信道复用和多址方式讲稿.ppt
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1、关于信道复用和多址方式第一页,讲稿共六十八页哦本章要点本章要点 1.复用技术2.频分复用技术3.时分复用技术4.PCM30/32路系统5.多址技术第二页,讲稿共六十八页哦复用 随着通信技术的飞速发展,人们对通信的需求越来越大,而信道资源却始终是有限的,这就使多路复用成为现代通信的必要手段。所谓复用,就是指利用一条信道同时传送多路信号的一种技术。复用技术就是专门用来解决在同一信道中传送互不干扰的多路信号这一问题的。第三页,讲稿共六十八页哦复用方式 主要的复用方式:1.频分复用(FDM)2.时分复用(TDM)3.码分复用(CDM)4.波分复用(WDM)第四页,讲稿共六十八页哦多址方式 利用信号特征
2、上的差异(工作频率、出现时间、特定波形等)来区分这些信号的,它要求各信号的特征彼此独立或正交。依据信号在频域、时域波形以及空域的特征,多址方式基本可分为:频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)、码分多址(CDMA)和空分多址(SDMA)。第五页,讲稿共六十八页哦6.1 频分复用若干路信息在同一信道中传送称为多路复用,有两种基本的多路复用方式:频分复用(FDM)和时分复用(TDM)。按频率分割信号的方法叫频分复用;而按时间分割信号的方法叫时分复用。在频分复用中,信道的可用频带被分成若干互不交叠的频段,每路信号占据其中一个频段,以实现多路相处的FDM信号在同一信道中传输。在接收端通过带通滤波器
3、和解调器来恢复各路基带信号。第六页,讲稿共六十八页哦频分多路复用的原理方框图 第七页,讲稿共六十八页哦串扰 频分多路复用中各路信号之间的相互干扰,这一干扰称为串扰。引起串扰的主要原因是系统非线性所造成的已调信号频谱的展宽,调制非线性所造成的串扰可以部分地由发送带通滤波器清除,但信道传输中非线性所造成的串扰则无法消除。因而在频分多路复用中对系统线性的要求很高。第八页,讲稿共六十八页哦6.2 时分复用 时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲,同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。其中,可以确定每个
4、信道何时使用线路的时分复用方式称之为“同步时分多路通信”(STDM);反之则称为“异步时分多路通信”(ATDM)。时分多路复用常用于基带网络中。第九页,讲稿共六十八页哦6.2.1 时分多路复用的基本概念 时分多路复用建立在抽样定理基础上。因为抽样定理使连续的基带信号变成在时间上离散的抽样脉冲,这样,当抽样脉冲占据较短时间时,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他信号的抽样值,从而有可能在一条信道同时传送若干个基带信号。与频分复用类似,各路时分复用信号间也要有一定的保护时隙。时分复用在PAM和PCM的条件下都可以实现,下面以PAM为例介绍TDM的原理。第十页,讲稿共六十八页哦
5、两基带信号时分复用原理第十一页,讲稿共六十八页哦如图6-4所示 给出了对两个PAM信号进行时分复用的原理图。对m1(t)和m2(t)按相同的时间周期进行采样,只要采样脉冲宽度足够窄,在两个采样值之间就会留有一定的时间空隙。如果另外一路信号的采样时刻在时间空隙,则两路信号的采样值在时间上将不发生重叠,从而实现时分复用。第十二页,讲稿共六十八页哦给出了三路PAM信号进行时分复用的波形图第十三页,讲稿共六十八页哦6.2.2 PCM30/32系统在数字通信中,常将多路信源信码组合成不同数码率的群路信号,以适应各种传输条件和不同介质的传输。我国采用与欧洲各国相一致的组群制式,即以30/32路为基础群,简
6、称基群或一次群。基群可独立使用,也可组成更多路数的高次群以与市话电缆、数字微波、光缆等传输信道连接。第十四页,讲稿共六十八页哦30/32路PCM通信系统的帧结构 中兴数字程控交换机ZXJ10第十五页,讲稿共六十八页哦如图6-6所示 为了传输频带为3003400Hz的话音信号,取样频率为8kHz,取样周期Ts=125us,即帧长为125us。在30/32路PCM系统中要依次传送32路消息的码组,故将每帧划分为32个时隙(用TS表示),每个时隙的宽度为3.9us,如图6-6所示。每一路的码组(代表一个样值脉冲)都只在一帧中占用一个时隙。如果每一路话都采用字长为8的码组,则每位码元的宽度不得大于0.
7、49us。第十六页,讲稿共六十八页哦30/32路PCM基群的帧构成 (1)每帧路时隙数为32,编号为031,分别以TS0,TS1,TS2TS31表示。(2)每个路时隙的比特数为8,编号为18。(3)TS1TS15和TS17TS31共30个时隙供通话用,编号为130。(4)TS0的8个比特用作帧同步码、监视码。(5)TS16用于传输信令码。总结以上可知:每帧传送32路时隙,每路时隙传送字长为8的一组码组,因此,每帧传送328=256比特,而每帧时间为125us,则30/32路数字通信系统的总码率为,即每秒可传送2048000个二进制码。第十七页,讲稿共六十八页哦6.2.3 PCM复用与数字复接复
8、用与数字复接1、数字复接的基本概念数字复接也就是数字信号的时分复用,参与复接的信号称为支路信号,而复接以后的信号称为合路信号或群路信号。把群路信号分离成各个支路信号的过程称为数字分接。数字复接系统由数字复接器和数字分接器组成。第十八页,讲稿共六十八页哦数字复接系统图第十九页,讲稿共六十八页哦数字复接器 数字复接器是把两个或两个以上的低次群按时分复用方式合并成一个单一的高次群数字信号的设备,它由定时、码速调整和复接单元组成。定时单元提供的时间信号是整个设备唯一的基准时间信号。复接器的时钟信号可以内部产生,也可由外部提供。第二十页,讲稿共六十八页哦数字分接器功能把已合成的高次群数字信号分解成原来的
9、低次群数字信号,它由同步、定时和码速恢复等单元组成。而分接器则只能从接收信号中提取时钟,这样才能使分接器和复接器保持时钟同步。调整单元即码速调整单元,其作用是把频率不同的各支路信号调整成为和定时信号同步的数字信号以便复接。而分接单元和恢复单元的工作过程则分别是复接单元和调整单元的逆过程。第二十一页,讲稿共六十八页哦2、PCM复用与数字复接 扩大数字通信系统的容量,一种方法是采用基群编码方法,另一种方法是将几个(例如4个)经PCM复用后的信号(例如PCM30/32系统)再进行时分复用,形成更多路的数字通信,经复用后的数码率提高了但对每一路话音的抽样值编码速度并没有提高,实现更容易,目前广泛采用这
10、一方法来提高通信容量。数字复用是采用数字复接的方法来实现的。第二十二页,讲稿共六十八页哦CCITT推荐的数码率序列CCITT推荐的数码率序列如表6-1所示。复接后的高次群数码率并不等于对应低次群数码率的整数倍,这是考虑在复接的过程中还需要加入帧同步码、对端告警码等。第二十三页,讲稿共六十八页哦3、数字信复接方式 数字复接的方法主要有按位复接、按字复接和按帧复接三种。1、按位复接按位复接又称按比特复接,即复接时每次每支路依次复接一个比特。例如表6-2是4个PCM30/32基群信号按位复接的情况。由表6-2可知,按位复接是在某一时刻对各个支路的信码按位进行复接。按位复接方法简单易行,设备也简单;缺
11、点是对信号交换不利。第二十四页,讲稿共六十八页哦复接方式2、按字复接按字复接指复接时每次每支路依次复接一个字。对基群而言一个码字有8位码,它是先将8位码存储起来,在规定时间一次复接,四个支路轮流复接,如表6-2所示。这种方法有利于数字交换,但要求存储器容量较大。第二十五页,讲稿共六十八页哦按位和按字复接 第二十六页,讲稿共六十八页哦复接方式3、按帧复接按帧复接指复接时每次每支路依次复接一个帧。这种方法的优点是复接时不破坏原有的帧结构,有利于交换,但要求更大的存储容量,目前很少采用。第二十七页,讲稿共六十八页哦6.2.4 数字复接的码速变换数字复接的码速变换几个低次群数字信号复接成一个高次群数字
12、信号,如果各个低次群的时钟是各自产生的,即使它们的标称数码率都相同,但它们的瞬时数码率也会不同。因为各个支路的晶体振荡器的振荡频率不可能完全相同(CCITT规定PCM30/32系统的数码率允许有100bps的偏差),这样几个低次群复接后数码就会产生重叠和错位。第二十八页,讲稿共六十八页哦码速变换示意图第二十九页,讲稿共六十八页哦同步复接、异步复接系统同步的方法有两种,即同步复接和异步复接。不论同步复接还是异步复接,都需进行码速调整。虽然同步复接时各低次群的数码率完全一致,但复接后的码序列中还要加入帧同步码、告警码等码元,这样数码率就会增加,所以也要进行码速变换。码速调整分为正码速调整、负码速调
13、整和正零负码速调整三种,应用最多的是正码速调整,下面仅讨论正码速调整。第三十页,讲稿共六十八页哦系统同步如图6-8所示。这样复接合成后的数字信号流在接收端是无法分接恢复成原来的低次群信号的,因此,数码率不同的低次群信号是不能直接复接的,在复接前要使各低次群的数码率做到同步(即进行码速调整),使复接后的数码率符合高次群帧结构的要求。这种同步指系统与系统间的同步,称为系统同步。讨论正码速调整之前,先看一个其它方面的例子。第三十一页,讲稿共六十八页哦如图6-9是水库充水、放水的过程 假设水库中的水起始时处于半满状态,设单位时间流入水库的水流量为fi,单位时间流出水库的水流量fo。当fofi时,执行的
14、是慢入快出方式,水库的水位将不断下降,一定时间后,水库中的水将被取空;当fo fi时,执行的是慢出快入方式,水库的水位将不断上升,一定时间后,水库中的水将会溢出;当fo=i时,水库中的水位将保持平衡。如果oi时采取如图6-9所示的控制方法,当水位下降至警戒水位时,就发出一控制信号,将控制门关闭一个t时间,即此时水库的水只进不出,水库中的水位将上升,经t时间后,控制门自动打开,又重复上述过程。如此,能保证在oi 的情况下水库中的水永不干枯。第三十二页,讲稿共六十八页哦正码速调节的原理 第三十三页,讲稿共六十八页哦如图6-10:图6-10是正码速调节方框图,在复接时,输入的各支路数码率为fi,写入
15、脉冲的频率也为fi,读出脉冲的频率为fo,fofi,正码速调整的目的就是把速率较低的输入数码流调整为较高数码率输出,正码速调整因此而得名。假设缓存器中起始时处于半满状态,由于fofi,即执行的是慢入快出的方式,一定时间后,缓存器中的信息将会被取空,如果在设计电路时也增加一个控制门,当缓存器中的信息将要取空而又未取空时,让它禁读一次,此时缓存器只写不读,缓存器中的信息必将增加,禁读的同时,在输出的数码流中插入一非信息码(标志信号),这样,缓存器中的信息不会有取空的危险,同时保证输入数码率为fi,而输出数码率为fo。第三十四页,讲稿共六十八页哦6.2.5 同步复接与异步复接同步复接与异步复接1.同
16、步复接第三十五页,讲稿共六十八页哦同步复接概念 将几个支路的低次群信码合成一个高次群信码的过程称复接,而将一个高次群信码分解成几个低次群信码的过程称分接。如果被复接的各支路都是一个总时钟提供,这种复接方式称同步复接。在同步复接过程中,各支路信码来自不同的地方,它们的传输距离也不相同。到达复接设备时,虽然其频率相同,但相位会存在差异,相位差的调整是通过缓存器来实现的。另外,接收端为了能正常接收各支路信码,以及分接时的需要,各支路在复接时还要插入一定数量的帧同步码、对端告警码和业务码。这样复接后的数码率显然提高了,所以缓存器的另一功能是进行正码速调整。PCM二次群同步复接的方框图如6-11所示。第
17、三十六页,讲稿共六十八页哦同步复接 图6-12是收端分接示意图,分接过程中,首先由再生器消除噪声。之后,由定时时钟产生收、发端所需要的时钟及其它各种定时脉冲,使各设备按一定的时序工作。帧同步保证收、发端的帧与帧的同步,使分接器正常分接。业务码检出单元用于业务联络和检测,保证收端削插的正常进行,而缓存器进行负码速调整,把较高速率的信码调整为基群数码率。第三十七页,讲稿共六十八页哦异步复接 异步时钟复接和准同步时钟复接,其参与复接的各支路信号时钟与复接器的时钟由不同时钟源提供,并要求各支路数码率标称值相等,即允许时钟频率在规定的容许范围内任意变动,对此,要严格实现各异步支路时钟的同步,还需要进行码
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