ch41频分多路复用解析.ppt

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1、SourceDestination多条低速传输介质SourceDestination一条高速传输介质总局交换台1(端局1)交换台m(端局m)用户1用户2用户n总局一条高速信道（光纤）（光纤）一条高速信道（同轴电缆）（同轴电缆）多条低速信道（双绞线）（双绞线）每一部电话都有两根铜线直接连到电话公司最近的端局端局（end office)(也叫本地中心局本地中心局，local central office),这段距离通常为1KM10KM,在市区的距离比中农村短客户电话和端局之间的双线连接在电话行业中被称为本地回本地回路路（ local loop) 多路复用技术：采用一条高速传输介质：采用一条高速传输

2、介质（信道）来分时（信道）来分时/分频率传送多路低速信分频率传送多路低速信号从而有效地提高传输介质的利用率号从而有效地提高传输介质的利用率 。 采用多路复用技术原因：采用多路复用技术原因： 数据传输率越高，传输系统的性能价格比越数据传输率越高，传输系统的性能价格比越高；高； 大多数通信设备要求达到的数据传输率并不大多数通信设备要求达到的数据传输率并不很高很高第第4章章 多路复用技术多路复用技术 4.1 多路复用的基本概念多路复用的基本概念 4.2 频分多路复用频分多路复用(FDM) 4.2.1 FDM原理原理 4.2.2 FDM标准化标准化 4.2.3 FDM 性能评价性能评价 4.2.4 F

3、DM应用系统应用系统_电话系统电话系统 4.2.5 FDMFDM应用系统应用系统_ _有线电视有线电视 4.3 4.3 波分多路复用波分多路复用 4.4 同步时分多路复用同步时分多路复用(TDM) 4.5 统计时分多路复用统计时分多路复用(STDM) 4.6 多路复用技术的比较多路复用技术的比较 4.1 多路复用技术基本概念多路复用技术基本概念 定义：将一些彼此无关的低速信号按照将一些彼此无关的低速信号按照一定的方法和规则合成一路复用信号，一定的方法和规则合成一路复用信号，并在一条公用（高速）信道上进行数据并在一条公用（高速）信道上进行数据传输，到达接收端再进行分离的一种技传输，到达接收端再进

4、行分离的一种技术。术。多路信号多路信号一路复用信号一路复用信号一路接收信号一路接收信号多路信号多路信号合成合成分解分解SourceDestination通路：通路：一条物理链路，可由多条通道组成。一条物理链路，可由多条通道组成。通道：通道：通路中用来完成一路信号传输的单位通路中用来完成一路信号传输的单位图图4-1多路复用技术示意图多路复用技术示意图 多路复用技术示意图多路复用技术示意图信道（channel)：是指以传输媒介为基础的信号通道。Path 理论依据：理论依据：信道多路复用的理论基础是信道多路复用的理论基础是信号分割原理信号分割原理。 信号分割的依据在于信号之间的差别信号分割的依据在于

5、信号之间的差别.这这种差别可以体现在种差别可以体现在频率、时间频率、时间或或波形波形等等参量上。参量上。多路复用技术理论依据多路复用技术理论依据 信道多路复用的理论基础是信号分割原理。信信道多路复用的理论基础是信号分割原理。信号分割的依据在于信号之间的差别号分割的依据在于信号之间的差别 按照按照频率频率 频分多路复用频分多路复用 (Frequency-Division Multiplex (Address),FDM,(FDMA) 按照按照时间时间 时分多路复用时分多路复用 (Time Division Multiplex (Address),TDM (TDMA) ） 同步时分多路复用（同步）同

6、步时分多路复用（同步） 统计时分多路复用（异步）统计时分多路复用（异步）多路复用分类多路复用分类 根据根据码型码型(波形波形)结构的不同来实现信号分割的多路复用称为结构的不同来实现信号分割的多路复用称为码分多路复用码分多路复用或或码分多址码分多址(Code DivisionMultiplex (Code DivisionMultiplex Address,CDMAAddress,CDMA） 此外，还有两种特殊的复用方式：此外，还有两种特殊的复用方式： 空分多路复用空分多路复用(Space Divisicn Multiplex,SDM)(Space Divisicn Multiplex,SDM)

7、 波分多路复用波分多路复用(Wavelength Divisicn Multiplex, (Wavelength Divisicn Multiplex, WDM) WDM)多路复用分类多路复用分类手机上网卡光纤电缆C(T)DMA手机优点手机优点与与GSM手机相比，手机相比，一、一、发射功率极小发射功率极小(2mw),CDMA手机可以说是名副其实的绿色手机，手机可以说是名副其实的绿色手机， 只是我们现在使用的只是我们现在使用的GSM手机手机(功率为功率为125mw)的的160，甚至低，甚至低 于电视屏幕产生的辐射功率；于电视屏幕产生的辐射功率；二、二、先进的切换技术先进的切换技术软切换技术软切换

8、技术(即切换是先接续好后再中断即切换是先接续好后再中断)， 使得使得CDMA手机的通话可以与固定电话媲美，而且没有手机的通话可以与固定电话媲美，而且没有GSM手手 机的掉线现象；机的掉线现象；三、三、投资相对减少投资相对减少,使用使用CDMA网络，这就为网络，这就为CDMA手机资费的下调手机资费的下调 预留了空间；预留了空间；四、四、调制和多址通信方式调制和多址通信方式，其容量比模拟技术高，其容量比模拟技术高10倍，超过倍，超过GSM网网 络约络约4倍；倍；五、五、采用视频应用采用视频应用，从而使手机从只能打电话和发送短信息等狭窄的，从而使手机从只能打电话和发送短信息等狭窄的 服务中走向宽带多

9、媒体应用。服务中走向宽带多媒体应用。3G手机手机 3G，其实它的全称为，其实它的全称为3rd Generation，含义就是指第三，含义就是指第三代数字通信。代数字通信。3G手机是通信业和计算机工业相融合的产物手机是通信业和计算机工业相融合的产物 相对第一代模拟制式手机相对第一代模拟制式手机(1G)和第二代和第二代GSM、TDMA等数等数字手机字手机(2G)，第三代手机一般地讲，第三代手机一般地讲，是指将无线通信与国是指将无线通信与国际互联网等多媒体通信结合的新一代移际互联网等多媒体通信结合的新一代移 动通信系统动通信系统。 它能够处理图像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包它能够处理图像、音

10、乐、视频流等多种媒体形式，提供包括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了括网页浏览、电话会议、电子商务等多种信息服务。为了提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速提供这种服务，无线网络必须能够支持不同的数据传输速度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持度，也就是说在室内、室外和行车的环境中能够分别支持至少至少2Mbps(兆字节每秒兆字节每秒)、384kbps(千字节每秒千字节每秒)以以及及144kbps的传输速度。的传输速度。 只要各路信号在时间上不重叠，就可只要各路信号在时间上不重叠，就可以在同一信道内传输，解复用器端用以在同一信道内传输，解复用器端用门电路门电

11、路将复合信号分开，实现时分多将复合信号分开，实现时分多路复用。路复用。FDM和和TDM4.2 频分多路复用（FDM）1.FDM1.FDM对传输介质带宽要求：对传输介质带宽要求： FDMFDM是根据是根据频率参量频率参量的差别来分割信号的，的差别来分割信号的，当传输介质的带宽大于所要传输的所有信号当传输介质的带宽大于所要传输的所有信号的带宽总和时，就可采用的带宽总和时，就可采用FDMFDM。2.FDM2.FDM对各路信号的要求：对各路信号的要求： 只要各路信号在频谱上不重叠，即可以在只要各路信号在频谱上不重叠，即可以在同一信道中传输，最后用滤波器将其分开，同一信道中传输，最后用滤波器将其分开，实

12、现频分多路复用。实现频分多路复用。频分多路复用（FDM） 3.3.实现各路信号频谱不重叠的方法：实现各路信号频谱不重叠的方法： 调制调制在在FDMFDM中，将每个信号调制到不同的载波中，将每个信号调制到不同的载波频率上，调制后的信号被组合成可以通过频率上，调制后的信号被组合成可以通过媒介传输的复合信号；媒介传输的复合信号；要保证载波频率之间的间距要足够大，要保证载波频率之间的间距要足够大，即能够保证这些信号的带宽不会重叠即能够保证这些信号的带宽不会重叠 一条通路一条通路, 4个通道个通道, 4种频率（种频率（f1，f2，f3，f4） 在每一条通道间使用在每一条通道间使用保护频带进行隔离。进行隔

13、离。图图4-34-34.2 频分多路复用（FDM） 4.2.1 FDM4.2.1 FDM基本原理基本原理 4.2.2 FDM4.2.2 FDM标准化标准化 4.2.3 4.2.3 FDM FDM 性能评价性能评价 4.2.4 FDM4.2.4 FDM应用系统应用系统_ _电话系统电话系统 4.2.5 FDM4.2.5 FDM应用系统应用系统_ _有线电视有线电视4.2.1 FDM基本原理 发送端：发送端： 调制调制合成合成传输（复合信号）传输（复合信号）图图4-4 频分复用发送器频分复用发送器FDM基本原理 接收端：接收端： 滤波滤波(BPF)解调解调(Demodulator)图图4-4 频分

14、复用接收器频分复用接收器 FDM处理过程 FDM频分多路复用是一个模拟过程，多用于频分多路复用是一个模拟过程，多用于模拟信号模拟信号的传输。的传输。 FDM系统最常见的应用就系统最常见的应用就是是电话系统。电话系统。 下面我们以话音信号为例，说明下面我们以话音信号为例，说明FDM的复用的复用和解复用过程。和解复用过程。 复用过程：图4-5说明了如何使用FDM将3个话音通道复用在一起。每个话音信号的频率范围都是很相近的。在复用器中，这些相似的信号被调制到不同的载波频率（f1，f2，f3）上。然后，将调制后的信号合成为一个复用信号并通过宽频带的传输媒介传送出去。 注意本图中注意本图中水平坐标轴表示

15、频率水平坐标轴表示频率，而不是时间。，而不是时间。 另外，调制后的复合信号带宽要大于每个输入信号带另外，调制后的复合信号带宽要大于每个输入信号带宽的宽的3倍，因为通道之间要有相应的保护频带。倍，因为通道之间要有相应的保护频带。 保护频带的宽度是由保护频带的宽度是由CCITT的有关建议选定的。的有关建议选定的。图图4-5 复用过程复用过程 解复用过程是复用过程的逆过程。解复用过程是复用过程的逆过程。解复用器采用滤波解复用器采用滤波器将复合信号分解成各个独立信号。然后，每个信号器将复合信号分解成各个独立信号。然后，每个信号再被送往解调器将它们与载波信号分离。最后将传输再被送往解调器将它们与载波信号

16、分离。最后将传输信号送给接收方处理。图信号送给接收方处理。图4 4-6 显示了解复用的过程。显示了解复用的过程。 图图4-6 解复用过程解复用过程 4.2.2 FDM标准化标准化 AT&T分级结构分级结构 ： 12路电话复用到路电话复用到60kHz108kHz的频带上，构成一个的频带上，构成一个 群群(Group，48kHz)； 5个群个群(60路电话路电话)复用到复用到312kHz552kHz的频带上，构成一的频带上，构成一个个超群超群(Supergroup，240kHz)； 5个超群个超群(300路电话路电话)复用到复用到812kHz2044kHz的频带上，构的频带上，构成一个成一个主群主

17、群(Mastergroup，1.12MHz)； 3个主群个主群(900路电话路电话)复用到复用到8516kHz12388kHz的频带上，的频带上，构成一个构成一个超主群超主群(Supermastergroup)； 4个超主群个超主群(360路电话路电话)复用到复用到42612kHz59684kHz的频带上，的频带上，构成一个构成一个巨群巨群(Gaintgroup)。4.2.3 FDM 性能评价性能评价优点：优点： 系统效率较高，充分利用系统效率较高，充分利用传输媒介带宽传输媒介带宽，技术也比，技术也比较成熟；模拟通信技术中常用。较成熟；模拟通信技术中常用。缺点：缺点： 对于信道的非线性失真具有

18、较高的要求，因为非线对于信道的非线性失真具有较高的要求，因为非线性失真会造成严重的串音和交叉调制干扰；性失真会造成严重的串音和交叉调制干扰； FDMFDM所需载波量大，所需设备随输入信号的增多而增所需载波量大，所需设备随输入信号的增多而增多，设备繁杂，不易小型化。多，设备繁杂，不易小型化。 FDMFDM本身不提供差错控制。本身不提供差错控制。4.2.4 FDM应用系统应用系统_电话系统电话系统一、电话系统一、电话系统二、电话网络二、电话网络三、有线电视三、有线电视 传输介质：传输介质：双绞线双绞线4.2.4 FDM应用系统应用系统_电话系统电话系统一、电话系统：一、电话系统：FDM最典型的应用

19、就是最典型的应用就是话音信号频分多路载波话音信号频分多路载波通信系统通信系统。滤波器将每个话音通道的带宽限。滤波器将每个话音通道的带宽限制在制在3000Hz左右。当多个通道被复用在一左右。当多个通道被复用在一起时，每个通道分配起时，每个通道分配4000Hz的带宽，以便的带宽，以便彼此频带间隔足够远，防止出现串音；如果彼此频带间隔足够远，防止出现串音；如果三种话音信号分别被调制到三种话音信号分别被调制到64，68和和72kHz的载波频率上，且只取其低边带，所得到的的载波频率上，且只取其低边带，所得到的频谱如图频谱如图4 4-10所示所示。 图图4-7 三个话音信号多路复用频谱图三个话音信号多路复

20、用频谱图 FDM应用系统应用系统_电话系统电话系统FDM应用系统应用系统_电话系统电话系统 注意两个问题：注意两个问题： 第一，防止串扰问题。第一，防止串扰问题。如果相邻话路信号的频带如果相邻话路信号的频带重叠，重叠，串话现象串话现象就可能发生就可能发生。如前所述，对话音。如前所述，对话音信号来说，它的有效带宽只有信号来说，它的有效带宽只有3000Hz，如果取，如果取信道子频带为信道子频带为4000Hz，就可以避免串扰现象的，就可以避免串扰现象的发生。发生。 第二，第二，减少噪声减少噪声。对于远距离的通信，放大器对。对于远距离的通信，放大器对某条信道上的信号带来的非线性影响可能会在其某条信道上

21、的信号带来的非线性影响可能会在其它信道上产生频率成分，形成噪声干扰其他信道它信道上产生频率成分，形成噪声干扰其他信道的信号传输。为此，必须在实际设计过程中给予的信号传输。为此，必须在实际设计过程中给予充分的注意，力求消除其非线性效应。充分的注意，力求消除其非线性效应。二、电话网络二、电话网络 传输系统传输系统 提供数据传输通道提供数据传输通道 交换系统交换系统 进行数据的交换，设于电话局内进行数据的交换，设于电话局内 用户系统用户系统 包括包括用户终端设备用户终端设备以及连接终端与交换机的以及连接终端与交换机的传传输线路输线路 信令系统信令系统 为实现用户间通信，在交换局间提供呼叫建立、为实现

22、用户间通信，在交换局间提供呼叫建立、释放等控制信号释放等控制信号ADSLMODEM系统分类分类 市话网市话网 单局制单局制 多局制多局制汇接制汇接制 国内长途网国内长途网 四级汇接辐射制：大区、省、地区和县四级汇接辐射制：大区、省、地区和县 国际长途网国际长途网 树形结构：由各国长途电话网互联而成树形结构：由各国长途电话网互联而成终端用户终端用户分局分局汇接局汇接局 市话汇接网络市话汇接网络汇接区汇接区A汇接区汇接区C汇接区汇接区B通话路由通话路由主叫用户主叫用户被叫用户被叫用户大区中心局大区中心局省中心局省中心局地区中心局地区中心局县中心局县中心局市话网络市话网络主叫用户主叫用户被叫用户被叫

23、用户基干路由基干路由 高效路由高效路由 迂回转接路由迂回转接路由 国内长途网络国内长途网络国际长途网络结构国际长途网络结构 CT1：七个国际中心：七个国际中心局局 CT2：CT1所辖区域的所辖区域的大国家设置的中间转大国家设置的中间转接局接局 CT3：各个国家内连：各个国家内连接其长途网络的转接接其长途网络的转接局局CT1所辖区域所辖区域NewYorkAmericaLondonWst E & MeMoscowEE NA MASydneyOceaniaTokyoEast AsiaSigaporeSE AsiaIndiaS Asia ArabCT1CT2CT3CT1CT2CT3国内网络国内网络 国

24、际长途网络主体结构国际长途网络主体结构 有线电视有线电视 系统：系统： FDM的另一个常见应用是有线电视传输。的另一个常见应用是有线电视传输。 同轴电缆作为传输媒介作为传输媒介 同轴电缆带宽大约有同轴电缆带宽大约有500MHz。一个电视。一个电视6MHz。一条同轴电缆可以同时承载一条同轴电缆可以同时承载83个电视频道。个电视频道。（实际上由于需要保护频带，要小于理论值（实际上由于需要保护频带，要小于理论值83）。）。三、三、有线电视有线电视 波分多路复用：波分多路复用：它它是频分多路复用技术在光是频分多路复用技术在光纤通道上的应用而提出的一种新的有效方法纤通道上的应用而提出的一种新的有效方法；

25、故传输介质为故传输介质为光纤。光纤。 波分多路复用的工作原理波分多路复用的工作原理 ：如下图所示，如下图所示，两束光波的频率是不相同的，它们通过棱镜两束光波的频率是不相同的，它们通过棱镜（或光栅）之后，使用了一条共享的光纤传输；（或光栅）之后，使用了一条共享的光纤传输；它们到达目的结点后，再经过棱镜（或光栅）它们到达目的结点后，再经过棱镜（或光栅）重新分成两束光波。重新分成两束光波。 4.3 波分多路复用波分多路复用 波分多路复用并不是什么新的概念。只要每个波分多路复用并不是什么新的概念。只要每个信道有各自的频率范围且互不重叠，它们就能信道有各自的频率范围且互不重叠，它们就能够以多路复用的方式

26、通过共享光纤进行远距离够以多路复用的方式通过共享光纤进行远距离传输。与电信号的频分多路复用不同之处在于，传输。与电信号的频分多路复用不同之处在于，波分多路复用是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解,因此极其可靠。 光纤的带宽非常大：光纤的带宽非常大：25000GHz 交换式的波分复用系统，在这样的系统，在这样的系统中，可以有多条输入与输出光纤。在典中，可以有多条输入与输出光纤。在典型的交换式波分复用系统中，所有的输型的交换式波分复用系统中，所有的输入光纤与输出米纤都连接到入光纤与输出米纤都连接到无源的星型无源的星型的中心耦合器。的中心耦合器。每条输入光纤的光波能每条输入光纤的光波能量通过中心耦合器分送到量通过中心耦合器分送到n个输出光纤中。个输出光纤中。这样，一个星型结构的交换式波分复用这样，一个星型结构的交换式波分复用系统就可以支持数百条光纤信道的多路系统就可以支持数百条光纤信道的多路复用。复用。这种系统在未来的高速光纤网络这种系统在未来的高速光纤网络中，将会有广泛的应用前景。中，将会有广泛的应用前景。