多路复用和多址技术
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• 国际电信联盟(ITU)制定了两种建议：
– 准同步数字体系PDH – 同步数字体系 SDH
22
9.3.1 准同步数字体系 (PDH)
• PDH有E体系和T体系两套标准。
– E体系以64kbit/s的A律PCM话音信号为基础 ，以2.048Mbit/s为基群的数字序列，我国大 陆、欧洲采用，以及作为国际间连接标准。
– 其它方法：光纤通信中的波分复用(WDM)
3
1 f
2 f
N f
(a) 频 分 制
1 t
2 t
N t
(b) 时分制
1 t
2 t
N t
(c) 码分制
4
• 复接
– 目的：解决来自若干条链路的多路信号的合 并和区分。
– 关键技术问题：目前大容量链路的复接几乎 都是TDM信号的复接，此时，多路TDM信 号时钟的统一和定时就成为关键问题。
5
外部 时钟
定时
同
步
1码 2速 复
3 4 支路
调 整
接 合路
复接器
定时
1 分恢 2 接复 3
4 支路 分接器
数字复接系统组成原理
6
• 多址
– 目的：多个用户共享信道、动态分配网络资 源。
– 方法：频分多址、时分多址、码分多址、空 分多址、极化多址以及其他利用信号统计特 性复用的多址技术等。
7
• 多路复用和多址技术的联系与区别
第九章 多路复用和多址技术
1
主要内容
9.1 概述 9.2 频分复用(FDM) 9.3 时分复用(TDM) 9.4 码分复用(CDM) 9.5 多址技术
2
9.1 概述
• 多路复用
– 目的：在一条链路上传输多路独立信号而互 不干扰
– 基本原理：正交划分方法
– 3种多路复用基本方法：频分复用（FDM ）、时分复用（TDM）、码分复用（ CDM）
多路信号输出
11
多路信号输入
4.3 ~ 7.4 kHz 带通
相乘
3400 Hz 低通
8.3~11.4 kHz 带通
f1 4 kHz 3400 Hz
相乘
低通
12.3~15.4 kHz 带通
f1 8 kHz 3400 Hz
相乘
低通
f1 12 kHz (b)接收端原理方框图
话音输出1 话音输出2 话音输出3
– 相同：二者都是为了通信资源共享 – 区别：
• 多路复用中，用户对资源共享的需求是固定的， 或者至多是缓慢变化的，资源是预先分配给各用 户。
• 多址接入中，网络资源通常是动态分配的，并且 可以由用户在远端提出共享要求。因此必须按照 用户对网络资源的需求，随时动态地改变网络资 源的分配。
8
例如卫星通信
12
基带语音
信号
4 kHz
8 kHz
12 kHz
0 300 – 3,400
4.3 – 7.4
8.3 – 11.4
f
12.3 – 15.4 kHz
Hz
kHz
kHz
12 kHz
1
16 kHz 20 kHz
56 kHz
4 2kHz
3
12
12路群的频谱图
f (kHz)
13
• 频分复用的主要缺点：
– 要求系统的非线性失真很小，否则将因非线 性失真而产生各路信号间的互相干扰；
Tc T / N 1/(Nfs )
对各路信号取样后的样值序列，合路后变成群路样值序列。每个样值编成 一个n位二元数码构成的码字，此时编码器输出的二元数码序列的信息速 率Rb为
Rb n / Tc nNfs 19
• 基本条件：
– 各路信号必须组成为帧。 – 一帧应分为若干时隙。 – 在帧结构中必须有帧同步码。 – 当各路信号不是用同一时钟抽样时，必须容
10
话音输入1
300 ~ 3400 Hz
低通
相乘
4.3~7.4 kHz 带通
300 ~ 3400
Hz
话音输入2
低通
4 kHz
f1
8.3~11.4 kHz
相乘
带通
300 ~ 3400
Hz
话音输入3
低通
f2 8 kHz 12.3~15.4kHz
相乘
带通
f3 12 kHz
(a) 发送端原理方框图
3路频分复用电话通信ห้องสมุดไป่ตู้统原理
许各路输入信号的抽样速率（时钟）有少许 误差。
• 主要优点：
– 便于信号的数字化和实现数字通信。 – 制造调试较易，适合用集成电路实现。 – 生产成本较低，具有价格优势。
20
• 在数字通信系统中，为了使终端设备标准 化和系列化，同时又能适应不同传输媒介 和不同业务容量的要求，通常用各种等级 的终端设备进行组合配置，把若干个低速 比特流合并成高速比特流，以满足以上要
求，这种过程称为数字复接，就是按照时 分多路复用的基本原理完成比特流合并的 技术。
• 采用TDM的PCM数字电话系统，在国际上 已逐步建立起标准，称为数字复接系列。
21
• 数字复接系列形成的原则是先把一定路 数的数字电话信号复合成一个标准的数 据流，该数据流被称为基群（一次群） 。然后再用数字复接技术将基群复合成 更高速的复用信号，即多次复用。
– 用硬件实现时，设备的生产技术较为复杂， 特别是滤波器的制作和调试较繁难；
– 成本较高。
14
9.3 时分复用(TDM) Time Division Multiplexing
• 首先考虑对一个基带信号采样，只要采 样脉冲宽度足够窄，那么在两个采样值 之间就会留有一定的时间空隙。
• 然后考虑对两个基带信号m1(t)和m2(t)按 相同的时间周期进行采样，如果一路信 号的采样时刻在另一路信号的采样时间 空隙处,则两路信号的采样值在时间上将 不发生重叠。
9
9.2 频分复用（FDM）
Frequency Division
Multiplexing
• 按频率分割多路信号的方法，即将信道的 可用频带分成若干互不交叠的频段，每路 信号占据其中的一个频段。在接收端用适 当的滤波器将多路信号分开，分别进行解 调和终端处理。
• 通常采用SSB调制搬移频谱，以节省频带 。
15
m1(t)
m2(t)
两个基带信号时分复用原理
时分复用是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传 输多路信号的一种方法。
16
时分复用原理
m1(t)
抽样开关
LPF
同步
m1(t) LPF
… …
… …
m2(t) LPF
mN(t) LPF
传输 系统
x(t)
y(t)
m2(t) LPF
mN(t) LPF
低 取样 量化 通 合路 编码
解码 分路 恢复
滤 波 多路信号时分复用的工作过程
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m1(t)
m2(t)
信号m1(t)的采样
T/N
时隙1
T+T/N
2T+T/N 3T+T/N
信号m2(t)的采样
1帧
旋转开关采集到的信号
18
•假设信号取样频率为fs •则取样时间间隔 T=1/fs •帧周期等于 T=1/fs •在复用N路时，每一路时隙宽度Tc为
– 准同步数字体系PDH – 同步数字体系 SDH
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9.3.1 准同步数字体系 (PDH)
• PDH有E体系和T体系两套标准。
– E体系以64kbit/s的A律PCM话音信号为基础 ，以2.048Mbit/s为基群的数字序列，我国大 陆、欧洲采用，以及作为国际间连接标准。
– 其它方法：光纤通信中的波分复用(WDM)
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1 f
2 f
N f
(a) 频 分 制
1 t
2 t
N t
(b) 时分制
1 t
2 t
N t
(c) 码分制
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• 复接
– 目的：解决来自若干条链路的多路信号的合 并和区分。
– 关键技术问题：目前大容量链路的复接几乎 都是TDM信号的复接，此时，多路TDM信 号时钟的统一和定时就成为关键问题。
5
外部 时钟
定时
同
步
1码 2速 复
3 4 支路
调 整
接 合路
复接器
定时
1 分恢 2 接复 3
4 支路 分接器
数字复接系统组成原理
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• 多址
– 目的：多个用户共享信道、动态分配网络资 源。
– 方法：频分多址、时分多址、码分多址、空 分多址、极化多址以及其他利用信号统计特 性复用的多址技术等。
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• 多路复用和多址技术的联系与区别
第九章 多路复用和多址技术
1
主要内容
9.1 概述 9.2 频分复用(FDM) 9.3 时分复用(TDM) 9.4 码分复用(CDM) 9.5 多址技术
2
9.1 概述
• 多路复用
– 目的：在一条链路上传输多路独立信号而互 不干扰
– 基本原理：正交划分方法
– 3种多路复用基本方法：频分复用（FDM ）、时分复用（TDM）、码分复用（ CDM）
多路信号输出
11
多路信号输入
4.3 ~ 7.4 kHz 带通
相乘
3400 Hz 低通
8.3~11.4 kHz 带通
f1 4 kHz 3400 Hz
相乘
低通
12.3~15.4 kHz 带通
f1 8 kHz 3400 Hz
相乘
低通
f1 12 kHz (b)接收端原理方框图
话音输出1 话音输出2 话音输出3
– 相同：二者都是为了通信资源共享 – 区别：
• 多路复用中，用户对资源共享的需求是固定的， 或者至多是缓慢变化的，资源是预先分配给各用 户。
• 多址接入中，网络资源通常是动态分配的，并且 可以由用户在远端提出共享要求。因此必须按照 用户对网络资源的需求，随时动态地改变网络资 源的分配。
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例如卫星通信
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基带语音
信号
4 kHz
8 kHz
12 kHz
0 300 – 3,400
4.3 – 7.4
8.3 – 11.4
f
12.3 – 15.4 kHz
Hz
kHz
kHz
12 kHz
1
16 kHz 20 kHz
56 kHz
4 2kHz
3
12
12路群的频谱图
f (kHz)
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• 频分复用的主要缺点：
– 要求系统的非线性失真很小，否则将因非线 性失真而产生各路信号间的互相干扰；
Tc T / N 1/(Nfs )
对各路信号取样后的样值序列，合路后变成群路样值序列。每个样值编成 一个n位二元数码构成的码字，此时编码器输出的二元数码序列的信息速 率Rb为
Rb n / Tc nNfs 19
• 基本条件：
– 各路信号必须组成为帧。 – 一帧应分为若干时隙。 – 在帧结构中必须有帧同步码。 – 当各路信号不是用同一时钟抽样时，必须容
10
话音输入1
300 ~ 3400 Hz
低通
相乘
4.3~7.4 kHz 带通
300 ~ 3400
Hz
话音输入2
低通
4 kHz
f1
8.3~11.4 kHz
相乘
带通
300 ~ 3400
Hz
话音输入3
低通
f2 8 kHz 12.3~15.4kHz
相乘
带通
f3 12 kHz
(a) 发送端原理方框图
3路频分复用电话通信ห้องสมุดไป่ตู้统原理
许各路输入信号的抽样速率（时钟）有少许 误差。
• 主要优点：
– 便于信号的数字化和实现数字通信。 – 制造调试较易，适合用集成电路实现。 – 生产成本较低，具有价格优势。
20
• 在数字通信系统中，为了使终端设备标准 化和系列化，同时又能适应不同传输媒介 和不同业务容量的要求，通常用各种等级 的终端设备进行组合配置，把若干个低速 比特流合并成高速比特流，以满足以上要
求，这种过程称为数字复接，就是按照时 分多路复用的基本原理完成比特流合并的 技术。
• 采用TDM的PCM数字电话系统，在国际上 已逐步建立起标准，称为数字复接系列。
21
• 数字复接系列形成的原则是先把一定路 数的数字电话信号复合成一个标准的数 据流，该数据流被称为基群（一次群） 。然后再用数字复接技术将基群复合成 更高速的复用信号，即多次复用。
– 用硬件实现时，设备的生产技术较为复杂， 特别是滤波器的制作和调试较繁难；
– 成本较高。
14
9.3 时分复用(TDM) Time Division Multiplexing
• 首先考虑对一个基带信号采样，只要采 样脉冲宽度足够窄，那么在两个采样值 之间就会留有一定的时间空隙。
• 然后考虑对两个基带信号m1(t)和m2(t)按 相同的时间周期进行采样，如果一路信 号的采样时刻在另一路信号的采样时间 空隙处,则两路信号的采样值在时间上将 不发生重叠。
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9.2 频分复用（FDM）
Frequency Division
Multiplexing
• 按频率分割多路信号的方法，即将信道的 可用频带分成若干互不交叠的频段，每路 信号占据其中的一个频段。在接收端用适 当的滤波器将多路信号分开，分别进行解 调和终端处理。
• 通常采用SSB调制搬移频谱，以节省频带 。
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m1(t)
m2(t)
两个基带信号时分复用原理
时分复用是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传 输多路信号的一种方法。
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时分复用原理
m1(t)
抽样开关
LPF
同步
m1(t) LPF
… …
… …
m2(t) LPF
mN(t) LPF
传输 系统
x(t)
y(t)
m2(t) LPF
mN(t) LPF
低 取样 量化 通 合路 编码
解码 分路 恢复
滤 波 多路信号时分复用的工作过程
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m1(t)
m2(t)
信号m1(t)的采样
T/N
时隙1
T+T/N
2T+T/N 3T+T/N
信号m2(t)的采样
1帧
旋转开关采集到的信号
18
•假设信号取样频率为fs •则取样时间间隔 T=1/fs •帧周期等于 T=1/fs •在复用N路时，每一路时隙宽度Tc为