技術(shù)接入到同一網(wǎng)絡接入點時，稱為多址。10.2 頻分復用（FDM ）知識要點：復用多路復用的方式頻分復用（注：這一部分內(nèi)容我們放在第五旗來講，因為它與第五旗的知識結(jié)合較緊 密。詳細內(nèi)容也在第五旗中）1

3、0.3 時分復用和多路數(shù)字電話系統(tǒng)知識要點：PAM時分復用原理時分復用的PCM系統(tǒng)32路PCM的幀結(jié)構(gòu)PCM的高次群頻分復用是將所給的信道帶寬分割成互不重疊的許多小區(qū)間，每個小區(qū)間能 順利通過一路信號，在一般情況下可以通過正弦波調(diào)制的方法實現(xiàn)頻分復用。頻分復用的多路信號在頻率上不會重疊，但在時間上是重疊的。時分復用是建立在抽樣定理基礎上的。抽樣定理使連續(xù)（模擬）的基帶信號有可能被在時間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。這樣，當抽樣脈沖占據(jù)較短時間 時，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙，利用這種空隙便可以傳輸其他信號的抽樣值。因此，這就有可能沿一條信道同時傳送若干個基帶信號。在這部分中，將在分析時分復

4、用（TDM ）技術(shù)的基礎上，研究并說明 PCM時分多路數(shù)字電話系統(tǒng)的原理和相關參數(shù)。§10.3.1 PAM時分復用原理為了便于分析時分復用 （TDM ）技術(shù)的基本原理，這里假設有 3路PAM信號進行時分多路復用，具具體實現(xiàn)方法如圖10-1所示:-低通I一方圖10-13路PAM信號時分復用原理方框圖從圖10-1可以看到，各路信號首先通過相應的低通濾波器，使輸入信號變?yōu)?帶限信號。然后再送到抽樣開關（或轉(zhuǎn)換開關），轉(zhuǎn)換開關（電子開關）每Y秒將各路信號依次抽樣一 次，這樣3個抽樣值按先后順序錯開納入抽樣間隔Y之內(nèi)。合成的復用信號是3個抽樣消息之和，如圖10-2所示。由各個消息構(gòu)成單一抽樣

5、的一組脈沖叫做一幀，一幀中相鄰兩個抽 樣脈沖之間的時間間隔叫做時隙，未能被抽樣脈沖占用的時隙部分稱為防護時間。圖10-2 3路時分復用合成波形多路復用信號可以宜接送入信道傳輸，或者加到調(diào)制器上變換成適于信道傳輸?shù)男问胶笤偎腿胄诺纻鬏?。在接收端，合成的時分復用信號由分路開關依次送入各路相應的重建低通濾波器，恢復出原來的連續(xù)信號。在 TDM中，發(fā)送端的轉(zhuǎn)換開關和接收端的分路開關必須同步。所以在發(fā)端和收端都設有時鐘脈沖序列來穩(wěn)定開關時間，以保證兩個時鐘序列合拍。根據(jù)抽樣定理可知，一個頻帶限制在止范圍內(nèi)的信號，最小抽樣頻率值為2,這時就可利用帶寬為J的理想低通濾波器恢復出原始信號來。對于頻帶都是鼻的N

6、路復用信號，它們的獨立抽樣頻率為門 匕，如果將信道表示為一 個理想的低通形式，則為了防止組合波 形丟失信息，傳輸帶寬必須滿足 了 §10.3.2時分復用的PCM系統(tǒng)（TDI PCMPCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎上經(jīng)過M化和編碼，把 PAM中的一個抽樣值M化后編為k位二進制代碼。圖10-3表示一個只有3路PCM復用的方框圖。果目信道分寓放大和他通收定時i m)T分離取定時* (布)分寓，院輸i出酸大樹喇箱出圖10-33路時分復用PCM原理方框圖圖10-3 (a)表示發(fā)端原理方框圖。話音信號經(jīng)過放大和低通濾波后得到匚門、和.：！】，再經(jīng)過抽樣得到發(fā)送的定時取樣脈沖進行控制

7、，然后將3路PAM信號一起3路PAM信號：乂和？(；，它們在時間 上是分開的，由各路加到M化和編碼器內(nèi)進行M化和編碼，每個 PAM信號的抽樣脈沖經(jīng)M化后編為 k位二進制 代碼。編碼后的PCM代碼經(jīng)碼型變換，變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)拇a型 (例如HDB3碼)，最后 經(jīng)過信道傳到接收端。圖10-3 (b)為接收端的原理方框圖。當接收端收到信碼后，首先經(jīng)過碼型變換，然后加到譯碼器進行譯碼。譯碼后得到的是 3路合在一起的PAM信號，再 經(jīng)過分離電路把各路 PAM信號區(qū)分開來，最后經(jīng)過放大和低通濾波還原為話音 信號。TDM PCM的信號代碼在每一個抽樣周期內(nèi)有 T廠個，這里N表示復用路 數(shù)，k表示每個抽樣值編

8、碼的二進制碼元位數(shù)。因此，二進制碼元速率可以表示為也就是川I。但實際碼元速率要比I廣L大些。因為，在PCM數(shù)據(jù)幀當中，除了話音信號的代碼以外，還要加入同步碼元、振鈴碼元和監(jiān)測碼元等。§10.3.3 32路PCM的幀結(jié)構(gòu)對于多路數(shù)字電話系統(tǒng)，國際上已建議的有兩種標準化制式，即PCM 30/32路（A律壓擴特性）制式和PCM 24路（口律壓擴特性）制式，并規(guī)定國際通信時，以 A律壓擴特性為準（即以30/32路制式為準），凡是兩種制式的轉(zhuǎn)換，具設備接口均由采用口律特性的國家負責解決。因此，我國規(guī)定采用PCM 30/32路制式，其幀和復幀結(jié)構(gòu)如圖10-4所示。l "1氏巾rS以站聲

9、W_L 匚映 * iJXl s_R勺廉巧1A2 A3用4民?亞時隙 2 破 tit, 125(15H曙 1 2 3 45(610|u|L2l13|u|15L6 17 卜卜呻 103425 252.' 2C20 50 31斗幀就時儲K-1 b。1 1 0 譏屋換位碼d 一保留絡國際用國內(nèi)用（目前固定為1)用刊黑-用于整圖10-4 PCM 30/32路幀和復幀結(jié)構(gòu)（目前固定為1從圖中可以看到，在PCM 30/32 路的制式中，一個復幀由16幀組成；一幀由32個時隙組成；一個時隙為8位碼組。時隙I? 15, 17? 31共30個時隙用來 作話路，傳送話音信號，時隙0 （TS0）是幀定位碼組”

10、時隙16 （TS16）用于傳送 各話路的標志信號碼。從時間上講，由于抽樣重復頻率為8000Hz,因此，抽樣周期為 ' ,這也就是PCM 30/32的幀周期；一復幀由16個幀組成，這樣復幀周期為 2ms ;一幀內(nèi)要時分復用32路，則每路占用的時隙為- -,位碼組，因此，每位碼元占 488n&；每時隙包含8從傳碼率上講，也就是每秒鐘能傳送8000幀，而每幀包含32X8 = 256bit ,因此，總碼率為256比特/幀$000幀/秒=2048kb/s。對于每個話路來說，每秒鐘 要傳輸8000個時隙，每個時隙為 8bit ,所以可得 每個話路數(shù)字化后信息傳輸速 率為8X8000 = 6

11、4kb/s。從時隙比特分配上講，在話路比特中，第 I比特為極性碼，第2? 4比特為 段落碼，第5? 8比特為段 內(nèi)碼。對于TS0和TS16時隙比特分配將分別予以介 紹。TS0時隙比特分配。為了使收發(fā)兩端嚴格同步，每幀都要傳送一組特定標志的幀同步碼組或監(jiān)視碼組。幀同步碼組為“0011011 ”占用偶幀TS0的第2? 8碼位。第I比特供國際通信用，不使用時發(fā)送“1碼。在奇幀中，第3位為幀失步告警用，同步時送“ C碼，失步時送" 1碼。為避免奇TS0的第2? 8碼位出現(xiàn) 假同步碼組，第2位碼規(guī) 定為監(jiān)視碼，固定為 " 1,第4? 8位碼為國內(nèi)通信用，目前暫定為“ 1。TS16時隙

12、用于傳送各話路的標志信號碼，標志信號按復幀傳輸，即每隔 2ms傳輸一次，一個復幀有16個幀，即有16個“TS16寸隙”（駐碼組）。除了 F0之外，其余FI? F15用來傳送30個話路的標志信號。每幀8位碼組可以傳送2個話路的標志信號，每路標志信號占4個比特，以a、b、c、d表示。TS16時隙的F0為復幀定位碼組，其中第一至第四位是復幀定位碼組本身，編碼為“000Q”第六位用于復幀失步告警指示，失步為“ l;”同步為“ 0,其余3比特為備用比特， 如不用則為需要說明的是標志信號碼a、b、c、d不能為全” 0,否則就會和 復幀定位碼組混淆了。單元二十五（2學時）§10.4 數(shù)字復接技術(shù)知

13、識要點：復接、分接的概念和基本原理§10.4.1 數(shù)字復接的基本概念一、準同步數(shù)字體系（PDH ）PCM各次群的話路數(shù)及數(shù)碼率 數(shù)字復接系列（準同步數(shù)字體系）一次群（基群）二行三次群四次群歐洲30路120路480路1920 路中國2.048Mbit /s8.448Mbit / s34. 368Mbit / s139.264Mbit/s、PCM復用和數(shù)字復接形成二以上的高次群的方法PCM復用一一宜接將多路信號編碼復用。（高次群的形成一般不用原因）數(shù)字復接一一將幾個低次群在時間的空隙上迭加合成高次群。、數(shù)字復接的實現(xiàn)按位復接-優(yōu)缺點：要求復接電路存儲容M小，簡單易行。但這種方法破壞了一個

14、字節(jié)的完整性，不利于以字節(jié)（即碼字）為單位的信號的處理和交換。按字復接一一優(yōu)缺點：要求有較大的存儲容但保證了一個碼字的完整性,有利于以字節(jié)為單位的信號的處理和交換。PDH大多采用按位復接。四、數(shù)字復接的同步數(shù)字復接要解決兩個問題:?同步-不同步的后果：幾個低次群復接后的數(shù)碼就會產(chǎn)生重疊和錯位?復接五、數(shù)字復接的方法及系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字復接的方法同步復接一一是用一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復接的幾個低次群,使這幾個低次群的數(shù)碼率（簡稱碼速）統(tǒng)一在主時鐘的頻率上（這樣就使幾個低次群系統(tǒng)達到同步的目的），可宜接復接。?異步復接一一是各低次群各自使用自己的時鐘,由于各低次群的時鐘頻率行碼速調(diào)整，使各低次群不一

15、定相等，使得各低次群的數(shù)碼率不完全相同（這是不同步的），因而先要進獲得同步，再復接。PDH大多采用異步復接。數(shù)字復接系統(tǒng)的構(gòu)成框圖定時11人.ih-分f接fq圖10-5數(shù)字復接/分接原理圖§1042同步復接與異步復接一、同步復接（需要碼速變換）碼速變換的概念一一為插入附加碼留下空位（復接時再插入附加碼）且將碼 速由2048kbit /s 提高到 2112kbit /s。二、異步復接（需要碼速調(diào)整）1、碼速調(diào)整與恢復碼速調(diào)整方法插入一些碼元將各一次群的速率由2048kbit / s左右統(tǒng)一調(diào)整成2112kbit / so速恢復方法通過去掉插入的碼元，將各一次群的速率由2112kbit

16、/ s還原成2048kbit / s 左右。碼速調(diào)整和碼速變換的區(qū)別?碼速變換是在平均間隔的固定位置先留出空位，待復接合成時再插入脈沖（附加碼）；?碼速調(diào)整插入脈沖要視具體情況，不同支路，不同瞬時數(shù)碼率，不同的幀，可能插入，也可能不插入脈沖（不插入脈沖時，此位置為原信息碼），且插入的脈沖不攜帶信息。2、異步復接二次群幀結(jié)構(gòu)異步復接二次群的幀周期為 100 . 38 P s幀長度為848bit 4X205 = 820bit（最少）為信息碼28bit的插入碼（最多）表10-1 28bit插入碼具體安排插入碼個數(shù)10bit(1111010000 )lbit作 用二次群幀同步碼告警lbit備用4bit

17、 （最多）4X 3= 12bit各一次群在1。38 s內(nèi)插入碼及信息碼分配情況各一次群（支路）：碼速調(diào)整之前（速率 2048kbit /s左右）100.38 P s內(nèi)約有205 ? 206個碼元應插入6? 7個碼元碼速調(diào)整之后（速率為 2112kbit /s） 100 . 38 P s內(nèi)應有212個碼元（bit）第一個基群支路插入碼及信息碼分配情況如下圖所示圖10-6基群支路插入碼及信息碼分配其它基群支路插入碼及信息碼分配情況類似。幀結(jié)構(gòu)圖信息碼,抽入標志碼 信息碼 抽入標志碼1 21011 1213212213214215216217424 425426 427428碼速瀾整Cii C23

18、Cjj Cjj Vi Vj Vj 譏52*4A2085啊壯204圖10-7二次群幀結(jié)構(gòu)一次群碼速調(diào)整后100.38 P s內(nèi)插入碼有6? 7個碼速調(diào)整用的插入碼有 0? 1個（最多1個）插入標志碼有3個二次群1幀內(nèi)插入碼有24? 28個（最多28個）碼速調(diào)整用的插入碼有 0? 4個（最多4個）插入標志碼有12個信息碼最少為820個插入標志碼的作用一一是用來通知收端第161位有無Vi插入，以便收端“消 插”。每個支路采用三位插入標志碼的目的一一是為了防止由于信道誤碼而導致的收端錯誤判決。“三中取二”，即當收到兩個以上的“T碼時，認為有V插入，當收到兩個以上的“ 0”碼時，認為無Vi插入。§10.5 碼分復用（CDM ）知識要點：CDM基本原理碼分復用是用一組相互正交的碼字區(qū)分信號的多路復用方法。在碼分復用 中，各路 信號在頻譜上和時間上都是混疊的，但是代表每路信號的碼字是正交的