教学部—通信原理—第七章.ppt

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1、多 路 复 用频分复用时分复用码分复用多 路 复 用u 频分复用u 时分复用u 码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用多多路路复复用用 是是指指在在同同一一个个信信道道上上同同时时传传输输多多路路信号而互不干扰的一种技术。信号而互不干扰的一种技术。为为了了在在接接收收端端能能够够将将不不同同路路的的信信号号区区分分开开来来，必必必必须须须须使使使使不不不不同同同同路路路路的的的的信信信信号号号号具具具具有有有有不不不不同同同同的的的的特特特特征征征征。由由于于信信号号直直接接来来自自话话路路，区区分分信信号号和和区区分分话话路是一致的。路是一致的。最最常常用用的的多多路路复复用用方方式

2、式是是频频分分复复用用（FDM）、时分复用（时分复用（TDM）和码分复用（和码分复用（CDM）。）。多路复用多路复用 多 路 复 用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用u 主要多路复用主要多路复用n 按频段区分信号的方法叫按频段区分信号的方法叫频分复用频分复用；n 按时隙区分信号的方法叫按时隙区分信号的方法叫时分复用时分复用；n 按相互正交的码字区分信号的方法叫按相互正交的码字区分信号的方法叫 码分复用。码分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用传统的模拟通信中都采用频分复用 随着数字通信的发展，时分复用和码分复用随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信系统的应用越来越广泛。通信系统的应用越

3、来越广泛。多 路 复 用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用频分复用 一般的通信系统的信道所能提供的一般的通信系统的信道所能提供的带宽往往要比传送一路信号所需的带宽带宽往往要比传送一路信号所需的带宽宽得多。因此，如果一条信道只传输一宽得多。因此，如果一条信道只传输一路信号是非常浪费的。为了充分利用信路信号是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，提出了信道的频分复用。道的带宽，提出了信道的频分复用。多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 频分复用频分复用就是在发送端利用不就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复不同的

4、频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。彼此分离开来。频分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 假设共有假设共有n路复用的信号，每路信号路复用的信号，每路信号 首首先先通通过过低低通通滤滤波波器器（LPF）变变成成频频率率受受限限的的低低通通信号信号。简便起见，假设各路信号的最高频率都相等。简便起见，假设各路信号的最高频率都相等。然然后后，每每路路信信号号通通过过载载频频不不同同的的调

5、调制制器器进进行行频频谱谱搬移。搬移。一一般般来来说说调调制制的的方方式式原原则则上上可可任任意意选选择择，但但最最常常用用的的是是单单边边带带调调制制，因因为为它它最最节节省省频频带带。因因此此，图图中中的调制器由相乘器和边带滤波器（的调制器由相乘器和边带滤波器（SBF）构成。构成。频分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用频分复用系统组成框图频分复用系统组成框图频分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 在在选选择择载载频频时时，既既应应考考虑虑到到每每一一路路已已调调信信号号的的频频谱谱宽宽度度fm,还还应应留留有有一一定定的的防防护护频频带带fg。为为了了各各路路信信号号频频谱

6、谱不不重重叠叠，要要求求载载频频间隔为：间隔为：式中，fci和fc(i+1)分别为第i和(i1)路的载波频率；fm是每一路已调信号的频谱的宽度；fg为邻路间隔防护频带。频分复用显然，邻路间隔防护频带越大，对边带滤波器的技术要求越低；但这时占用的总频带要加宽，这对提高信道利用率不利。因此，实际中应尽量提高边带滤波技术，以使fg尽量缩小。多 路 复 用频分复用时分复用码分复用【例例】采用频分复用的方式在一条信道中传输采用频分复用的方式在一条信道中传输3路信路信号，已知号，已知3路信号的频谱如图所示，假设每路信号的路信号的频谱如图所示，假设每路信号的最高频率最高频率fH=3400Hz，均采用上边带（

7、均采用上边带（USB）调制，调制，邻路间隔防护频带为邻路间隔防护频带为fg=600Hz。试计算信道中复用试计算信道中复用信号的频带宽度，并画出频谱结构。信号的频带宽度，并画出频谱结构。频分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用解：信道中频分复用信号的总频带宽度为解：信道中频分复用信号的总频带宽度为:对对3路路信信号号进进行行调调制制的的载载波波频频率率分分别别采采用用wc1、wc2和和 wc3，得得到到频频分分复复用用信信号号的的频频谱谱结结构构如如图图所所示。示。频分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用频分复用信号原则上可以直接在信道中传频分复用信号原则上可以直接在信道中传输。输。

8、但在某些应用中，还需要对合并后的但在某些应用中，还需要对合并后的复用信号再进行一次调制。第一次对多路信复用信号再进行一次调制。第一次对多路信号调制所用的载波称为副载波，第二次调制号调制所用的载波称为副载波，第二次调制所用的载波称为主载波。所用的载波称为主载波。原则上，两次调制可以是任意原则上，两次调制可以是任意方式的调制方式。如果第一次调制采用单边方式的调制方式。如果第一次调制采用单边带调制，第二次调制采用调频方式，一般记带调制，第二次调制采用调频方式，一般记为为SSB/FM。频分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用【例例】设设有有一一个个DSB/FM频频分分复复用用系系统统，副副载载波

9、波用用DSB调调制制，主主载载波波用用FM调调 制制。如如 果果 有有 50路路 频频 带带 限限 制制 在在3.3kHz的的 音音 频频 信信 号号，防防 护护 频频 带带 为为0.7kHz。如如果果最最大大频频移移为为1000kHz，计计算传输信号的频带宽度。算传输信号的频带宽度。频分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用再进行再进行FM调制后所需的传输带宽为：调制后所需的传输带宽为：频分复用解：解：50路音频信号经过路音频信号经过DSB调制后，在相邻两路信号调制后，在相邻两路信号之间加防护频带之间加防护频带fg，合并后信号的总带宽为：，合并后信号的总带宽为：多 路 复 用频分复用时分

10、复用码分复用时分复用（时分复用（TDM）是建立在抽样定理是建立在抽样定理基础上的基础上的。抽样定理指明：满足一定条件。抽样定理指明：满足一定条件下，时间连续的模拟信号可以用时间上离下，时间连续的模拟信号可以用时间上离散的抽样脉冲值代替。因此，如果抽样脉散的抽样脉冲值代替。因此，如果抽样脉冲占据较短时间，在抽样脉冲之间就留出冲占据较短时间，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用这种空隙便可以传输其了时间空隙，利用这种空隙便可以传输其它信号的抽样值。时分复用就是利用各路它信号的抽样值。时分复用就是利用各路信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，信号的抽样值在时间上占据不同的时隙，来达到在同一信道中传输多

11、路信号而互不来达到在同一信道中传输多路信号而互不干扰的一种方法。干扰的一种方法。时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用（1）TDM多路信号的合路和分路都是数字电路，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠。与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点：与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点：（2）信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和多次谐波，引起路间干扰，因此FDM对信道的非线性失真要求很高。而TDM系统的非线性失真要求可降低。时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用通过举例来说明时分复用技术的基本原理。通过举例来说明时分复用技术的基本原理。假设有假设有3路路PAM信号进行时分

12、复用，其具体实现信号进行时分复用，其具体实现方法如图所示。各路信号首先通过相应的低通滤波方法如图所示。各路信号首先通过相应的低通滤波器（预滤波器）变为频带受限的低通型信号。然后器（预滤波器）变为频带受限的低通型信号。然后再送至旋转开关（抽样开关）再送至旋转开关（抽样开关），每秒将各路信号依，每秒将各路信号依次抽样一次，在信道中传输的合成信号就是次抽样一次，在信道中传输的合成信号就是3路在时路在时间域上周期地互相错开的间域上周期地互相错开的PAM信号，即信号，即TDM-PAM信号。信号。时分复用时分复用的PAM系统（TDM-PAM）多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 抽抽样样时时各各路路每每

13、轮轮一一次次的的时时间间称称为为一一 帧帧，长长度度记记为为Ts，它它就就是是旋旋转转开开关关旋旋转转一一周周的的时时间间，即即一一个个 抽抽样样周周期期。一一帧帧中中相相邻邻两两个个抽抽样样脉脉冲冲之之间间的的时时间间间间隔隔叫叫做做路路 时时隙隙（简简称称为为时时隙隙），即即每每路路PAM信信号号每每个个样样值值允允许许占占用的时间间隔，记为用的时间间隔，记为TaTs/a。3路路PAM信信号号时时分分复复用用的的帧帧和和时时隙隙如如下下图图所示。所示。时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 上述概念可以推广到n路信号进行时分复路信号进行时分复用用。多路复用信号可以直接送入信道进行基

14、带传输，也可以加至调制器后再送入信道进行频带传输。在接收端，合成的时分复用信号由旋转开关（分路开关，又称选通门）依次送入各路相应的低通滤波器，重建或恢复出原来的模拟信号。需要指明的是，TDM中发送端的抽样开关和接收端的分路开关必须保持同步。时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 TDM-PAM系统目前在通信中几乎不再采用。抽样系统目前在通信中几乎不再采用。抽样信号一般都在量化和编码后以数字信号的形式传输，信号一般都在量化和编码后以数字信号的形式传输，目前电话信号采用最多的编码方式是目前电话信号采用最多的编码方式是PCM和和DPCM。时分复用的时分复用的PCM系统（系统（TDM-PCM）

15、PCM和和PAM的的区别区别在于在于PCM要在要在PAM的基础上再的基础上再进行进行量化和编码量化和编码时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用时分复用3路路PCM信号时分复用原理图信号时分复用原理图多 路 复 用频分复用时分复用码分复用在在发发送送端端，3路路话话音音信信号号m1(t)、m2(t)和和m3(t)经经过过低低通通滤滤波波后后成成为为最最高高频频率率为为fH的的低低通通型型信信号号，再再经经过过抽抽样样得得到到3路路PAM信信号号，它它们们在在时时间间上上是是分分开开的的，由由各各路路发发送送的的定定时时取取样样脉脉冲冲进进行行控控制制，然然后后将将3路路PAM信信号号一一

16、起起进进行行量量化化和和编编码码，每每个个PAM信信号号的的抽抽样样脉脉冲冲经经量量化化后后编编为为L位位二二进进制制代代码码。最最后后选选择择合合适适的的传传输输码码型型，经经过过数数字字传传输输系系统统（基基带带传传输或频带传输）传到接收端。输或频带传输）传到接收端。在接收端在接收端，收到信码后，首先经过码型反变换，收到信码后，首先经过码型反变换，然后加到解码器进行解码。解码后得到的是然后加到解码器进行解码。解码后得到的是3路合在路合在一起的一起的PAM信号，再经过分路开关把各路信号，再经过分路开关把各路PAM信号信号区分开来，最后经过低通滤波重建原始的话音信号区分开来，最后经过低通滤波重

17、建原始的话音信号m01(t)、m02(t)和和m03(t)。时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 TDM-PCM系系统统的的二二进进制制代代码码在在每每一一个个抽抽样样周周期期内内有有 nl 个个，这这里里n 表表示示复复用用路路数数，l 表示每个抽样值编码的二进制码元位数。表示每个抽样值编码的二进制码元位数。一一位位二二进进制制码码占占用用的的时时间间称称为为位位时时隙隙，长度记为长度记为Tb。容易得到容易得到:其中其中,Ts为一帧的长度为一帧的长度,Ta=Ts/a为为路时隙路时隙。帧长（时间）帧长（时间）时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用1、TDM-PAM信号信号对对

18、于于n路路频频带带都都是是的的TDM-PAM信信号号，每每秒秒钟的脉冲个数为钟的脉冲个数为 ，即码元速率，即码元速率:这里这里n表示复用路数，表示复用路数，fs表示一路信号的表示一路信号的抽样频率。抽样频率。时分复用信号的码元速率和带宽时分复用信号的码元速率和带宽时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用2、TDM-PCM信号信号通过抽样、合路、量化、编码这几个步骤，容易看通过抽样、合路、量化、编码这几个步骤，容易看出出TDM-PCM的信号的二进制码元速率为：的信号的二进制码元速率为：这里这里n表示复用路数，表示复用路数，表示每个表示每个抽样值编码的二进制码元位数抽样值编码的二进制码元位数

19、,M为对抽样值进行量化为对抽样值进行量化的量化级数的量化级数;fs表示一路信号的抽样频率。表示一路信号的抽样频率。时分复用3、TDM信号的带宽信号的带宽得到码元速率后，按照得到码元速率后，按照PCM带宽的计算方法带宽的计算方法容易得到容易得到TDM-PAM信号和信号和TDM-PCM信号传输波信号传输波形为矩形脉冲时的形为矩形脉冲时的第一零点带宽第一零点带宽。多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 对于多路数字电话系统，国际上有两种对于多路数字电话系统，国际上有两种标准化制式，即标准化制式，即PCM 30/32路制式和路制式和PCM 24路制式路制式 我国规定采用的是我国规定采用的是PCM 30

20、/32路制式，路制式，一帧共有一帧共有32个时隙，可以传送个时隙，可以传送30路电话，即路电话，即复用的路数复用的路数n=32路，其中话路数为路，其中话路数为30。PCM 30/32路系统的帧结构如图所示。路系统的帧结构如图所示。PCM30/32路系统的帧结构时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用PCM 30/32路系统的帧结构路系统的帧结构时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用从图可以看到，在从图可以看到，在PCM 30/32路的制式中，路的制式中，一一个个复复帧帧由由16帧帧组组成成，一一帧帧由由32个个时时隙隙组组成成，一一个时隙有个时隙有8个比特。个比特。对对于于PCM

21、30/32路路系系统统，由由于于抽抽样样频频率率为为8000Hz，因因此此，抽抽样样周周期期（即即PCM 30/32路路的的帧帧周周期期）为为1/8000=125us；一一个个复复帧帧由由16帧帧组组成成，这这样样复复帧帧周周期期为为2ms；一一帧帧内内包包含含32路路，则则每每路路占占用用的的时时隙隙为为125/32=3.91us；每每时时隙隙包包含含8位位折折叠叠二二进进制制，因因此此，位时隙位时隙占占488ns。从传输速率来讲，每秒钟能传送从传输速率来讲，每秒钟能传送8000帧，而每帧，而每帧包含帧包含328256bit，因此，传码率为因此，传码率为256 8000=2.048MBaud

22、，信息速率为信息速率为2.048Mbit/s。时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用前面讨论的前面讨论的PCM 30/32路和路和PCM 24路时分多路时分多路系统，称为数字基群（即一次群）。为了能使路系统，称为数字基群（即一次群）。为了能使宽带信号（如电视信号）通过宽带信号（如电视信号）通过PCM系统传输，就系统传输，就要求有较高的传码率。因此提出了采用数字复接要求有较高的传码率。因此提出了采用数字复接技术把较低群次的数字流汇合成更高速率的数字技术把较低群次的数字流汇合成更高速率的数字流，以形成流，以形成PCM高次群系统。高次群系统。CCITT推荐了两种推荐了两种一次、二次、三次和四

23、次群的数字等级系列，如一次、二次、三次和四次群的数字等级系列，如表所示。表所示。PCM高次群系统高次群系统时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用数字复接系列（准同步数字系列数字复接系列（准同步数字系列PDH）时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用数字通信系统，除了传输电话外，也可传输其它相数字通信系统，除了传输电话外，也可传输其它相同速率的数字信号，例如可视电话、频分制载波信号同速率的数字信号，例如可视电话、频分制载波信号以及电视信号。为了提高通信质量，这些信号可以单以及电视信号。为了提高通信质量，这些信号可以单独变为数字信号传输，也可以和相应的独变为数字信号传输，也可以和相应

24、的PCM高次群一高次群一起复接成更高一级的高次群进行传输。基于起复接成更高一级的高次群进行传输。基于PCM30/32路系列的数字复接体制的结构如图所示。路系列的数字复接体制的结构如图所示。时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用基于基于PCM30/32路系列的数字复接体制路系列的数字复接体制时分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用码分复用码分复用是用一组相互正交的码字是用一组相互正交的码字区分信号的多路复用方法。在码分复区分信号的多路复用方法。在码分复用中，各路信号码元在频谱上和时间用中，各路信号码元在频谱上和时间上都是混叠的，但是代表每路信号的上都是混叠的，但是代表每路信号的码字

25、是正交的。码字是正交的。码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用用用x=(x1,x2,xN)和和y=(y1,y2,yN)表表示示两两个个码码长长为为的的码码字字（也也称称为为码码组组），二二进进制制码码元元 ,i=1,2N。定义两个码字的互相关系数为定义两个码字的互相关系数为:码字正交的概念码字正交的概念码字码字x和和y相互正交相互正交码字码字x和和y准正交准正交码字码字x和和y超正交超正交码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用沃尔什（Walsh）码沃尔什码沃尔什码 就是哈德玛矩阵就是哈德玛矩阵H(n)行向量行向量任意两个码字之间的互相关系数为0，即码字之间两两正交。例如4个码字

26、1 1 1 1、1 1 1-1、1 1 1-1、1 1 1 1之间两两正交，即任意两个码字的互相关系数为0。码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用如如果果将将正正交交码码字字用用于于码码分分复复用用中中作作为为“载载波波”，则则合合成成的的多多路路信信号号经经信信道道传传输输后后，在在接接收收端端可可以以采采用计算互相关系数的方法将各路信号分开。用计算互相关系数的方法将各路信号分开。恢复出第j个用户的原始数据信道信道/系统系统发发收收码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用码分复用原理图码分复用原理图码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 需要指出的是，在需要指出的是，在

27、CDMCDM系统中，各路信号系统中，各路信号在时域和频域上是重叠的，这时不能采用传在时域和频域上是重叠的，这时不能采用传统的滤波器（对统的滤波器（对FDMFDM而言）和选通门（对而言）和选通门（对TDMTDM而言）来分离信号，而是用与发送信号相匹而言）来分离信号，而是用与发送信号相匹配的接收机通过相关检测才能正确接收。配的接收机通过相关检测才能正确接收。码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用码分复用多 路 复 用频分复用时分复用码分复用 最后指出，码分复用除了可最后指出，码分复用除了可以采用正交码，还可以采用准正以采用正交码，还可以采用准正交码和超正交码，因为此时的邻交码和超正交码，因为此时的邻路干扰很小，可以采用设置门限路干扰很小，可以采用设置门限的方法来恢复出原始的数据。而的方法来恢复出原始的数据。而且，为了提高系统的抗干扰能力，且，为了提高系统的抗干扰能力，码分复用通常与扩频技术结合起码分复用通常与扩频技术结合起来使用。来使用。码分复用