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1、多 路 復 用,頻分復用 時分復用 碼分復用,多路復用 是指在同一個信道上同時傳輸多路信號而互不干擾的一種技術。 為了在接收端能夠將不同路的信號區(qū)分開來，必須使不同路的信號具有不同的特征。由于信號直接來自話路，區(qū)分信號和區(qū)分話路是一致的。 最常用的多路復用方式是頻分復用（FDM）、時分復用（TDM）和碼分復用（CDM）。,多路復用,,多 路 復 用,,,,,主要多路復用 按頻段區(qū)分信號的方法叫頻分復用； 按時隙區(qū)分信號的方法叫時分復用； 按相互正交的碼字區(qū)分信號的方法叫 碼分復用。 傳統(tǒng)的模擬通信中都采用頻分復用 隨著數(shù)字通信的發(fā)展，時分復用和碼分復用通信系統(tǒng)的應用越來越廣泛。,多 路 復
2、 用,,頻分復用,一般的通信系統(tǒng)的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。因此，如果一條信道只傳輸一路信號是非常浪費的。為了充分利用信道的帶寬，提出了信道的頻分復用。,,頻分復用就是在發(fā)送端利用不同頻率的載波將多路信號的頻譜調制到不同的頻段，以實現(xiàn)多路復用。頻分復用的多路信號在頻率上不會重疊，合并在一起通過一條信道傳輸，到達接收端后可以通過中心頻率不同的帶通濾波器彼此分離開來。,頻分復用,,,假設共有n路復用的信號，每路信號 首先通過低通濾波器（LPF）變成頻率受限的低通信號。簡便起見，假設各路信號的最高頻率都相等。 然后，每路信號通過載頻不同的調制器進行頻譜搬移。
3、一般來說調制的方式原則上可任意選擇，但最常用的是單邊帶調制，因為它最節(jié)省頻帶。因此，圖中的調制器由相乘器和邊帶濾波器（SBF）構成。,頻分復用,,頻分復用系統(tǒng)組成框圖,頻分復用,,在選擇載頻時，既應考慮到每一路已調信號的頻譜寬度fm, 還應留有一定的防護頻帶fg。為了各路信號頻譜不重疊，要求載頻間隔為：,式中，fci和fc(i+1)分別為第i和(i1)路的載波頻率；fm是每一路已調信號的頻譜的寬度；fg為鄰路間隔防護頻帶。,頻分復用,顯然，鄰路間隔防護頻帶越大，對邊帶濾波器的技術要求越低；但這時占用的總頻帶要加寬，這對提高信道利用率不利。因此，實際中應盡量提高邊帶濾波技術，以使fg盡量縮小。,
4、,【例】采用頻分復用的方式在一條信道中傳輸3路信號，已知3路信號的頻譜如圖所示，假設每路信號的最高頻率fH=3400Hz，均采用上邊帶（USB）調制，鄰路間隔防護頻帶為fg=600Hz。試計算信道中復用信號的頻帶寬度，并畫出頻譜結構。,頻分復用,,解：信道中頻分復用信號的總頻帶寬度為: 對3路信號進行調制的載波頻率分別采用wc1、 wc2和 wc3 ，得到頻分復用信號的頻譜結構如圖所示。,頻分復用,,,頻分復用信號原則上可以直接在信道中傳輸。 但在某些應用中，還需要對合并后的復用信號再進行一次調制。第一次對多路信號調制所用的載波稱為副載波，第二次調制所用的載波稱為主載波。 原則上，
5、兩次調制可以是任意方式的調制方式。如果第一次調制采用單邊帶調制，第二次調制采用調頻方式，一般記為SSB/FM。,頻分復用,,,【例】設有一個DSB/FM頻分復用系統(tǒng)，副載波用DSB調制，主載波用FM調制。如果有50路頻帶限制在3.3kHz的音頻信號，防護頻帶為0.7kHz。如果最大頻移為1000kHz，計算傳輸信號的頻帶寬度。,頻分復用,,再進行FM調制后所需的傳輸帶寬為：,頻分復用,解：50路音頻信號經過DSB調制后，在相鄰兩路信號之間加防護頻帶fg，合并后信號的總帶寬為：,,時分復用（TDM）是建立在抽樣定理基礎上的。抽樣定理指明：滿足一定條件下，時間連續(xù)的模擬信號可以用時間上離散的抽樣脈
6、沖值代替。因此，如果抽樣脈沖占據(jù)較短時間，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它信號的抽樣值。時分復用就是利用各路信號的抽樣值在時間上占據(jù)不同的時隙，來達到在同一信道中傳輸多路信號而互不干擾的一種方法。,時分復用,,（1）TDM多路信號的合路和分路都是數(shù)字電路，比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠。,與頻分復用相比，時分復用具有以下的主要優(yōu)點：,（2）信道的非線性會在FDM系統(tǒng)中產生交調失真和多次諧波，引起路間干擾，因此FDM對信道的非線性失真要求很高。而TDM系統(tǒng)的非線性失真要求可降低。,時分復用,,通過舉例來說明時分復用技術的基本原理。 假設有3路PAM信號進行時分復用，
7、其具體實現(xiàn)方法如圖所示。各路信號首先通過相應的低通濾波器（預濾波器）變?yōu)轭l帶受限的低通型信號。然后再送至旋轉開關（抽樣開關） ，每秒將各路信號依次抽樣一次，在信道中傳輸?shù)暮铣尚盘柧褪?路在時間域上周期地互相錯開的PAM信號，即TDM-PAM信號。,時分復用,時分復用的PAM系統(tǒng)（TDM-PAM）,,抽樣時各路每輪一次的時間稱為一 幀 ，長度記為Ts，它就是旋轉開關旋轉一周的時間，即一個 抽樣周期 。一幀中相鄰兩個抽樣脈沖之間的時間間隔叫做路 時隙 （簡稱為時隙），即每路PAM信號每個樣值允許占用的時間間隔，記為TaTs/a。 3路PAM信號時分復用的幀和時隙如下圖所示。,,,,時分復用,,上
8、述概念可以推廣到n路信號進行時分復用。多路復用信號可以直接送入信道進行基帶傳輸，也可以加至調制器后再送入信道進行頻帶傳輸。 在接收端，合成的時分復用信號由旋轉開關（分路開關，又稱選通門）依次送入各路相應的低通濾波器，重建或恢復出原來的模擬信號。需要指明的是，TDM中發(fā)送端的抽樣開關和接收端的分路開關必須保持同步。,時分復用,,TDM-PAM系統(tǒng)目前在通信中幾乎不再采用。抽樣信號一般都在量化和編碼后以數(shù)字信號的形式傳輸，目前電話信號采用最多的編碼方式是PCM和DPCM。,,時分復用的PCM系統(tǒng)（TDM-PCM）,PCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎上再進行量化和編碼,,時分復用,,時分
9、復用,3路PCM信號時分復用原理圖,,在發(fā)送端，3路話音信號m1(t)、m2(t)和m3(t)經過低通濾波后成為最高頻率為fH的低通型信號，再經過抽樣得到3路PAM信號，它們在時間上是分開的，由各路發(fā)送的定時取樣脈沖進行控制，然后將3路PAM信號一起進行量化和編碼，每個PAM信號的抽樣脈沖經量化后編為L位二進制代碼。最后選擇合適的傳輸碼型，經過數(shù)字傳輸系統(tǒng)（基帶傳輸或頻帶傳輸）傳到接收端。,在接收端，收到信碼后，首先經過碼型反變換，然后加到解碼器進行解碼。解碼后得到的是3路合在一起的PAM信號，再經過分路開關把各路PAM信號區(qū)分開來，最后經過低通濾波重建原始的話音信號m01(t)、m02(t)
10、和m03(t)。,,時分復用,TDM-PCM系統(tǒng)的二進制代碼在每一個抽樣周期內有 nl 個，這里n 表示復用路數(shù)，l 表示每個抽樣值編碼的二進制碼元位數(shù)。 一位二進制碼占用的時間稱為位時隙，長度記為Tb。容易得到: 其中,Ts為一幀的長度,Ta=Ts/a為路時隙。,,,,,幀長（時間）,,時分復用,,1、TDM-PAM信號 對于n路頻帶都是的TDM-PAM信號，每秒鐘的脈沖個數(shù)為 ，即碼元速率: 這里n表示復用路數(shù)，fs表示一路信號的 抽樣頻率。,時分復用信號的碼元速率和帶寬,時分復用,,2、TDM-PCM信號 通過抽樣、合路、量化、編碼這幾個步驟，容易看出TDM-PCM的信號的二進制碼
11、元速率為： 這里n表示復用路數(shù)， 表示每個抽樣值編碼的二進制碼元位數(shù),M為對抽樣值進行量化的量化級數(shù);fs表示一路信號的抽樣頻率。,時分復用,3、TDM信號的帶寬,得到碼元速率后，按照PCM帶寬的計算方法容易得到TDM-PAM信號和TDM-PCM信號傳輸波形為矩形脈沖時的第一零點帶寬。,,對于多路數(shù)字電話系統(tǒng)，國際上有兩種標準化制式，即PCM 30/32路制式和PCM 24路制式 我國規(guī)定采用的是PCM 30/32路制式，一幀共有32個時隙，可以傳送30路電話，即復用的路數(shù)n=32路，其中話路數(shù)為30。PCM 30/32路系統(tǒng)的幀結構如圖所示。,PCM30/32路系統(tǒng)的幀結構,時分復用,
12、,PCM 30/32路系統(tǒng)的幀結構,時分復用,,從圖可以看到，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，一個時隙有8個比特。 對于PCM30/32路系統(tǒng)，由于抽樣頻率為8000Hz，因此，抽樣周期（即PCM 30/32路的幀周期）為1/8000=125us；一個復幀由16幀組成，這樣復幀周期為2ms；一幀內包含32路，則每路占用的時隙為125/32=3.91us；每時隙包含8位折疊二進制，因此，位時隙占488ns。,從傳輸速率來講，每秒鐘能傳送8000幀，而每幀包含328256bit，因此，傳碼率為256 8000=2.048MBaud ，信息速率為2.04
13、8Mbit/s。,時分復用,,前面討論的PCM 30/32路和PCM 24路時分多路系統(tǒng)，稱為數(shù)字基群（即一次群）。為了能使寬帶信號（如電視信號）通過PCM系統(tǒng)傳輸，就要求有較高的傳碼率。因此提出了采用數(shù)字復接技術把較低群次的數(shù)字流匯合成更高速率的數(shù)字流，以形成PCM高次群系統(tǒng)。CCITT推薦了兩種一次、二次、三次和四次群的數(shù)字等級系列，如表所示。,,PCM高次群系統(tǒng),時分復用,數(shù)字復接系列（準同步數(shù)字系列PDH）,時分復用,,數(shù)字通信系統(tǒng)，除了傳輸電話外，也可傳輸其它相同速率的數(shù)字信號，例如可視電話、頻分制載波信號以及電視信號。為了提高通信質量，這些信號可以單獨變?yōu)閿?shù)字信號傳輸，也可以和相應
14、的PCM高次群一起復接成更高一級的高次群進行傳輸?；赑CM30/32路系列的數(shù)字復接體制的結構如圖所示。,時分復用,,基于PCM30/32路系列的數(shù)字復接體制,時分復用,,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，各路信號碼元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。,碼分復用,,用x=(x1,x2,xN)和y=(y1,y2,yN)表示兩個碼長為的碼字（也稱為碼組），二進制碼元 ,i=1,2N。 定義兩個碼字的互相關系數(shù)為:,碼字正交的概念,,,碼字x和y相互正交,碼字x和y準正交,碼字x和y超正交,碼分復用,,,沃爾什（Walsh）
15、碼,沃爾什碼 就是哈德瑪矩陣H(n)行向量,,,,,,,任意兩個碼字之間的互相關系數(shù)為0，即碼字之間兩兩正交。例如4個碼字1 1 1 1、1 1 1 -1、1 1 1 -1、1 1 1 1之間兩兩正交，即任意兩個碼字的互相關系數(shù)為0。,碼分復用,如果將正交碼字用于碼分復用中作為“載波”，則合成的多路信號經信道傳輸后，在接收端可以采用計算互相關系數(shù)的方法將各路信號分開。,恢復出第j個用戶的原始數(shù)據(jù),信道/系統(tǒng),發(fā),收,碼分復用,,碼分復用原理圖,碼分復用,,需要指出的是，在CDM系統(tǒng)中，各路信號在時域和頻域上是重疊的，這時不能采用傳統(tǒng)的濾波器（對FDM而言）和選通門（對TDM而言）來分離信號，而是用與發(fā)送信號相匹配的接收機通過相關檢測才能正確接收。,碼分復用,,,碼分復用,,最后指出，碼分復用除了可以采用正交碼，還可以采用準正交碼和超正交碼，因為此時的鄰路干擾很小，可以采用設置門限的方法來恢復出原始的數(shù)據(jù)。而且，為了提高系統(tǒng)的抗干擾能力，碼分復用通常與擴頻技術結合起來使用。,碼分復用,,
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