通信概论讲义-第四章(85)

Samples
+4
-2
34
-127
抽样编码成八比特的过程
Level +91 Sample represented by 11011011
+91
Sign Bit (+ve) 7 bit code representing 91
35
编码过程
1 3
量化和编码
1011010001010001011000011101
可用带宽
统计TDM A1 B1
时间片1
B2
C2
时间片2
30
时分复用例
时分复用的典型例子：PCM信号的传输把
多个话路的PCM话音数据用TDM的方法装 成帧(帧中还包括了帧同步信息和信令信息)
每帧在一个时间片内发送每个时隙承载一
路PCM信号。
2018/8/3 31
对话带的信号进行抽样
模拟信号 300 - 3400Hz 模拟信号的抽样值
19
频分复用FDM（4）


缺点：很难进行动态分配频率； 适用环境：模拟链路环境、粗粒度的复 用（划分上下行频带）； 典型实例



有线电视（CATV） 无线电广播 模拟移动通信 非对称数字用户线路（ADSL）
20
频分复用FDM（5）

举例一：有线电视(CATV)


一路电视信号传输带宽为6MHz;

改进：用户不固定占用某个时隙，有空时隙就将数据 放入； 用于分组交换和ATM交换； 标志化信道：每个分组前附加标志码，标示输出端。 29 各个分组使用不同的时隙。
时分复用
t1 t2 t3 A B C D
待发数据
同步TDM
带宽浪费
A1 B1 C1 D1 A2 B2 C2 D2
时间片1 时间片2
45
码分复用

适用环境：频率资源有限的环境； 典型实例 WCDMA、CDMA2000、 TD-SCDMA
46
码分复用

Cdma的出现和发展：
第二次世界大战期间因战争的需要而研究开发出 CDMA技术，其思想初衷是防止敌方对己方通讯的 干扰，在战争期间广泛应用于军事抗干扰通信，后 来由美国高通公司更新成为商用蜂窝电信技术。 1995年，第一个CDMA商用系统（被称为IS-95A） 被美国高通公司运行之后，CDMA技术理论上的诸 多优势在实践中得到了检验，从而在北美、南美和 亚洲等地得到了迅速推广和应用。
A1 D1
时间片1
时间片2
A2
D2
1
2
3
1
2
时隙号
时隙
MUX
A3 D3
D1 D2 D3 D1 D2
复用器 原始信号 数字化信号
复用后的数据流
27
时分复用

优点

时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传 输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应 的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这 个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。较高的 同步系统 时分复用技术与频分复用技术一样，有着非常广泛 的应用，电话就是其中最经典的例子，此外时分复 用技术在广电也同样取得了广泛的应用，如SDH， ATM，IP网络通信都是利用了时分复用的技术。
码分复用

CDMA的多路同时传输利用编码原理进行 区分；

各路信号采用经过特殊挑选的不同码型， 通过对不同的码型识别来消除各路信号间 的干扰。
42
码分复用解释—— CDMA酒会
你听到什么...
•如果你只懂中文? •如果你只懂俄语?
•如果你只懂英语?
“码”的使用可使cdma系统的用户/信道之间保持正交; 每一用户数据流均有一个唯一的正交扩频码。
第四章 信号的数字化处理技术




模拟信号的数字化 多路复用技术 数字复接技术 同步技术 同步数字系列
1
模拟信号的数字化

A/D变换(模拟/数字变换) D/A变换(数字/模拟变换)

2
A/D变换

模拟信号的数字化过程包括

抽样：在时间上将模拟信号离散化； 量化：在幅度上将模拟信号离散化； 编码：将抽样、量化后的信号转换为数
5
编码过程



编码：将抽样、量化后的信号转换为数字编码 脉冲。 抽样、量化后的信号还不是数字信号，需要把 它转换成数字编码脉冲，这一过程称为编码。 最简单的编码方式是二进制编码。具体说来， 就是用n比特二进制码来表示已经量化了的抽样 值，每个二进制数对应一个量化值，然后把它 们排列，得到由二值脉冲组成的数字信息流。
CH2
CH1 CH2 CH3
MUX
CH3 CH3
f
带宽复用信号
复用器
原带宽
移频后带宽
18
频分复用FDM（2）

具体方法




信道的带宽被分成若干相互不重叠的频段 （即信道），相邻信道之间设置防护频带； 每路信号经过调制后搬移到适当的频带上； 各路调制后的信号同时被传输； 接收端采用适当的带通滤波器将多路信号分 开； 解调，恢复原始基带信号。
43
码分复用



调制和解调 码分多址系统为每个用户分配了各自特定的 地址码，利用公共信道来传输信息。CDMA系 统的地址码相互具有准正交性，以区别地址， 而在频率、时间和空间上都可能重叠。 系统的接收端必须有完全一致的本地地址码， 用来对接收的信号进行相关检测。其他使用不 同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不 同而不能被解调。
11

两种情况


多路复用技术概述(2)

问题的提出

如何高效率地利用宽带介质？ 如何在低速物理介质上传输高速信号？
12
多路复用技术概述(3)

解决方案：采用复用技术；

多路复用的定义：为提高信道利用率，使
多个信号在同一信道传输而不互相干扰。
13
多路复用技术概述(4)

基本模型
1条物理链路，n个逻辑信道
多路电视信号可以在CATV电缆上被频 分复用； 接收端采用适当的带通滤波器将多路信 号分开。

21
FDM系统－－发送器
m1(t)
副载波 f1
s1(t)
m2(t)
副载波 f2
s2(t)
∑
mb(t)
发送器 fc
s(t)
复合基带信号
FDM信号
mn(t)
副载波 fn
sn(t)
22
FDM系统－－接收器
带通滤波器 f1
D/A
解码 解量化 解抽样
模拟
数字
模拟
数字
调制
解调
9
多路复用技术




基本概念 频分复用 时分复用 码分复用 波分复用
10
多路复用技术概述(1)

背景

传输介质带宽是固定的； 用户终端对介质带宽的需求是变化的。 物理介质带宽大于用户需求（传输介质资源 浪费） 物理介质带宽小于用户需求（无法正常通信）
25
时分复用

时分复用原理



利用各信号在时间上的不相互重叠达到在 同一信道上传输多路信号； 将整个信道传输信息的时间划分为若干时 间片（时隙），不同时隙分给不同的用户； 每路用户在自己的时隙内独占信道进行数 据传输。
26
时分复用

时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时 也叫同步时分复用。



2018/8/3
码分复用允许多路信号在信道的整个频带上同 时进行传输，各路信号在时域上和频域上都是 重叠的，那么，它是靠什么来区分各路信号的 呢？
பைடு நூலகம்41
频分复用以及波分复用（WDM）的各路信号在频域 上是各自分离的，在时域上则是重叠的，因此它们是 靠不同的频率来区分各路信号的； 时分复用正好相反，各路信号在在频域上则可能是重 叠的，在时域上则是分离的且交织轮转的，因此它是 靠不同的时隙来区分各路信号的；
44
码分复用

每一个用户有自己的地址码，这个地址码用于 区别每一个用户，地址码彼此之间是互相独立 的，也就是互相不影响的，但是由于技术等种 种原因，我们采用的地址码不可能做到完全正 交，即完全独立，相互不影响，所以称为准正 交，由于有地址码区分用户，所以我们对频率、 时间和空间没有限制，在这些方面他们可以重 叠。
8000 次/秒
125 m s
(1/8000 sec)
32
抽样值的时分复用过程
Analogue Signals
Ch 1
125 m s
(1/8000 sec)
Ch 2
30
Ch 3 Ch 4
4
3 2
1
4 3
1 30
2
Ch 30
One sample from channel 4
33
抽样值的量化过程
+127 +5 +4 +3 +2 +1 +0 -0 -1 -2 -3 -4 -5
6
抽样
xa(t)
0 0
t
n
x(n)
量化
n
编码
0110
0011 0011 0111 0110 1100 0010 0010 1001 1001
7
D/A变换

与A/D变换过程相反

首先经过解码过程，所收到的信息重新组成 原来的样值，最后再恢复成原来的模拟信号。
8
A-D 和D-A 转换
A/D
模拟 抽样 量化 编码 数字

思路


16
频分复用（FDM）（3）

利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分 割的方式同时在同一条线路上互不干扰地传输。
Frequency
User 2
User 3
User 1
17
频分复用

利用调制手段和滤波技术使多路信号以频率分割的方 式同时在同一条线路上互不干扰地传输。
CH1 CH1
CH2
8 bits 代表信道2的一个 抽样值
4
8 bits 代表信道3的一个 抽样值
8 bits
代表信道1的一个 抽样值
2
36
2Mbit/s PCM 的帧 (G.704)
1帧 = 125 us (256 bits)
Frame Alignment
时隙 1 - 15
Signalling
话音的抽样值 信道 1-15
s1(t)
解调器 f1
m1(t)
s(t)
接收器
mb(t)
带通滤波器 f2
s2(t)
解调器 f2
m2(t)
FDM信号
复合基带信号
带通滤波器 fn
sn(t)
解调器 fn
mn(t)
23
举例2：ADSL接入
SPLITTER
24
举例2：ADSL接入

在家庭用户一侧，POTS分线器(POTS Splitter) 用于电话和计算机信号的合成/分离，POTS是 Plain Old Telephone Service的缩写；ADSL Modem用于计算机信号与模拟信号之间的调制 /解调。NSP(网络服务提供商)一侧的核心部分 是DSLAM(数字用户线接入复用设备)，它实现 网络交换机/电话交换机与多条ADSL线路之间 的互连，逻辑上由多个POTS分线器和ADSL Modem组成。
MUX
DEMUX
n个输入
n个输出
复用模型

基本过程

2018/8/3
复用：复用器 传输：n个独立的信道 解复用：分用器
14
多路复用技术概述(5)

复用技术的特点

提高资源利用率
对管理与控制系统的要求更高 多个信号之间仍可能存在干扰
15


频分复用FDM（1）

适用情况

传输介质的有效带宽超出了被传输信号所要求 的带宽。 多路信号占据不同的频带，信号同时被运载； 将每个信号调制到不同的载波频率上。
字编码脉冲。
3
抽样过程

抽样：在时间上将模拟信号离散化。
奈奎斯特抽样定律：抽样频率fs要大于等于被抽样信号
最高频率fm的二倍，即fs≥2fm，则抽样后的样值序列可以不失
真地还原成原来的信号。
4
量化过程


抽样把模拟信号变成了时间上离散的脉冲信号，但脉冲的幅度仍 然是连续的，还必须进行离散化处理，才能最终用离散的数值来 表示。这就要对幅值进行舍零取整的处理，这个过程称为量化。 量化：在幅度上将模拟信号离散化；实际信号可以看成是量化输 出信号与量化误差之和，因此只用量化输出信号来代替原信号就 会有失真。
话音的抽样值 信道 16 - 30
时隙 17 - 31
时隙 0
(8 bits)
时隙16
(8 bits)
时隙 0
(8 bits)
Frame Alignment
37
E1-帧格式
时间片125 us = 32 时隙 = 2.048 Mbps
0 1 2
帧同步
用户话路
16
信令 用户话路
31
30 路话音数据(PCM数据) + 2 路控制


一路数字话音信号为64Kb/ s，一帧含有30路话音信号； 38 E1线路也可以用于计算机通信。
欧洲/中国、美国/日本的制式
欧洲
日、美
30 个信道 24 个信道 A-律
2.048Mbit/s 1.544Mbit/s
E1 T1 / DS1
m -律
39
2018/8/3
40
码分复用

码分多址接入（CDMA—Code Division Multiplexing Access）是与频分复用（FDM）和 时分复用（TDM）极不相同的另一类多路信号 共享信道的复用技术。
28

适用环境

2018/8/3
时分复用

同步时分复用TDM：每路数据总是使用每个时 间片的固定时隙，所以这种时分复用也称为同步 时分复用。

用于电路交换（PSTN ）； 位置化信道：依据数字信号在时间轴上的位置区别各 路信号；

统计时分复用STDM：TDM的缺点是某用户无数据
发送，其他用户也不能占用该时隙，将会造成带宽 浪费。