第十章信道復(fù)用和多址方式

1、第十章 信道復(fù)用和多址方式知識(shí)結(jié)構(gòu)-信道復(fù)用的概念和分類-頻分復(fù)用（FDM）- 時(shí)分復(fù)用（TDM）-碼分復(fù)用（CDM）教學(xué)目的-掌握頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用的基本原理-了解數(shù)字復(fù)接技術(shù)教學(xué)重點(diǎn)-FDM、TDM、CDM的原理和在移動(dòng)通信等系統(tǒng)中的應(yīng) 用教學(xué)難點(diǎn)-CDMA教學(xué)方法及課時(shí)-多媒體授課（4學(xué)時(shí)）（分2個(gè)單元）備注單元二十四（2學(xué)時(shí)） 10.1引言（信道復(fù)用的概念和分類）知識(shí)要點(diǎn)：信道復(fù)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(hào)呢？這就是我們今天要講的“復(fù)用”技術(shù)。所謂復(fù)

2、用，就是按照一定的規(guī)律， 在同一物理信道中實(shí)現(xiàn)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。如果各路信號(hào)的頻譜各不重疊，則成為頻分復(fù)用（ FDM ）;如果各路信號(hào) 的占用信道的時(shí)間段不重疊，則成為時(shí)分復(fù)用（ TDM ）;如果信號(hào)采用相互正 交的編碼進(jìn)行擴(kuò)頻后在同一信道中傳輸，在接收端利用各自的正交碼恢復(fù)原信 號(hào)，則這種信道復(fù)用方式稱為碼分復(fù)用（CDM ）?！岸嘀贰迸c“復(fù)用”在技術(shù)角度上是統(tǒng)一的，只不過當(dāng)有多個(gè)用戶希望通過復(fù)用技術(shù)接入到同一網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)時(shí)，稱為多址。10.2 頻分復(fù)用（ FDM ）知識(shí)要點(diǎn)： 復(fù)用 多路復(fù)用的方式 頻分復(fù)用（注：這一部分內(nèi)容我們放在第五章來講， 因?yàn)樗c第五章的知識(shí)結(jié)合較緊 密。詳細(xì)內(nèi)容也在

3、第五章中）10.3 時(shí)分復(fù)用和多路數(shù)字電話系統(tǒng)知識(shí)要點(diǎn)： PAM 時(shí)分復(fù)用原理 時(shí)分復(fù)用的 PCM 系統(tǒng) 32路 PCM 的 幀結(jié)構(gòu)PCM 的高次群頻分復(fù)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(gè)小區(qū)間能 順利通過一路信號(hào)， 在一般情況下可以通過正弦波調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用。 頻 分復(fù)用的多路信號(hào)在頻率上不會(huì)重疊，但在時(shí)間上是重疊的。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的。抽樣定理使連續(xù) （模擬 ）的基帶信號(hào)有 可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。 這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間 時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙， 利用這種空隙便可以傳輸其他信號(hào)的抽 樣值。因此，這就有可能沿一條信

4、道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào)。在這部分中，將在分析時(shí)分復(fù)用 （TDM） 技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究并說明 PCM 時(shí) 分多路數(shù)字電話系統(tǒng)的原理和相關(guān)參數(shù)。 PAM寸分復(fù)用原理為了便于分析時(shí)分復(fù)用（TDM）技術(shù)的基本原理，這里假設(shè)有3路PAM信號(hào)進(jìn)行寸分多路復(fù)用，其具體實(shí)現(xiàn)方法如圖 10-1 所示：-低通圖10-13路PAM信號(hào)時(shí)分復(fù)用原理方框圖從圖10-1可以看到，各路信號(hào)首先通過相應(yīng)的低通濾波器，使輸入信號(hào)變?yōu)?帶限信號(hào)。然后再送到抽樣開關(guān)（或轉(zhuǎn)換開關(guān)），轉(zhuǎn)換開關(guān)（電子開關(guān)）每Y秒將各 路信號(hào)依次抽樣一次，這樣3個(gè)抽樣值按先后順序錯(cuò)開納入抽樣間隔 Y之內(nèi)。合 成的復(fù)用信號(hào)是3個(gè)抽樣消息之和，如圖10-2

5、所示。由各個(gè)消息構(gòu)成單一抽樣 的一組脈沖叫做一幀，一幀中相鄰兩個(gè)抽樣脈沖之間的時(shí)間間隔叫做時(shí)隙，未能 被抽樣脈沖占用的時(shí)隙部分稱為防護(hù)時(shí)間。圖10-2 3路時(shí)分復(fù)用合成波形多路復(fù)用信號(hào)可以直接送入信道傳輸，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(shí)分復(fù)用信號(hào)由分路開關(guān)依次送入各路相應(yīng)的重建低通濾 波器，恢復(fù)出原來的連續(xù)信號(hào)。在 TDM中，發(fā)送端的轉(zhuǎn)換開關(guān)和接收端的分路 開關(guān)必須同步。所以在發(fā)端和收端都設(shè)有時(shí)鐘脈沖序列來穩(wěn)定開關(guān)時(shí)間，以保證兩個(gè)時(shí)鐘序列合拍。根據(jù)抽樣定理可知，一個(gè)頻帶限制在止范圍內(nèi)的信號(hào)，最小抽樣頻率值為 2,這時(shí)就可利用帶寬為 J的理想低通濾

6、波器恢復(fù)出原始信號(hào)來。對(duì)于頻帶 都是鼻的N路復(fù)用信號(hào)，它們的獨(dú)立抽樣頻率為門 匕，如果將信道表示為一 個(gè)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 時(shí)分復(fù)用的 PCM系統(tǒng)（TDI PCMPCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎(chǔ)上經(jīng)過量化和編碼，把PAM 中的一個(gè)抽樣值量化后編為k位二進(jìn)制代碼。圖10-3表示一個(gè)只有3路PCM復(fù) 用的方框圖。圖10-33路時(shí)分復(fù)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(hào)經(jīng)過放大和低通濾波后得到 匚門、 和.:門，再經(jīng)過抽樣得到3路PAM信號(hào)：乂 和I,它們?cè)跁r(shí)間 上是分開的，由各路發(fā)送的定時(shí)取樣脈沖進(jìn)行控制，然后將

7、3路PAM信號(hào)一起加到量化和編碼器內(nèi)進(jìn)行量化和編碼，每個(gè) PAM信號(hào)的抽樣脈沖經(jīng)量化后編為 k位二進(jìn)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(dāng)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(jìn)行譯碼。譯碼后得到的是3路合在一起的PAM信號(hào)，再經(jīng)過分離電路把各路PAM信號(hào)區(qū)分開來，最后經(jīng)過放大和低通濾波還原為話音 信號(hào)。TDM PCM的信號(hào)代碼在每一個(gè)抽樣周期內(nèi)有 T廠個(gè)，這里N表示復(fù)用路 數(shù)，k表示每個(gè)抽樣值編碼的二進(jìn)制碼元位數(shù)。因此，二進(jìn)制碼元速率可以表示為也就是川I。但實(shí)際碼元

8、速率要比I廣L大些。因?yàn)?，?PCM數(shù)據(jù)幀當(dāng)中，除了話音信號(hào)的代碼以外，還要加入同步碼元、振鈴碼元和 監(jiān)測(cè)碼元等。 32路PCM的幀結(jié)構(gòu)對(duì)于多路數(shù)字電話系統(tǒng)，國(guó)際上已建議的有兩種標(biāo)準(zhǔn)化制式，即PCM 30/32路（A律壓擴(kuò)特性）制式和PCM 24路（卩律壓擴(kuò)特性）制式，并規(guī)定國(guó)際通信時(shí)，以 A律壓擴(kuò)特性為準(zhǔn)（即以30/32路制式為準(zhǔn)），凡是兩種制式的轉(zhuǎn)換，其設(shè)備接口 均由采用卩律特性的國(guó)家負(fù)責(zé)解決。因此，我國(guó)規(guī)定采用PCM 30/32路制式，其幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖10-4所示。l 1氏巾rS臥站戸W 丄匸映 * iJXl sI旳旳廉巧12 3用4民H 亞時(shí)隙 2破tit, 125(15曙 1 2

9、3 45(610|u|L2|13|u|15L6 17卜卜呻103425252. 2C20 50 31用刊黑-用于整10110譏斗幀就時(shí)儲(chǔ)K亠屋換位碼d 一保留絡(luò)國(guó)際用（目前固定為1國(guó)內(nèi)用（目前固定為1）00 0 0oMili|冷1復(fù)幀對(duì)1 告和備 用岀特*救陽(yáng)標(biāo)志信導(dǎo)時(shí)卿甩21屮卜I計(jì)附肚也|也吋龍* 段 HS碼圖10-4 PCM 30/32路幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)從圖中可以看到，在PCM 30/32路的制式中，一個(gè)復(fù)幀由16幀組成；一幀 由32個(gè)時(shí)隙組成；一個(gè)時(shí)隙為8位碼組。時(shí)隙I15，1731共30個(gè)時(shí)隙用來 作話路，傳送話音信號(hào)，時(shí)隙 0（TS0）是 幀定位碼組”時(shí)隙16（TS16）用于傳送 各話

10、路的標(biāo)志信號(hào)碼。從時(shí)間上講，由于抽樣重復(fù)頻率為8000Hz,因此，抽樣周期為 *，這也就是PCM 30/32的幀周期；一復(fù)幀由16個(gè)幀組成，這樣復(fù)幀周期為2ms；一幀內(nèi)要時(shí)分復(fù)用32路，則每路占用的時(shí)隙為亠-;每時(shí)隙包含8位碼組，因此，每位碼元占 488n&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(duì)于每個(gè)話路來說，每秒鐘 要傳輸8000個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為8bit，所以可得每個(gè)話路數(shù)字化后信息傳輸速 率為 8X8000= 64kb/s。從時(shí)隙比特分配上講，在話路比特中，第 I比特為極性碼，

11、第24比特為 段落碼，第58比特為段內(nèi)碼。對(duì)于TS0和TS16時(shí)隙比特分配將分別予以介 紹。TS0時(shí)隙比特分配。為了使收發(fā)兩端嚴(yán)格同步，每幀都要傳送一組特定標(biāo)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28碼位。第I比特供國(guó)際通信用，不使用時(shí)發(fā)送“ 1碼。在奇幀中，第3位為幀失步告警用，同步時(shí)送“C碼，失步時(shí)送“ 1碼。為避免奇TS0的第28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48位碼為國(guó)內(nèi)通信用， 目前暫定為“ 1。TS16時(shí)隙用于傳送各話路的標(biāo)志信號(hào)碼，標(biāo)志信號(hào)按復(fù)幀傳輸，即每隔2ms 傳輸一次，一個(gè)復(fù)幀有16個(gè)幀，即有16個(gè)“TS

12、16寸隙”（駐碼組）。除了 F0之 外，其余FIF15用來傳送30個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)。每幀8位碼組可以傳送2個(gè) 話路的標(biāo)志信號(hào)，每路標(biāo)志信號(hào)占 4個(gè)比特，以a、b、c、d表示。TS16時(shí)隙的 F0為復(fù)幀定位碼組，其中第一至第四位是復(fù)幀定位碼組本身，編碼為“000Q”第六位用于復(fù)幀失步告警指示，失步為“l(fā);”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(biāo)志信號(hào)碼a、b、c、d不能為全“0,否則就會(huì)和 復(fù)幀定位碼組混淆了。單元二十五（2學(xué)時(shí)） 10.4數(shù)字復(fù)接技術(shù)知識(shí)要點(diǎn)：復(fù)接、分接的概念和基本原理 數(shù)字復(fù)接的基本概念一、準(zhǔn)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(fù)接系列（準(zhǔn)同步數(shù)字體系）一次群（基群）二次群三次群四次群歐洲30