第5章--信道復用

1、5.1 信道的引入信道的引入5.2 頻分復用頻分復用FDM5.3 時分復用時分復用TDM 5.4 復合調制與多級調制系統(tǒng)復合調制與多級調制系統(tǒng)5.5 多址通信方式多址通信方式第第 5 章章 信道復用信道復用 5.1 信道的引入信道的引入 5.1.1 信道的定義信道的定義 信道的定義：信道是指以傳輸媒質為基礎的信號通信道的定義：信道是指以傳輸媒質為基礎的信號通 道。道。 信道的分類：信道的分類： 狹義信道：僅是指信號的傳輸媒質；狹義信道：僅是指信號的傳輸媒質； 廣義信道：不僅是指傳輸媒質，而且廣義信道：不僅是指傳輸媒質，而且 包括通信系統(tǒng)中的一些轉換裝置。包括通信系統(tǒng)中的一些轉換裝置。 信道的功

2、能：將信號從發(fā)送端傳送到接收端。信道的功能：將信號從發(fā)送端傳送到接收端。 狹義信道狹義信道按照傳輸媒質的特性可分為有線信道按照傳輸媒質的特性可分為有線信道和無線信道兩類。和無線信道兩類。無線信道無線信道：利用電磁波在空間中的傳播來傳輸信：利用電磁波在空間中的傳播來傳輸信號，包括號，包括地波傳播、短波電離層反射、超短波或微地波傳播、短波電離層反射、超短波或微波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、波視距中繼、人造衛(wèi)星中繼、散射及移動無線電信散射及移動無線電信道等。道等。有線信道有線信道：利用人造的傳導電或光信號的媒體來：利用人造的傳導電或光信號的媒體來傳輸信號，包括明線、對稱電纜、同軸電纜及光纖傳輸信號，包括

3、明線、對稱電纜、同軸電纜及光纖等；等； 廣義信道廣義信道按照它所具有的功能，可以分為調制信道按照它所具有的功能，可以分為調制信道與編碼信道，如圖與編碼信道，如圖5.1所示。所謂調制信道，是指圖所示。所謂調制信道，是指圖5.1中中從調制器輸出端到解調器輸入端的部分。從調制和解調從調制器輸出端到解調器輸入端的部分。從調制和解調的角度來看，調制器輸出端到解調器輸入端的所有變換的角度來看，調制器輸出端到解調器輸入端的所有變換裝置及傳輸媒介，不論其過程如何，都只是對已調信號裝置及傳輸媒介，不論其過程如何，都只是對已調信號進行某種變換，我們只需關心變換的最終結果，而不用進行某種變換，我們只需關心變換的最終

4、結果，而不用考慮其中詳細的物理變換過程。同理，在數(shù)字通信系統(tǒng)考慮其中詳細的物理變換過程。同理，在數(shù)字通信系統(tǒng)中，如果僅著眼于討論編碼和譯碼，則可給出編碼信道中，如果僅著眼于討論編碼和譯碼，則可給出編碼信道的定義。所謂編碼信道，就是圖的定義。所謂編碼信道，就是圖5.1中從編碼器輸出端到中從編碼器輸出端到譯碼器輸入端的部分。譯碼器輸入端的部分。 編碼器輸出譯碼器輸入調制器調制器發(fā)轉換器發(fā)轉換器傳輸媒介傳輸媒介收轉換器收轉換器解調器解調器調制信道編碼信道圖圖5.1 調制信道與編碼信道調制信道與編碼信道 1. 明線明線 明線是指平行而相互絕緣的架空裸線線路。明線是指平行而相互絕緣的架空裸線線路。與電纜

5、相比，它的優(yōu)點是傳輸損耗低。但它易受氣與電纜相比，它的優(yōu)點是傳輸損耗低。但它易受氣候和天氣的影響，并且對外界噪聲干擾較敏感。目候和天氣的影響，并且對外界噪聲干擾較敏感。目前，已逐漸被電纜所代替。前，已逐漸被電纜所代替。5.1.2 傳輸媒介傳輸媒介一、有線信道一、有線信道2. 雙絞線雙絞線（1）雙絞線是由兩根各自封裝在彩色塑料套內雙絞線是由兩根各自封裝在彩色塑料套內的銅線扭絞而成，扭絞的目的是降低它們之間的的銅線扭絞而成，扭絞的目的是降低它們之間的干擾。干擾。（2）多對雙絞線之外再套上一層保護套就構成）多對雙絞線之外再套上一層保護套就構成了雙絞線電纜（對稱電纜），通過改變相鄰線對了雙絞線電纜（對

6、稱電纜），通過改變相鄰線對間的扭距，可以使同一電纜內各線對之間的干擾間的扭距，可以使同一電纜內各線對之間的干擾達到最小。達到最小。雙絞線電纜（對稱電纜）結構圖雙絞線電纜（對稱電纜）結構圖（3）雙絞線分類）雙絞線分類 雙絞線分為屏蔽型（雙絞線分為屏蔽型（STP）和非屏）和非屏蔽型（蔽型（UTP）兩類。）兩類。 STP在在UTP外面再外面再加上一個由金屬絲紡織而成的屏蔽層，加上一個由金屬絲紡織而成的屏蔽層，以提高其抗電磁干擾能力。以提高其抗電磁干擾能力。（4）雙絞線的傳輸距離）雙絞線的傳輸距離 傳輸模擬信號：傳輸模擬信號：56km需放大；需放大； 傳輸數(shù)字信號：傳輸數(shù)字信號：23km需轉發(fā)；需轉發(fā)

7、； 遠程中速時，最大距離遠程中速時，最大距離15km； 用于局域網時，最大距離用于局域網時，最大距離100m。（5）雙絞線的標準）雙絞線的標準 國際電氣工業(yè)協(xié)會（國際電氣工業(yè)協(xié)會（EIA）對非屏蔽雙絞線）對非屏蔽雙絞線UTP定義了五類質量級別，網絡通信中常用的是定義了五類質量級別，網絡通信中常用的是三類和五類三類和五類UTP。 三類三類UTP的帶寬為的帶寬為16MHz，最高數(shù)據(jù)傳輸速，最高數(shù)據(jù)傳輸速率是率是16Mb/s。 五類五類UTP的帶寬是的帶寬是100MHz，最高數(shù)據(jù)傳輸速，最高數(shù)據(jù)傳輸速率為率為100Mb/s。 二者之間的差異主要在于電纜內每單位長度二者之間的差異主要在于電纜內每單位長

8、度上的扭絞數(shù)。上的扭絞數(shù)。3. 同軸電纜同軸電纜（1）結構）結構 同軸電纜與對稱電纜結構不同，單根同軸電纜的同軸電纜與對稱電纜結構不同，單根同軸電纜的結構如圖結構如圖 5.2所示。所示。 同軸電纜由同軸的內外兩導體構成，外導體是一同軸電纜由同軸的內外兩導體構成，外導體是一個圓柱形的空管（在可彎曲的同軸電纜中，它可以由個圓柱形的空管（在可彎曲的同軸電纜中，它可以由金屬絲紡織而成），內導體是金屬線（芯線），它們金屬絲紡織而成），內導體是金屬線（芯線），它們之間填充著介質。電介質可能是塑料，也可能是空氣。之間填充著介質。電介質可能是塑料，也可能是空氣。在采用空氣絕緣的情況下，內導體依靠有一定間距的在

9、采用空氣絕緣的情況下，內導體依靠有一定間距的絕緣子來定位。絕緣子來定位。 圖圖 5.2 同軸電纜結構圖同軸電纜結構圖（2）分類：）分類：1）視頻（基帶）同軸電纜：用于數(shù)字數(shù)據(jù)信號的）視頻（基帶）同軸電纜：用于數(shù)字數(shù)據(jù)信號的直接傳輸，阻抗為直接傳輸，阻抗為50，可傳輸數(shù)據(jù)率為，可傳輸數(shù)據(jù)率為10Mbps。最大傳輸距離不超過幾千米。最大傳輸距離不超過幾千米。2）射頻（帶通）同軸電纜：用于傳輸高頻信號，）射頻（帶通）同軸電纜：用于傳輸高頻信號，阻抗為阻抗為75 ，最大傳輸距離可達幾十千米。，最大傳輸距離可達幾十千米。4. 光纖信道光纖信道 光纖具有損耗低、頻帶寬、線徑細、重量光纖具有損耗低、頻帶寬、

10、線徑細、重量輕、可彎曲半徑小、不怕腐蝕、節(jié)省有色金屬輕、可彎曲半徑小、不怕腐蝕、節(jié)省有色金屬以及不受電磁干擾等優(yōu)點，是有線傳輸介質中以及不受電磁干擾等優(yōu)點，是有線傳輸介質中性能最好的一類。性能最好的一類。這是一種直徑為這是一種直徑為50100m的、柔軟的、傳導光波的介質，一般由玻璃或的、柔軟的、傳導光波的介質，一般由玻璃或塑料構成，其中使用超高純度石英玻璃制作的塑料構成，其中使用超高純度石英玻璃制作的光纖傳輸損耗最低。光纖傳輸損耗最低。 光導纖維通過內部全反射來傳輸光信號，其光導纖維通過內部全反射來傳輸光信號，其傳輸過程如圖所示。由于光纖的折射系數(shù)高于外傳輸過程如圖所示。由于光纖的折射系數(shù)高于

11、外部包層的折射系數(shù)，使得光波在纖芯與包層界面部包層的折射系數(shù)，使得光波在纖芯與包層界面之間產生全反射。以小角度進入光纖的光波將沿之間產生全反射。以小角度進入光纖的光波將沿著纖芯以反射的方式向前傳播。著纖芯以反射的方式向前傳播。 均勻光纖：芯線和包層中的折射率都是均勻的；均勻光纖：芯線和包層中的折射率都是均勻的； 非均勻光纖：芯線的折射率是沿半徑方向逐漸減非均勻光纖：芯線的折射率是沿半徑方向逐漸減小的，而包層的折射率是均勻的。小的，而包層的折射率是均勻的。 光纖分為多模光纖與單模光纖兩類。光纖分為多模光纖與單模光纖兩類。 多模光纖：是指允許一束多波長的光沿著纖芯反射多模光纖：是指允許一束多波長的

12、光沿著纖芯反射地向前傳播；地向前傳播； 單模光纖：僅允許單一波長的光沿著纖芯直線向前單模光纖：僅允許單一波長的光沿著纖芯直線向前傳播，不在其中產生反射。傳播，不在其中產生反射。 兩者相比，單模光纖直徑較小、價格昂貴，但兩者相比，單模光纖直徑較小、價格昂貴，但傳輸性能優(yōu)于多模光纖。傳輸性能優(yōu)于多模光纖。 光纖對數(shù)字信號的傳輸是利用光脈沖的有無來光纖對數(shù)字信號的傳輸是利用光脈沖的有無來代表二進制數(shù)字代表二進制數(shù)字1、0的。因此，光纖信道是一個典的。因此，光纖信道是一個典型的數(shù)字信道。型的數(shù)字信道。 光纖信道是遠距離傳送光波的一種手段，其光纖信道是遠距離傳送光波的一種手段，其長度常達幾十公里，甚至幾

13、百或幾千公里。在這長度常達幾十公里，甚至幾百或幾千公里。在這樣長的距離上傳送光信號，對光纖提出了較高的樣長的距離上傳送光信號，對光纖提出了較高的要求。這些要求中最主要的是低損耗和低色散。要求。這些要求中最主要的是低損耗和低色散。 低損耗是光纖能實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)那疤?。不低損耗是光纖能實現(xiàn)遠距離傳輸?shù)那疤?。不同波長的光在光纖中傳輸?shù)膿p耗是不同，在波長同波長的光在光纖中傳輸?shù)膿p耗是不同，在波長等于等于1.31m與與1.55m時出現(xiàn)兩個損耗最小點，其時出現(xiàn)兩個損耗最小點，其損耗一般可低至損耗一般可低至0.2dB/km以下，所以稱這兩波長以下，所以稱這兩波長為光纖的兩個窗口。為光纖的兩個窗口。 典型的光

14、纖傳輸系統(tǒng)如下圖典型的光纖傳輸系統(tǒng)如下圖5.5所示。所示。 在發(fā)端，可用發(fā)光二極管（在發(fā)端，可用發(fā)光二極管（LED）或激光二）或激光二極管（極管（LD）等光電轉換器件把電信號轉換成光）等光電轉換器件把電信號轉換成光信號，再耦合到光纖中進行傳輸。信號，再耦合到光纖中進行傳輸。 在接收端則進行逆變換，用光電二極管在接收端則進行逆變換，用光電二極管（PIN）等把光纖中傳來的光脈沖轉換為電信號）等把光纖中傳來的光脈沖轉換為電信號輸出。輸出。 光電轉換光電轉換光電轉換光電轉換輸入輸出發(fā)送端接收端光纖光信號LEDPIN圖圖5.5 光纖傳輸系統(tǒng)光纖傳輸系統(tǒng) 二、無線傳輸媒介二、無線傳輸媒介1. 無線電視距中

15、繼無線電視距中繼 (微波中繼微波中繼) 頻率高于頻率高于30MHz的電磁波將穿透電離層，不能被反射的電磁波將穿透電離層，不能被反射回來。此外，它沿地面繞射的能力也很小。其傳輸特點是回來。此外，它沿地面繞射的能力也很小。其傳輸特點是在自由空間沿視距傳輸。在自由空間沿視距傳輸。 無線電視距中繼是指工作頻率在超短波和微波波段無線電視距中繼是指工作頻率在超短波和微波波段（240GHz）時，電磁波基本上沿視線（直線）傳播。）時，電磁波基本上沿視線（直線）傳播。 相鄰中繼站間距離一般為相鄰中繼站間距離一般為4050km，且隨，且隨中繼站的高中繼站的高度的增加相鄰距離變長。如圖度的增加相鄰距離變長。如圖 5

16、.6 所示。所示。圖圖 5.6 無線電中繼信道的構成無線電中繼信道的構成地球 無線電視距中繼通信系統(tǒng)由終端站、中繼站及無線電視距中繼通信系統(tǒng)由終端站、中繼站及各站間的電波傳播路徑所構成。各站間的電波傳播路徑所構成。 這種系統(tǒng)具有傳輸容量大、發(fā)射功率小、通信這種系統(tǒng)具有傳輸容量大、發(fā)射功率小、通信穩(wěn)定可靠，和同軸電纜相比，可以節(jié)省有色金穩(wěn)定可靠，和同軸電纜相比，可以節(jié)省有色金屬等優(yōu)點。屬等優(yōu)點。 它主要用于長途干線、移動通信網及某些數(shù)據(jù)它主要用于長途干線、移動通信網及某些數(shù)據(jù)收集系統(tǒng)中，也被廣泛用來傳輸多路電話及電收集系統(tǒng)中，也被廣泛用來傳輸多路電話及電視。視。 2. 衛(wèi)星中繼信道衛(wèi)星中繼信道

17、衛(wèi)星中繼信道是無線電視距中繼信道的特例和衛(wèi)星中繼信道是無線電視距中繼信道的特例和發(fā)展。它是利用人造衛(wèi)星作為中繼站構成的通信信發(fā)展。它是利用人造衛(wèi)星作為中繼站構成的通信信道。道。 衛(wèi)星中繼信道是以通信衛(wèi)星轉發(fā)器作為中繼站衛(wèi)星中繼信道是以通信衛(wèi)星轉發(fā)器作為中繼站與接收、發(fā)送地球站之間構成。與接收、發(fā)送地球站之間構成。 若衛(wèi)星運行軌道在赤道平面作圓周運動，離地若衛(wèi)星運行軌道在赤道平面作圓周運動，離地面高度為面高度為35786km時，繞地球運行一周的時間恰為時，繞地球運行一周的時間恰為24小時，與地球自轉同步，這種衛(wèi)星稱為靜止衛(wèi)星小時，與地球自轉同步，這種衛(wèi)星稱為靜止衛(wèi)星(同步衛(wèi)星同步衛(wèi)星)。 若以靜

18、止衛(wèi)星作為中繼站，采用三個相差若以靜止衛(wèi)星作為中繼站，采用三個相差120的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部的靜止通信衛(wèi)星就可以覆蓋地球的絕大部分地域分地域(兩極盲區(qū)除外兩極盲區(qū)除外)，如圖，如圖 5.7 所示。所示。 衛(wèi)星中繼信道具有傳輸距離遠、覆蓋地域廣、衛(wèi)星中繼信道具有傳輸距離遠、覆蓋地域廣、傳播穩(wěn)定可靠、傳輸容量大等突出的優(yōu)點。目前傳播穩(wěn)定可靠、傳輸容量大等突出的優(yōu)點。目前廣泛用來傳輸多路電話、電報、數(shù)據(jù)和電視。廣泛用來傳輸多路電話、電報、數(shù)據(jù)和電視。 圖圖 5.7 衛(wèi)星中繼信道示意圖衛(wèi)星中繼信道示意圖 地球AB3. 短波電離層反射信道短波電離層反射信道 頻率較高（頻率較高（3MHz3

19、0MHz）的高頻電磁波，）的高頻電磁波，它能夠被電離層反射。它能夠被電離層反射。 由于太陽輻射的紫外線和由于太陽輻射的紫外線和X射線，使離地面射線，使離地面60600 km之間的大氣層成為電離層。電離層是之間的大氣層成為電離層。電離層是由分子、原子、離子及自由電子組成，是半導電由分子、原子、離子及自由電子組成，是半導電媒質。媒質。 電離層有電離層有D、E、F1、F2層。在白天，由于太層。在白天，由于太陽輻射強，所以陽輻射強，所以D、E、F1和和F2四層都存在。但由四層都存在。但由于于D、E層電子密度小，不能形成反射條件，所以層電子密度小，不能形成反射條件，所以短波電波不會被反射。短波電波不會被

20、反射。D、E層層對電波傳輸?shù)挠绊憣﹄姴▊鬏數(shù)挠绊懼饕俏针姴ㄖ饕俏针姴?，使電波能量損耗。在，使電波能量損耗。在夜晚夜晚，由，由于太陽輻射減弱，于太陽輻射減弱，D、F1層幾乎完全消失層幾乎完全消失。F2層層是反射層，是反射層，其高度為其高度為250300km，所以一次反射的，所以一次反射的最大距離約為最大距離約為4000km。如果通過兩次反射，那么。如果通過兩次反射，那么通信距離可達通信距離可達8000km。圖圖 5.8 短波信號從電離層反射的傳播路徑短波信號從電離層反射的傳播路徑 0FFED300 kmAB地球FBA地球反射點 5.2 頻分復用頻分復用FDM1. 復用的概念復用的概念 頻

21、分復用頻分復用指按照頻率的不同來復用多路指按照頻率的不同來復用多路信號的方法。在頻分復用中，信道的帶寬被分信號的方法。在頻分復用中，信道的帶寬被分成若干個相互不重疊的頻段，每路信號占用其成若干個相互不重疊的頻段，每路信號占用其中一個頻段，因而在接收端可以采用適當?shù)膸е幸粋€頻段，因而在接收端可以采用適當?shù)膸V波器將多路信號分開，從而恢復出所需要通濾波器將多路信號分開，從而恢復出所需要的信號。的信號。 2. 常見的信道復用方法常見的信道復用方法 常見的信道復用采用按常見的信道復用采用按頻率頻率區(qū)分或按區(qū)分或按時間時間區(qū)區(qū)分信號。分信號。按頻率區(qū)分信號的方法稱為頻分復用按頻率區(qū)分信號的方法稱為頻分

22、復用（FDM）；）；按時間區(qū)分信號的方法稱為時分復按時間區(qū)分信號的方法稱為時分復用（用（TDM）。）。這里我們先討論頻分復用。這里我們先討論頻分復用。 通常通常 ，在通信系統(tǒng)中同信道所能提供的帶，在通信系統(tǒng)中同信道所能提供的帶寬往往要比傳送一路信號所需的帶寬寬得多。因寬往往要比傳送一路信號所需的帶寬寬得多。因此，一個信道只傳送此，一個信道只傳送 一路信號有時是非常浪費一路信號有時是非常浪費的。為了充分利用信道的帶寬，因而提出了信道的。為了充分利用信道的帶寬，因而提出了信道頻分復用的問題。頻分復用的問題。3. 頻分復用系統(tǒng)組成方框圖頻分復用系統(tǒng)組成方框圖 頻分復用系統(tǒng)組成方框圖如圖頻分復用系統(tǒng)組

23、成方框圖如圖5.10所示。圖中，所示。圖中，各路基帶信號首先通過低通濾波器各路基帶信號首先通過低通濾波器(LPF)，以便限，以便限制各路基帶信號的最高角頻率制各路基帶信號的最高角頻率m，限制帶寬，避，限制帶寬，避免它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。然后，各路復用信號免它們的頻譜出現(xiàn)相互混疊。然后，各路復用信號分別對各自的載波進行調制、合成后送入信道傳輸。分別對各自的載波進行調制、合成后送入信道傳輸。在接收端，分別采用不同中心頻率的帶通濾波器分在接收端，分別采用不同中心頻率的帶通濾波器分離出各路已調信號，解調后恢復出基帶信號。離出各路已調信號，解調后恢復出基帶信號。 頻分復用是利用各路信號在頻率域不相互重

24、頻分復用是利用各路信號在頻率域不相互重疊來區(qū)分的。若相鄰信號之間產生相互干擾，將疊來區(qū)分的。若相鄰信號之間產生相互干擾，將會使輸出信號產生失真。為了防止相鄰信號之間會使輸出信號產生失真。為了防止相鄰信號之間產生相互干擾，應合理選擇載波頻率產生相互干擾，應合理選擇載波頻率fc1, fc2, , fcn，并使各路已調信號頻譜之間留有一定的保護間隔。并使各路已調信號頻譜之間留有一定的保護間隔。若基帶信號是模擬信號，則調制方式可以是若基帶信號是模擬信號，則調制方式可以是DSB-SC、 AM、SSB、VSB或或FM等，其中等，其中SSB方式頻方式頻帶利用率最高。帶利用率最高。 fc(i+1)=fci+(

25、fm+fg) ,i=1,2,3.n 式中式中 fc(i+1)與與fci 分別為第分別為第i路與第（路與第（i+1）路的載頻的頻率；）路的載頻的頻率； fm每一路的最高頻率；每一路的最高頻率； fg鄰路間隔防護頻帶。鄰路間隔防護頻帶。 顯然，若顯然，若fg越大，則在鄰路信號干擾指標相同越大，則在鄰路信號干擾指標相同的情況下，對邊帶濾波器的技術指標要求允許放寬的情況下，對邊帶濾波器的技術指標要求允許放寬些。但這時占用總的頻帶要加寬，這對提高信道復些。但這時占用總的頻帶要加寬，這對提高信道復用率不利。因此，實際中我們寧愿提高邊帶濾波器用率不利。因此，實際中我們寧愿提高邊帶濾波器的技術指標，以使的技術

26、指標，以使fg盡量縮小。盡量縮小。 目前，按目前，按CCITT標準，防護頻帶間隔應為標準，防護頻帶間隔應為900Hz，這樣，可以使鄰路干擾電平低于這樣，可以使鄰路干擾電平低于-40dB以下。以下。 經過單邊帶調制后的各路信號，在頻率位置上就經過單邊帶調制后的各路信號，在頻率位置上就被分開了。因此，要以通過相加器將它們合并成適合被分開了。因此，要以通過相加器將它們合并成適合信道內傳輸?shù)膹陀眯盘枺漕l譜結構如圖信道內傳輸?shù)膹陀眯盘?，其頻譜結構如圖5.11所示。所示。圖中，各路信號具有相同的圖中，各路信號具有相同的fm ，但它們的頻譜結構可，但它們的頻譜結構可能不同。能不同。n路音邊帶信號的總頻帶寬

27、度最小應等于路音邊帶信號的總頻帶寬度最小應等于 Bn=nfm +(n-1) fg =(n-1)(fm + fg)=(n-1)B1+ fm 式中，式中，B1= fm + fg，它是一路占用的帶寬。，它是一路占用的帶寬。 圖圖 5.11 頻分復用信號的頻譜結構頻分復用信號的頻譜結構g3c2c1c1c2c3cmg 合并后的復用信號原則上可以在信道中傳輸，但有時合并后的復用信號原則上可以在信道中傳輸，但有時為了更好地利用信道的傳輸特性，也可以再進行一次調為了更好地利用信道的傳輸特性，也可以再進行一次調制。制。 在頻分復用系統(tǒng)的接收端，可以利用相應的帶通濾在頻分復用系統(tǒng)的接收端，可以利用相應的帶通濾波器

28、（波器（BPF）來區(qū)分開各路信號的頻譜。然后，通過各）來區(qū)分開各路信號的頻譜。然后，通過各自的相干解調器便可恢復各路的調制信號。自的相干解調器便可恢復各路的調制信號。 頻分復用系統(tǒng)的最大優(yōu)點是，信道復用率高，容許頻分復用系統(tǒng)的最大優(yōu)點是，信道復用率高，容許復用的路數(shù)多，同時分路也很方便。因此，它成為目前復用的路數(shù)多，同時分路也很方便。因此，它成為目前模擬通信中最主要的一種復用方式，特別是在有線和微模擬通信中最主要的一種復用方式，特別是在有線和微波通信系統(tǒng)中，應用十分廣泛。波通信系統(tǒng)中，應用十分廣泛。 頻分復用系統(tǒng)的主要缺點是設備生頻分復用系統(tǒng)的主要缺點是設備生產較為復雜。另一缺點是因濾波器特性

29、產較為復雜。另一缺點是因濾波器特性不夠理想和信道內存在非線性而產生路不夠理想和信道內存在非線性而產生路間干擾。間干擾。5.3 時分復用時分復用TDM1. TDM出現(xiàn)的背景出現(xiàn)的背景 抽樣定理抽樣定理,利用相鄰兩抽樣值的間隔時間。利用相鄰兩抽樣值的間隔時間。2. 時分復用原理時分復用原理 時分復用時分復用(Timedivision Multiplexing-TDM)是利用各是利用各信號的抽樣值在時間上不相互重疊來達到在同一信道中傳輸信號的抽樣值在時間上不相互重疊來達到在同一信道中傳輸多路信號的一種方法。圖多路信號的一種方法。圖5.12 給出了兩個基帶信號進行時分給出了兩個基帶信號進行時分復用的原

30、理圖。圖中，對復用的原理圖。圖中，對m1(t)和和m2(t)按相同的時間周期按相同的時間周期進行進行采樣。采樣。 圖圖 5.12 兩個基帶信號時分復用原理兩個基帶信號時分復用原理m1(t)m2(t) 只要采樣脈沖寬度足夠窄，同一信號的相鄰兩個采樣值只要采樣脈沖寬度足夠窄，同一信號的相鄰兩個采樣值之間就會留有一定的時間空隙，之間就會留有一定的時間空隙，如果另外一路信號的采樣時如果另外一路信號的采樣時刻在時間空隙中，則兩路信號的采樣值在時間上將不發(fā)生重刻在時間空隙中，則兩路信號的采樣值在時間上將不發(fā)生重疊。在接收端只要在時間上與發(fā)送端同步，則兩個信號就能疊。在接收端只要在時間上與發(fā)送端同步，則兩個

31、信號就能分別正確恢復。上述概念也可以推廣到分別正確恢復。上述概念也可以推廣到n個信號進行時分復個信號進行時分復用。用。 3. TDM系統(tǒng)框圖系統(tǒng)框圖 圖圖5.13 給出了給出了N個信源的時分復用個信源的時分復用PCM系統(tǒng)方框圖圖。系統(tǒng)方框圖圖。圖圖 5.13 TDM示意圖示意圖KK22信道)(1tm)(1tm)(2tm)(2tm)(tmn)(tmn1低通n低通2低通nn發(fā)送端接收端11幀幀TS：同一信號相鄰兩抽樣脈沖的時間間隔。：同一信號相鄰兩抽樣脈沖的時間間隔。時隙時隙T：一幀中，相鄰兩抽樣脈沖之間的時間間隔。：一幀中，相鄰兩抽樣脈沖之間的時間間隔。 TS= T1+ T2+ TN4. TDM

32、類型類型 同步時分多路復用，簡稱同步時分多路復用，簡稱STDM。如果各路信號在每一幀如果各路信號在每一幀中所占時隙的位置是預先指定且固定不變的。中所占時隙的位置是預先指定且固定不變的。 統(tǒng)計時分多路復用，簡稱統(tǒng)計時分多路復用，簡稱ATDM，也叫異步時分多路復用也叫異步時分多路復用或智能時分多路復用。統(tǒng)計時分多路復用是通過動態(tài)地分配時或智能時分多路復用。統(tǒng)計時分多路復用是通過動態(tài)地分配時隙來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，即對傳送信息量大的某路信號分配時隙隙來進行數(shù)據(jù)傳輸?shù)?，即對傳送信息量大的某路信號分配時隙多，少的則分配時隙少。當然，此時發(fā)送端需要同時發(fā)送地址多，少的則分配時隙少。當然，此時發(fā)送端需要同時發(fā)送

33、地址碼，而接收端則通過各路信號的不同地址碼來進行識別、分離。碼，而接收端則通過各路信號的不同地址碼來進行識別、分離。 5. TDM的帶寬的帶寬Bn Bn =Nfm fm單路信號的帶寬單路信號的帶寬 N復用路數(shù)復用路數(shù)6. PCM的的TDM的碼率的碼率fcp fcp=fsNn 抽樣頻率抽樣頻率 復用路數(shù)復用路數(shù) 編碼位數(shù)編碼位數(shù)例：例：A律律PCM30/32路的碼率為多少？路的碼率為多少？解：解： fcp=fsNn =8000328 =2048Kbps54 復合調制與多級調制系統(tǒng)復合調制與多級調制系統(tǒng)1. 復合調制復合調制，就是對同一載波進行兩種或，就是對同一載波進行兩種或2. 更多種的調制。更

34、多種的調制。 )(1tmAM調制器調制器FM調制器調制器帶通帶通濾波器濾波器c調頻調幅波m2(t) 2. 多級調制多級調制，是指將同一基帶信號進行兩次或，是指將同一基帶信號進行兩次或更更多次的調制。多次的調制。 SSB調制器調制器SSB調制器調制器帶通帶通SSB調制器調制器帶通帶通11i 12路第 1路第i輸出SSBSSB/5.5 多址通信方式多址通信方式 多路復用與多址方式的異同點多路復用與多址方式的異同點 相同點：相同點：都是將多路信號復合在一起在都是將多路信號復合在一起在 同一信道中傳輸。同一信道中傳輸。 不同點：不同點：多路復用是在基帶將多路信號多路復用是在基帶將多路信號 進行復合；進

35、行復合； 多址方式是在頻帶（射頻）將多址方式是在頻帶（射頻）將 多路信號進行復合。多路信號進行復合。 多址方式的類型多址方式的類型 頻分多址（頻分多址（FDMA） 時分多址（時分多址（TDMA） 碼分多址（碼分多址（CDMA） 空分多址（空分多址（SDMA） 信道分配技術信道分配技術 預分配：預分配：分為固定預分配（分為固定預分配（PAMA或或PA） 和按時預分配方式兩種。和按時預分配方式兩種。 按需分配（按需分配（DAMA或或DA）：）：分為全可變、分為全可變、 分群全可變及隨機分配方式三種。分群全可變及隨機分配方式三種。 通信體制通信體制 信道分配技術與基帶復用方式、調制信道分配技術與基帶

36、復用方式、調制方式、多址聯(lián)接方式相結合，共同決定方式、多址聯(lián)接方式相結合，共同決定了一個通信系統(tǒng)的通信體制。了一個通信系統(tǒng)的通信體制。 例如，例如，F(xiàn)DM/FM/FDMA/PA代表了一代表了一個個“頻分多路復用頻分多路復用/頻率調制頻率調制/頻分多址頻分多址/固定預分配固定預分配”方式的通信體制。方式的通信體制。5.5.1 頻分多址（頻分多址（FDMA）方式）方式 一、定義一、定義 利用各個發(fā)送端發(fā)射信號的頻率不利用各個發(fā)送端發(fā)射信號的頻率不同，將它們在發(fā)送端組合起來，在同一個同，將它們在發(fā)送端組合起來，在同一個信道傳送，而接收端則根據(jù)各發(fā)送信號的信道傳送，而接收端則根據(jù)各發(fā)送信號的不同頻率，

37、把它們分離開來。為了使信道不同頻率，把它們分離開來。為了使信道中各信號互不干擾，其信號頻譜排列必須中各信號互不干擾，其信號頻譜排列必須互不重疊，且應留有一定的保護頻帶寬度?；ゲ恢丿B，且應留有一定的保護頻帶寬度。 二、二、FDMA方式示意圖方式示意圖AfBfCfDfAf Af Af Bf Bf Bf Cf Cf Cf Df Df Df ADCB地球站轉發(fā)器頻帶分配保護頻帶上行載波下行載波三、從收到的某站信號中分離出接收站需三、從收到的某站信號中分離出接收站需 要的信號的方法要的信號的方法1.群路單載波（群路單載波（MCPC）方式）方式 （1）將要發(fā)給其他各站的多個信號按某多路復用方式組合在一起。

38、）將要發(fā)給其他各站的多個信號按某多路復用方式組合在一起。（2）將復合信號再進行一次載波調制，然后發(fā)送。）將復合信號再進行一次載波調制，然后發(fā)送。（3）接收地球站將收到的信號通過第一次載波解調后為復合信號，）接收地球站將收到的信號通過第一次載波解調后為復合信號，根據(jù)預知的信號復用方式，分離出本站要的信號。常用的有根據(jù)預知的信號復用方式，分離出本站要的信號。常用的有FDM/FM/FDMA/PA和（和（AD）PCM/TDM/（Q）PSK/FDMA兩兩種體制。種體制。（4）只有當載波所攜帶的各路信號都處于工作中時，）只有當載波所攜帶的各路信號都處于工作中時，MCPC方式才方式才經濟合理，否則就會造成信

39、道和發(fā)射功率的雙重浪費。如某地球經濟合理，否則就會造成信道和發(fā)射功率的雙重浪費。如某地球站的通信業(yè)務量較小，則分配給該地球站的信道就會出現(xiàn)空閑，站的通信業(yè)務量較小，則分配給該地球站的信道就會出現(xiàn)空閑，而發(fā)送地球站和衛(wèi)星轉發(fā)器卻仍然按業(yè)務量最大時的功率來進行而發(fā)送地球站和衛(wèi)星轉發(fā)器卻仍然按業(yè)務量最大時的功率來進行發(fā)射，從而使信道和發(fā)射功率均產生浪費。因此這種體制主要用發(fā)射，從而使信道和發(fā)射功率均產生浪費。因此這種體制主要用于大、中容量的通信系統(tǒng)。于大、中容量的通信系統(tǒng)。 2. 單路單載波（單路單載波（SCPC）方式）方式 每一載波上只傳送一路信號或相當于一每一載波上只傳送一路信號或相當于一路信號

40、的數(shù)據(jù)或電報，并且通過路信號的數(shù)據(jù)或電報，并且通過“語音激語音激活活”技術使轉發(fā)器的容量提高技術使轉發(fā)器的容量提高2.5倍。倍。 常見的常見的SCPC系統(tǒng)有以下幾種基本類型：系統(tǒng)有以下幾種基本類型：（1）CVSD（連續(xù)可變斜率的增量調制）（連續(xù)可變斜率的增量調制）/SCPC/BPSK/FDMA/PA；（2）PCM/SCPC/QPSK/FDMA/PA；（3）SCPC/CFM/FDMA/PA（或（或DA）；）；（4）PCM/SCPC/QPSK/FDMA/DA。 SCPC存在交調干擾。存在交調干擾。 當衛(wèi)星轉發(fā)器和地球站的行波管、速調管等當衛(wèi)星轉發(fā)器和地球站的行波管、速調管等功率放大器同時放大多個不

41、同頻率的載波時，由功率放大器同時放大多個不同頻率的載波時，由于各器件輸入、輸出特性中的非線性和調幅于各器件輸入、輸出特性中的非線性和調幅/調調相轉換過程的非線性，輸出信號中必將出現(xiàn)多種相轉換過程的非線性，輸出信號中必將出現(xiàn)多種頻率的組合成分，當這些組合頻率與信號頻率完頻率的組合成分，當這些組合頻率與信號頻率完全或部分重合時，就產生交調干擾。全或部分重合時，就產生交調干擾。 通?？朔徽{干擾的辦法是：禁用某些干擾通?？朔徽{干擾的辦法是：禁用某些干擾嚴重的頻帶；控制地球站發(fā)射功率及其穩(wěn)定度；嚴重的頻帶；控制地球站發(fā)射功率及其穩(wěn)定度；增加能量擴散信號等，但是它們都只能在一定程增加能量擴散信號等，但

42、是它們都只能在一定程度上減輕干擾，要想對此從根本上予以解決，只度上減輕干擾，要想對此從根本上予以解決，只能能采用其它的多址方式采用其它的多址方式。5.5.2 時分多址（時分多址（TDMA）方式）方式1. 定義定義 把信道劃分為若干把信道劃分為若干不相重疊的時隙不相重疊的時隙，再把每個時，再把每個時隙分配隙分配 給一個用戶專用，在收端就可根據(jù)發(fā)送各個給一個用戶專用，在收端就可根據(jù)發(fā)送各個用戶信號的不同時間順序分別接收不同用戶的信號。用戶信號的不同時間順序分別接收不同用戶的信號。 時分多址方式分配給各站的不是不同的載波，而時分多址方式分配給各站的不是不同的載波，而是是不同時間片段即時隙不同時間片段

43、即時隙，各站的信號在時間上互不，各站的信號在時間上互不重疊。因此，各站重疊。因此，各站可以使用相同的載波頻率可以使用相同的載波頻率。 任一時刻，行波管功率放大器放大的都只是一個任一時刻，行波管功率放大器放大的都只是一個站的一個射頻信號，這就從根源上站的一個射頻信號，這就從根源上杜絕了杜絕了上述頻分上述頻分多址方式中導致多址方式中導致交調干擾交調干擾的因素。的因素。2. TDMA系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖1站2站K站3站1T2T3TKT衛(wèi)星轉發(fā)器1T2TKT幀1時分復用相移鍵控發(fā)射機時分復用相移鍵控發(fā)射機時分復用相移鍵控發(fā)射機時分復用相移鍵控發(fā)射機3. TDMA幀結構幀結構（1）所有站占有的整個時間間

44、隔稱為幀）所有站占有的整個時間間隔稱為幀周期或幀。周期或幀。（2）各站占有的時隙稱為分幀。）各站占有的時隙稱為分幀。（3）發(fā)往不同站的信息數(shù)據(jù)安排在數(shù)據(jù)）發(fā)往不同站的信息數(shù)據(jù)安排在數(shù)據(jù)部分的不同分幀中，如果分配給各站的部分的不同分幀中，如果分配給各站的分幀位置與對方站的時間關系固定不變分幀位置與對方站的時間關系固定不變則為預分配，如果它們隨著每次呼叫而則為預分配，如果它們隨著每次呼叫而改變就是按需分配。改變就是按需分配。5.5.3 碼分多址（碼分多址（CDMA）方式）方式1. 定義定義 利用調制編碼（地址碼）的不同來區(qū)別利用調制編碼（地址碼）的不同來區(qū)別各個用戶各個用戶。各站發(fā)射信號的射頻頻率

45、和時各站發(fā)射信號的射頻頻率和時間可以互相重疊。間可以互相重疊。 2. 一般選擇偽隨機（一般選擇偽隨機（PN）碼作地址碼。）碼作地址碼。3. 其系統(tǒng)帶寬（地址碼的碼率）一般為信其系統(tǒng)帶寬（地址碼的碼率）一般為信息息4. 帶寬（碼率）的帶寬（碼率）的1001000倍。倍。 3. CDMA的基礎是頻譜擴展即擴頻技術，所謂的基礎是頻譜擴展即擴頻技術，所謂4. 擴頻通信，是指用來傳輸信息的信號帶寬遠擴頻通信，是指用來傳輸信息的信號帶寬遠遠大遠大5. 于信息本身帶寬的一種通信方式。于信息本身帶寬的一種通信方式。 4. 擴頻技術有直接序列（擴頻技術有直接序列（DS）擴頻、跳頻（）擴頻、跳頻（FH）擴頻、線性

46、調頻（擴頻、線性調頻（chirp）、跳時（）、跳時（TH）擴頻等）擴頻等幾種基本的具體實現(xiàn)技術，其中幾種基本的具體實現(xiàn)技術，其中DS和和FH技術用技術用得較多。此外，上述方法的一些組合如得較多。此外，上述方法的一些組合如DS/FH、DS/TH、FH/TH及及DS/TH/FH等混合擴頻技術也等混合擴頻技術也常被采用。常被采用。5.CDMA/DS（碼分多址（碼分多址/直接序列擴頻）系統(tǒng)直接序列擴頻）系統(tǒng) 模模2加加PN碼產生器碼產生器發(fā)射機發(fā)射機)(abcd信碼載波)(a信碼)(be接收機接收機PN碼產生器碼產生器 模模2加加g載波載波fh a 信碼信碼 1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1

47、 1 b PN碼碼 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 c 發(fā)送序列發(fā)送序列 0 0 0 0 0 d(e) d(e) 發(fā)收載波初相發(fā)收載波初相 h 解碼輸出解碼輸出 1 00 0 0 1 1 0 0 1 1 1 1 1 f 接收序列接收序列1 1 1 0 0 1 0 1 1 1 1 1 g PN碼碼頻譜變換關系頻譜變換關系號功率譜窄帶中頻濾波器輸出信)(ecf功率譜密度率譜信息調制時輸出信號功)(afcficRf icRf 發(fā)送的擴頻信號功率譜)(b功率譜密度fcficRf icRf 接收信號功率譜)(c功率譜密度fcf干擾信號發(fā)送信號噪聲f功率譜密度干擾信號有用信號噪聲功率譜密度

48、解擴后的信號功率譜)(dfcf干擾信號噪聲有用信號系統(tǒng)的處理增益系統(tǒng)的處理增益 其中：其中： 為已調擴頻信號的射頻帶寬；為已調擴頻信號的射頻帶寬； 為信息速率；為信息速率； 為原始（基帶）信號帶寬。為原始（基帶）信號帶寬。 越大，即用于擴頻調制的越大，即用于擴頻調制的PN碼的碼速率越碼的碼速率越高，系統(tǒng)的處理增益高，系統(tǒng)的處理增益 就越高，就越高，CDMA/DS系統(tǒng)系統(tǒng)抗干擾的能力也就越強抗干擾的能力也就越強。 PGiCmCPRBBBGCBiRmBCBPG5.5.4 混合多址方式混合多址方式 1.混合多址方式是指通過對幾種多址方式的有序結合來充混合多址方式是指通過對幾種多址方式的有序結合來充分發(fā)揮各種多址技術的優(yōu)勢。常用的混合多址方式是空分多分發(fā)揮各種多址技術的優(yōu)勢。常用的混合多址方式是空分多址（