通信原理之多路复用和多址技术
多路复用的基本原理
多路复用的基本原理多路复用是计算机网络中的一种通讯技术，它是指在同一个物理通讯通道（例如一条网络电缆或光纤），在同一时间内，同时传输多个独立的信号，实现多个通讯线路共享一个物理通讯通道的方法。
多路复用使得网络使用率大大提高，提高了网络的可靠性和性能。
本文将从多路复用的基本原理入手，详细阐述多路复用的原理、分类、实现、优缺点以及应用场景。
一、多路复用的原理在计算机网络中，假设有多个用户A、B、C、D，需要同时与网络服务器通信，而服务器只有一条物理链路，如果每个用户都从服务器上获取一条物理链路，那么服务器的物理链路就会被占用。
于是，多路复用技术就有了应用的基础。
多路复用的原理是将多个用户的数据流复用在同一物理通讯线路上，形成一个混合流向目标地址传输。
在服务器端，对来自每个用户的数据进行分类处理，将它们区分开来，并打上标记码，发送到混合流中。
在客户端接收到混合流后，对它进行解复用，将其区分开来，并根据标记码将数据还原到原来的各自的用户数据流。
如下图所示：二、多路复用的分类多路复用根据传输数据的特点和处理方法，可以分为如下两种类型：1、频分多路复用（FDM）频分多路复用是将信号在频域上分成不同的频带，不同频带内的信号被分别转换成数字信号，再将数字信号按不同频率排列，通过调制传输到接收端，接收端采用解调的方法将各个频率上的数据恢复为原数据，实现多路复用。
在频分多路复用中，各个用户占用频带的带宽是相等的，但也有可能因为传输距离和信号衰减等原因导致传输质量的不均衡。
常用于有线电视信号传输。
2、时分多路复用（TDM）时分多路复用是将信号在时间域上分隔开，按不同时间段分配给不同通道，从而实现多路复用。
时分多路复用中，各个用户占用时间段的时间是相等的，但数据量不一定相等，需要在传输过程中进行适当的压缩和解压缩。
常用于数字电话、网路等数据传输。
三、多路复用的实现多路复用的实现需要网络的发送方和接收方都支持多路复用协议。
OFDM原理与应用_第八章
第八章 OFDM 多址接入技术
由于扩频后的信号带宽被限制在一个子带之内，因此它适用于上行 通信链路。
Cu (t )
Cu (t )
Cu (t )
图 8-7 MC/DS-CDMA 示意图
第八章 OFDM 多址接入技术
MT-CDMA 也利用给定扩频序列在时域内扩展经串/并转换后的数据流。 但是与一般的 DS-CDMA 相比，MT-CDMA 采用与载频数成比例的长扩频 序列。 在这种方案中，每个子载波的频谱不再满足正交状态。 2. 频域扩频 MC-CDMA 系统采用频域扩频的方式。 其基本过程是： 每个信息符号由一 个特定的扩频码片进行扩频，然后将扩频以后的每个符号调制到一个子 载波上； 因此，若扩频码的长度为 N ，那么对应这 N 个子载波传输的是相同 的信息数据。
第八章 OFDM 多址接入技术
8.1 OFDM 的多种接入方式 四种多用户通信系统 第一类多用户通信系统采用多址通信技术，即大量用户通过使用一 个公用通信信道向相同的接收机发送信息， 典型案例：移动蜂窝通信系统——某一个小区中的若干用户能够 向该小区的公共基站发送信息。 第二类多用户通信系统是一个广播网络； 在这类系统中，一个单独的发射机向多个接收机发送信息。 典型案例：公共无线电和电视广播系统。 第三类多用户通信系统是存储-转发网络；
第八章 OFDM 多址接入技术
四种主要的多址接入技术 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA） OFDM 和多址技术的结合能够允许多个用户同时共享有限的无线频谱， 从而获得较高的系统容量。 OFDM-FDMA（OFDMA） ； 跳频 OFDMA。 OFDM-TDMA； 多载波 CDMA；
通信原理_第6章信道复用和多址技术.
特点：简单，信道利用率低,不稳定。最大吞吐量仅为容 量的18.4%。
各种ALOHA方案网络吞吐量 S与提供负载 G的关系如图。
具有捕获效应的S-ALOHA 0.54
归一化信道吞吐量(S)
0.45 0.36 0.27 0.18 0.09 0.00 0.00 0.5
(a) 工作示意图。4个地球站，其中一个为基准站。
基准站任务：为其他各站发射定时信号。基准站也可由某一地球站兼 任。帧周期(帧)：所有地球站在卫星内占有的整个时间间隔。 分帧（子帧）:每个地球站占有的时隙帧。 (b) 帧结构。帧周期为125μs）或其整倍数。 帧:由所有分帧和一个基准站分帧组成。分帧的长度可以一样也可以 不一样。由前置码和数据两部分组成。
在FDMA中，是指各地球站占用转发器的频段；
在TDMA中，是指各站占用的时隙；
在CDMA中，是指各站使用的正交码组。
20/48
6.3.1 频分多址
FDMA按频率划分，把各站发射的信号配置在卫星频带内 的指定位置上,各中心频率留有保护频带。 示意图。
保护频带
转发器频带分配
f A fB
3/48
6.1.1 频分复用
低通滤波器 调制器 MOD 带通滤波器 BPF 带通滤波器 BPF 解调器 DEM 低通滤波器 LPF
f1 (t )
LPF
f1 (t )
01
f 2 (t )
消息输入 LPF MOD BPF
f S (t )
主调制器 MOD 信道 主解调器 DEM BPF
波分复用的两波道间隔为10 ~ 100nm。当间隔为1 ~ 10nm， 甚至1nm以下时，称为密集波分复用（DWDM）。
通信原理名词解释
通信原理名词解释通信原理是指在信息传输过程中所遵循的基本规则和原则，包括信息的产生、编码、传输、解码和接收等环节。
下面将对通信原理中的一些重要名词进行解释。
一、调制解调器（Modem）调制解调器是通信中的一种设备，用于将数字信号转换成模拟信号以进行传输，同时也负责将接收到的模拟信号转换成数字信号。
调制解调器是数字通信与模拟通信之间的桥梁，广泛应用于电话线、有线电视和移动通信等领域。
二、编码解码（Encoding/Decoding）编码解码是通信中的关键步骤，用于将信息从一种形式转换成另一种形式，以便在传输过程中能够准确地传递并在接收端恢复原始信息。
常见的编码解码方式包括二进制编码、曼彻斯特编码和差分编码等。
三、带宽（Bandwidth）带宽是指通信信道中能够传输的频率范围，通常以赫兹（Hz）为单位表示。
带宽越大，信道传输的信息量越多，传输速度也越快。
带宽在通信系统设计和优化中起到重要作用，能够决定信号的传输能力和质量。
四、信噪比（Signal-to-Noise Ratio）信噪比是指在通信过程中信号与噪声的比值，用于衡量信号的清晰度和可靠性。
信噪比越高，意味着信号的强度相对于噪声更大，通信质量也越好。
信噪比是评估通信系统性能的重要指标，在信号处理和电信网络设计中被广泛应用。
五、调制方式（Modulation）调制方式是指将原始信号与载波信号进行合成的过程，用于改变信号的频谱特性。
常见的调制方式包括调幅（Amplitude Modulation）、调频（Frequency Modulation）和调相（Phase Modulation）等。
不同的调制方式可以适应不同的通信场景和需求。
六、多路复用（Multiplexing）多路复用是指在有限通信资源内同时传输多个信号的技术，可以提高通信系统的利用率。
常见的多路复用方式包括时分复用（Time Division Multiplexing）、频分复用（Frequency Division Multiplexing）和码分复用（Code Division Multiplexing）等。
通信系统中的多路复用技术介绍
通信系统中的多路复用技术介绍多路复用技术指的是在通信系统中，通过将多个信号合并在一个信道中传输，以提高通信信道的利用率和传输效率的一种技术。
它可以将不同用户的信号同时传输在同一个信道中，从而实现多个用户同时进行通信。
下面将详细介绍多路复用技术的原理和步骤。
一、多路复用技术的原理1. 频分多路复用（FDM）：将传输信道频带划分为若干个不重叠的子信道，每个子信道用于传输一个用户的信号。
通过控制每个子信道的带宽，可以使不同用户之间的信号不会相互干扰。
2. 时分多路复用（TDM）：将传输信道的时间分成若干个时隙，每个时隙用于传输一个用户的信号。
用户的信号在不同的时隙进行传输，通过控制每个用户的传输速率，可以实现多用户同时传输。
3. 统计多路复用（SDM）：根据用户的传输需求和信道的使用情况，动态地分配信道资源。
当用户的传输需求较小或者其他用户没有传输时，可以将信道资源分配给其他用户使用。
二、多路复用技术的步骤1. 信号接入：将不同用户产生的信号接入到通信系统中。
用户的信号可以通过不同的方式接入，如数字化后通过信号结构器输入、模拟信号通过模数转换器转换为数字信号后输入等。
2. 信号编码：对每个用户的信号进行编码。
编码可以使得不同用户的信号在传输过程中相互独立，不会相互干扰。
常见的编码方式有频分编码、时分编码等。
3. 多路复用：将各个用户的信号按照多路复用技术的原理进行合并。
例如，对于频分多路复用技术，可以将每个用户的信号经过调制后分配到不同的频带中；对于时分多路复用技术，可以将每个用户的信号按照时间顺序分配到不同的时隙中。
4. 信号传输：将多路复用后的信号通过信道传输。
传输过程中需要保持信号的完整性和准确性，避免信号受到干扰或衰减。
5. 信号分解：在接收端，将传输的信号进行分解，分离出各个用户的信号。
分解可以使用与多路复用技术相对应的解复用技术，如频分解复用、时分解复用等。
6. 信号解码：对分离出的每个用户的信号进行解码。
通信原理有关的技术
通信原理有关的技术以下是与通信原理相关的一些技术：1. 调制解调技术（Modulation and Demodulation）：将数字信号转换为模拟信号进行传输，然后再将模拟信号转换回数字信号。
2. 多路复用技术（Multiplexing）：将多个信号通过不同的方式在同一传输介质上传输，以提高信道利用率。
3. 频分多址技术（Frequency Division Multiple Access）：将可用频带划分为不同的频道，每个用户在不同的频道上传输数据。
4. 时分多址技术（Time Division Multiple Access）：将时间划分为不同的时隙，不同用户在不同的时隙上传输数据。
5. 码分多址技术（Code Division Multiple Access）：通过在发送端使用不同的扩频码，将多个信号叠加在同一频带上传输。
6. OFDM技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）：将高速数据流分为多个低速子载波，并在不同的子载波上传输数据。
7. 奈奎斯特采样定理（Nyquist Sampling Theorem）：根据信号的带宽进行恰当的采样，以有效还原原始信号。
8. 射频识别技术（Radio Frequency Identification）：使用射频通信进行身份识别、物品追踪等应用。
9. 卫星通信技术（Satellite Communication）：利用地球轨道卫星来传输长距离通信信号。
10. 光纤通信技术（Fiber Optic Communication）：使用光纤作为传输介质，通过光信号传输数据。
11. 无线通信技术（Wireless Communication）：使用无线电波进行数据传输，如蜂窝通信、Wi-Fi、蓝牙等。
12. 码型技术（Modulation Coding）：将数字比特流转化为符号序列，通过对不同编码方式的选择来提高传输效率和可靠性。
第七章 多路复用和多址技术
＝256bit，因此，传码率为 2568000 2.048M 波特，信息速率
为 2.048Mbit/s。
PCM 30/32路系统的一帧
❖ 前面讨论的7P.C3M.530P/3C2路M和高P次CM群24系路时统分多路系统，
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PCM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PCM高次群系统。 CCITT推荐了两种一次、二次、三次和四次群的数字等 级系列，如表7.3-1所示。 ❖ 表7.3-1所示的复接系列具有如下优点： ❖ 易于构成通信网，便于分支与插入。 ❖ 复用倍数适中，具有较高效率。 ❖ 可视电话、电视信号以及频分制载波信号能与某一高次 群相适应。
图7-8 基于PCM30/32路系列的数字复接体制
7.3.6 SDH的提出
对传输的新要求，必须从技术体制上对传输系统进行根本的改革，为此，CCITT 制订了TDM制的150Mb/s以上的同步数字系列（SDH）标准。它不仅适用于光纤 传输，亦适用于微波及卫星等其它传输手段。它可以有效地按动态需求方式改变 传输网拓扑, 充分发挥网络构成的灵活性与安全性， 而且在网路管理功能方面大 大增强。数字复接系列（同步数字系列）如表7.3-2所示。
[例7.3.1]
❖ 对10路最高频率为3400Hz的话音信号进行TDM-PCM传 输，抽样频率为8000Hz。抽样合路后对每个抽样值按照 8级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形 脉冲，且占空比为0.5。计算TDM-PCM基带信号的第一 零点带宽。
[例7.3.2]
[例7.3.3]
通信原理思考题答案
通信原理思考题答案1. 什么是通信原理？通信原理是指通过某种媒介将信息从一个地方传输到另一个地方的基本原理。
在现代社会，通信原理已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，无论是手机通讯、互联网传输还是无线电广播，都是基于通信原理实现的。
2. 通信原理的基本原理是什么？通信原理的基本原理包括信号的产生、调制、传输、解调和接收等环节。
首先，信号的产生是指将要传输的信息转换成电信号或者无线电信号。
接着，通过调制将信号转换成适合传输的形式，比如将模拟信号转换成数字信号。
然后，信号通过传输介质传输到接收端，经过解调将信号还原成原始信息。
3. 通信原理中的调制技术有哪些？常见的调制技术包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等。
幅度调制是通过改变信号的幅度来实现信息的传输，频率调制是通过改变信号的频率来传输信息，而相位调制则是通过改变信号的相位来传输信息。
4. 通信原理中的传输介质有哪些？通信原理中常见的传输介质包括有线传输介质和无线传输介质。
有线传输介质包括电缆、光纤等，而无线传输介质则包括无线电波、红外线等。
不同的传输介质适用于不同的通信场景，有线传输介质适用于固定通信，而无线传输介质适用于移动通信。
5. 通信原理中的信道编码有什么作用？信道编码是为了提高通信系统的抗干扰能力和纠错能力而采用的一种技术。
通过信道编码，可以在传输过程中对信号进行编码和解码，从而提高信号的可靠性和稳定性，减少传输过程中的误码率。
6. 通信原理中的多路复用技术有哪些？多路复用技术是指将多个信号通过同一个传输介质进行传输的技术。
常见的多路复用技术包括时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDM）等。
这些技术可以有效地提高传输介质的利用率，实现多个信号同时传输。
7. 通信原理中的调制解调器有什么作用？调制解调器是通信系统中的重要设备，它可以将数字信号转换成模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号转换成数字信号。
通信原理与应用第7章 复用技术
在选择载频时，既应考虑到每一路已调信号的频谱宽度 fm ，还应留有 一定的防护频带 fg 。为了各路信号频谱不重叠，要求载频间隔为：
fs fc(i1) fci fm f g
i 1,2,L , n
（7-1）
式中f ci和f c(i 1) 分别为第 i 路和第（i+1 ）路的载波频率； fm 是每一路
一个帧125s（含32时隙） TS0 TS1 TS2 。。。 话路时隙 同步时隙 1 0 0 1 1 0 1 1 偶帧 F0 0 0 0 信令时隙 0 1 A2 1
复帧 对告
TS15
TS16
TS17
。。。 话路时隙
TS30 TS31
一个话路 1 D1 D2 D3 D4 D5 D6 D7 D8
帧同步码 留给国际通信用， 或用于CRC校验， 1 1 A1 1 1 1 1 1 奇帧 留给国 内通信用 F1 a
2. 不可避免地出现路间干扰，主要原因是系统中存在
非线性。
例如，多路信号通过公用的放大器时，由于非线性失真
会引起各路信号频谱交叉重叠，存在路间干扰，在传输语 音信号时产生可懂串话。
5
7.2 时分复用（TDM）
时分复用是指多路信号共用同一信道，占用相同的信道带宽， 只是在不同的时间段传送。
图7.3 PCM时分多路复用示意图
③码分复用（CDM），对多路数字信号扩频并选用不同的正交码组；
④多址复用方式（DMA），所谓多址通信是指不同地址的多个用户共享 信道资源（如无线电频谱）实现各用户之间相互通信的一种方式。
2
7.1 频分复用
频分复用——在发送端利用不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。常用的调制是单边带调制，可以有效 地提高频带利用率。
第九章-多路复用和多址接入
高速率数字流的过程或方式。常见的复接方式是按位 复接和按字复接。
按位复接：简单易行，且对存储器容量要求不高。其缺点是 不利于信号交换。
按字复接：有利于数字电话交换，但要求有较大的存储容量。
复接方式举例：
PCM30/32基群(1)
PCM30/32基群(2) PCM30/32基群(3) PCM30/32基群(4)
9.4 时分多路复用(TDM)：
时分多路复用：将一条物理信道按时间分成若干个时 间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用 的一个信号占用。这样，利用每个信号在时间上的交 叉，就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。 时分多路复用不仅限于传输数字信号，也可同时交叉 传输模拟信号；但是主要用于传输数字信号。 TDM分类： （1）同步时分复用：时分方案中的时间片是预先分配好， 且是固定不变的。 （2）异步(统计)时分复用：允许动态地分配传输介质的 时间片。
缺点：
FDM应用举例1：
模拟电话系统： FDM最典型的应用就是话音信号频分多路载波通信 系统。滤波器将每个话音通道的带宽限制在3000Hz左 右。当多个通道被复用在一起时，每个通道分配 4000Hz的带宽，以便彼此频带间隔足够远，防止出现 串音。
FDM举例：
模拟电话网采用频分复用体系，是一个分级体系 结构，由基群(Group)、超群(Supergroup)、主群 (Mastergroup)和巨群(Giantgroup)等组成。
96
480 672 1440 4032 5760 8064
T–4
97.728（日本） 274.176（北美）
T－5
通信原理-信道复用与多址技术
应用场景选择
• 码分复用适用于保密性要求高的场景。
应用场景选择
01
多址技术
02 频分多址适用于用户数量较少、对频率资 源需求大的场景。
03
时分多址适用于用户数量较多、对时间资 源需求大的场景。
04
码分多址适用于用户数量大、对保密性要 求高的场景。
发展趋势分析
信道复用与多址技术的融合
随着通信技术的发展，信道复用与多址技术呈现融合趋势，以提高频谱利用率 和系统容量。
详细描述
码分复用通过分配不同的扩频码型给不同的用户或数据流，实现多个信号在同一信道上的传输。每个信号使用独 特的扩频码型进行调制，从而实现多路复用。由于不同的码型之间具有正交性，因此可以有效地实现信号的分离 和识别。
02
多址技术
频分多址
频分多址（Frequency Division Multiple Access， FDMA）是一种通信方式，它将通信频带分成若干个小的 频带，每个用户占用一个子频带进行通信。 FDMA通过将频带分割成多个小的频带，可以支持多个用 户同时进行通信，提高了频谱利用率。
01 频分多址（FDMA）：不同用户占用不同频率。 02 时分多址（TDMA）：不同用户在不同时间占用
同一频率。
03 码分多址（CDMA）：不同用户使用不同的码型 占用同一频率。
应用场景选择
信道复用技术
频分复用适用于带宽需求大、信号特性差异明显 的场景。
时分复用适用于对实时性要求高、信号特性相近 的场景。
计算方法
复用增益可以通过比较单路传输和多路传输 的系统性能来计算。具体而言，可以通过比 较不同用户数下的总传输速率和单路传输速 率来计算复用增益。
复用增益与信道容量的关系
通信原理的讲义第十一章复用
故，在乘积之后，信号的带宽便拓宽了， 这就是扩频。
可见，扩频后信号的功
率在原信号带宽的功率
原信号频谱
内低于原信号。
扩频后信号频谱 这对于军事上的应用非
常重要，即使得我方的
通信信号不易被敌方检
W频率
测到。
扩频的另外一个特点是抗干扰：
窄带噪声
扩频后信号
W频率 经过解扩之后
原信号
窄带噪声带宽展
W频率
i 为第i 路信号及特征波形的时延参数， i 为第i 路信
号的相位参数， wc 为载波频率。 现考虑用 ck (t ) 特征波形对第k 路信号实现解扩，可
认为此时在第k 路上，接收端已实现同步。即此时可认 为， k 0 ， k 0
用2ck (t ) cos( wct ) 去乘s(t ) 得
第十一章 复用
复用又称多址或多路。
通信中复用的本质是：在同一信道上允 许多路信号同时传输。
目前复用技术主要包括：FDM/FDMA频 分复用/多址（波分复用）、TDM/TDMA 时分复用/多址、CDM/CDMA码分复用/ 多址。
11.1 频分复用/波分复用
所谓频分复用，就是用不同的频率传送 各路消息，以实现通信。
滤 去 2wc 信 号
r1 ( t )
dk
(
t
)
c
2 k
(
t
)
N
d i ( t i ) c i ( t i ) c k ( t ) cos( i )
i1,i k
将 r1(t) 在（0，T）上做积分，得 T 时刻接收机输 出为
T
D (T ) t 0 r1 (t )dt
多路复用技术与多址技术
另一个电话号码之上。 这种转移又可有下列几种情 况: 移动台遇忙时转移; 在一定时间内移动台无应答 转移; 移动台没有在网络中登记转移以及无条件转 移。 2. 呼出限制 用户可以从移动台 (手机或车台 ) 上启用或关闭此项业务。 有以下3种限制情况: 限制所 有的呼出; 限制国际呼出; 限制所有的长途呼出, 但除 了母局所在的公 共移动网。 3. 呼入限制 此项功能使用户阻止呼入信号, 以 节省不必要的话 费 ( 移动电话 是双向计费的 )。 它可分 为两种情况: 阻止所有的呼入; 当漫游到归属局以外 的地区时阻止呼 入信号。 4. 呼叫等待 当用户已经建立呼叫时, 对于新进 入的呼叫给用户一个提示, 用户可以接受、 拒绝或不 理睬等待的呼叫 。 5. 呼叫保持 当用户已接受并建立了一个呼叫 时, 可使其暂时中断去做其他工作, 如接受后一个呼
在通信系统中, 降低传输 设备的造价和充分利用频率 资源是很重要的问题。 多路复 用技术和多址技术正是针对 上述问题而提出 的。 一、 多路复用技 术 多路复用技术是使各路 信息共用一个传输信道的技 术。 它使两个通信站之间利用 一个信道同时传送多路信息 而互不干扰, 充分利用了信道 容量, 使单路信息传输成本大 大降低。 常用的多路复用技术 是频分多路复用 (FDM )和时 分多路复用 (TDM )。 多路复 用技术既可用于有线通信, 又 吴树祥 可用于无线通信 。 1. 频分多路复用 频分多路复用是各路信号分别占用信道的不同 频率范围, 图1是频分多路复用系统原理示意图。 在发 送端, 每路信号 mi (t )选一个副载波f i , 用 mi (t )对f i 进行调制, 可用任何一种调制方式, 产生的信号再综 合成一个复合信号mc ( t ), 见图1 (a )。 应适当选择f i , 使各路信号频谱互不重叠。 只要复合信号总带宽小于
第八章 复用与多址技术
2020年3月31日星期二
8.1 复用
➢ 复用：是指把多路信号复合在一起、共同占用 公用信道进行传输的技术。
➢ 复接：在发送端把信号综合在一起的过程。 ➢ 分接：在接收端把综合的信号分开的过程。 ➢ 【说明】
实际的通信系统是一个庞大的通信网，有众 多的用户信号需要同时传送，因而需要采用复 用技术，以实现大容量的传输。
第八章 复用与多址技术
➢ 多路复用技术和多址技术都是现代通信技术 中最重要和最基本的概念之一。它们的基本原 理相近，而应用目的不同。
➢ 多路复用技术用于多路信号的集中传输，多址 技术则用于多路信号在一个网络系统中的选址 通信。
➢ 【例】 ❖复用——单身聚会（集中） ❖多址——婚姻介绍（牵线）
数字通信原理
➢ 时分多路复用
（Time-division multiplexing ～TDM）
➢ 码分多路复用
（Code-division multiplexing ～CDM）
等。
数字通信原理
2020年3月31日星期二
8.2 频分复用技术（FDM）
➢ 所谓频分复用，是指信道的可用频带被分为若 干个互不交叠的频段，各信号同时使用信道， 但是占用不同的频段。
数字通信原理
2020年3月31日星期二
【例】多路载波传输系统组群方案
分群等级
基群 超群 主群 超主群 12MHz 60MHz
容量（路数）
带宽（KHz ）
12 60=5 x 12 300=5 x 60 900=3 x 300 2700=3 x 900 10800=12 x 900
48 240 1200 3600 10.8MHz 43.2MHz
2020年3月31日星期二
lte工作原理
lte工作原理LTE（Long Term Evolution）是一种无线通信技术，它的工作原理是通过无线电频谱将数据传输到移动设备。
LTE使用了OFDM（正交频分多路复用）技术，它将数据划分为多个低速数据流，然后将其在不同子载波上传输，以提高传输效率和减少干扰。
LTE的工作原理如下：1. 频率分配：LTE使用多个频带来提供更高的数据传输速度和更好的网络覆盖。
通常情况下，频谱被划分为多个子载波，并分配给不同的用户进行数据传输。
2. 封帧和多址技术：数据被分成小的数据包，并通过分组技术封装为数据帧。
每个数据帧都有特定的标识符，以确保正确接收和处理。
同时，LTE利用多址技术，使得多个用户可以同时传输和接收数据，提高了网络的容量和吞吐量。
3. 调制和解调：在数据发送之前，LTE使用调制技术将数字数据转换为调制信号，然后通过无线信道传输。
接收端通过解调技术将接收到的无线信号还原为原始数据。
4. MIMO技术：LTE采用MIMO（多输入多输出）技术，通过在发射端和接收端使用多个天线，实现在同一频谱上进行多个数据流的传输。
这不仅提高了数据传输速度，还增加了网络的可靠性和稳定性。
5. QoS（服务质量保证）：LTE支持多种不同类型的数据传输服务，如实时语音通话、视频流媒体和互联网数据传输等。
通过对不同类型数据的优先级进行管理和调度，以确保其获得适当的带宽和延迟。
总的来说，LTE通过利用OFDM技术、频率分配、封帧和多址技术、调制解调、MIMO技术和QoS等手段，实现了高速、可靠且高容量的无线数据传输。
它是移动通信领域的重要技术之一，为我们提供了更快速、更稳定的移动通信体验。
卫星通信导论上课课件-第3章-多址技术
2021/3/28
11
FDMA的非线性效应
• 频谱扩展:相邻信道干扰; • 交调（IM） 谐波:邻近业务信道的干扰。
交调干扰主要是由行波管放大器的非线性特性引起的。 FDMA的一个卫星转发器的功率放大器,可以同时放大多个 载波信号(几个、十几个甚至几百个载波) 。 目前卫星转发器 的功放级大都采用行波管放大器(TWTA),其单载波饱和输出 功率为5~40瓦,功率增益为30~40dB左右。多载波是为了充分 利用转发器资源,但是多载波工作却妨碍了卫星功率的有效 利用。在卫星转发器中,作为功放级的TWTA,是一个非线性 放大器,它的幅度特性是非线性的,它的相位特性具有调幅－ 调相变换作用(简写为AM—PM变换)。
1934 1938 1942* 1946*
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保护频带
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图3-1 FDMA的地球站框图
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频谱实际占用度
• 令表示转发器带宽的实际占用 比例,那么设转发器带宽的dB表 示为[BTR],单载波带宽的dB表示 为[Bc],K为FDMA载波数。有K= BTR / Bc
波 情况下的下行链路C/N值,并比较有没有功率“压缩”下
该 FDMA系统中可以容纳的载波数。假设可以忽略上行链 路解噪:转声发和器交带调宽噪的声dB,只表考示虑为单[B载TR波],单时载的波C/带N值宽。的dB表示为 [Bc],假设K为载波数。
[C/N]=[EIRP]+[G/T]-[L]+[K]-[BTR]
信息数据
保护比特
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TDMA帧的基本组成
• 基准站相继两次发射基准信号的时间间隔叫 做一帧,在一帧内有一个基准分帧和若干信息 分帧,每个分帧占据一个时隙,基准分帧由基准 站的突发信号构成;信息分帧由地球站的突发 信号构成。
复用与多址技术
频分多址（FDMA）
在频分多址中，不同地址的用户占用不同的频率 （即采用不同的载波频率），通过滤波器选取信号 并抑制无用干扰，各信道可同时使用。 频分多址技术比较成熟，早期的模拟移动电话系统 均使用这种方式。因为各个用户使用不同频率的信 道，所以用户容量有限。
时分多址（TDMA）
在时分多址中，不同地址的用户占用同一频带的同 一载波，但占用的时间不同。各用户只在规定的时 隙内（一个时隙称为一帧）以突发的形式发射它的 已调信号，各用户信号在时间上是严格依次排列、 互不重叠的。 时分多址通信系统是一种数字传输系统，现在的移 动通信系统多数都采用这种多址技术。显然，在可 用频段数相同的情况下，采用时分多址技术比频分 多址技术能容纳更多的用户。但时分多址通信系统 需要精确定时和同步，以保证各用户发送的信号不 会发生重叠。
多址技术
多址技术广泛应用于无线通信，它是指把处于不同 地址（如手机号码）的多个用户接入一个公共传输 媒质，使多对用户同时进行通信的技术。 多址通信的目的，是为了实现多用户系统中的指定 连接。 目前已应用的多址技术，主要有频分多址 （FDMA）、时分多址（TDMA）和码分多址 （CDMA）等。
频分复用技术（FDM）
频分复用的优缺点
优点 有效减少多径及频率选择性信道造成接收端误码率 上升的影响 接收端可利用简单一阶均衡器补偿信道传输的失真 频谱效率上升 缺点 传送与接收端需要精确的同步 对于多普勒效应频率漂移敏感 峰均比高 循环前缀（Cyclic Prefix）造成的负荷
时分复用技术（TDM）
时分复用技术（time-division multiplexing, TDM, TDMA）是将不同的信号相互交织在不同的 时间段内，沿着同一个信道传输；在接收端再用某 种方法，将各个时间段内的信号提取出来还原成原 始信号的通信技术。这种技术可以在同一个信道上 传输多路信号。 为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输 往往采用多路复用通信的方式。这里所谓的多路复 用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个 话音信号的技术，有时也将这种技术简称为复用技 术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时 分复用以及码分复用等。
简述多路复用技术的原理及分类
简述多路复用技术的原理及分类多路复用技术是一种将多个数据流合并到一条通信线路上的技术，以提高通信效率。
在传输数据时，多路复用技术可以将多条数据流混合在一起，同时通过一条传输线路来传输，这样可以节省通信线路的数量，降低通信成本，提高通信效率。
本文将分步骤对多路复用技术的原理及分类进行简述。
一、多路复用技术原理1.1 硬件多路复用硬件多路复用是指在物理层面上使用多路复用技术，将多条数据流合并成一条物理链路上进行传输。
硬件多路复用需要使用专用硬件进行实现，如交换机、路由器、网桥等设备，这些设备可以将多个物理信道合并成一个物理信道，同时，它们也可以从一个物理信道中提取多个数据流，路由这些数据流并将它们发送到它们应该到达的位置。
1.2 软件多路复用软件多路复用通过在应用层上创建虚拟通道来使用多路复用技术，将多条数据流混合在一起，在运输层及其以上的层面上实现多路复用技术，应用于网络编程及其他应用场合，这种方式不需要专用硬件，仅仅需要在应用层上实现多路复用技术。
二、多路复用技术分类2.1 时分复用（TDM）时分复用是指在多路复用技术中，将单独的数据流分配在一个特定时间段中，在对它进行混合以进行传输。
在这种方式下，每个数据流只有在其特定的时间段才能传输数据。
时分复用通常使用于语音电话系统或其他实时数据传输系统，每条通路都有自己的时隙，所有通道共享相同的带宽，依据每个通道所占的时隙数不同，计算出共享带宽的大小。
2.2 频分复用（FDM）频分复用是指在多路复用技术中，将多条数据流分配在不同的频段和通道中，在对它们进行混合以进行传输。
这种方式下，不同数据流的传输速率可以不同，每个通道在不同的频带中工作。
频分复用通常用于广播电视系统中，其中每个电视频道都有自己的频段，这些频段之间不会发生干扰。
2.3 码分复用（CDMA）CDMA是一种数字多路复用技术，它将多条数据流编码成不同的数字模式，这些模式被发送到共享同一频段的多个用户。
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9.3 时分复用(TDM)
基本原理见下图。
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s1(t) 低通1
低通1
s1(t)
s2(t) si(t) sN(t)
低通2
N
低通 N
信道
N
同步旋转开关
低通2
s2(t)
低通
sN(t)
N
时分多路复用原理
32个时隙
TS31 TS30 TS29 TS28 TS27 TS26 TS25 TS24 TS23 TS22 TS21 TS20 TS19 TS18 TS17 TS16 TS15 TS14 TS13 TS12 TS11 TS10 TS9 TS8 TS7 TS6 TS5 TS4 TS3 TS2 TS1 TS0
偶帧TS0
*0011011
帧同步码
奇帧TS0
* 1 A1 1 1 1 1
保留
话路(CH1 ~ CH15)
TS16 信令
8 bit
(1 bit = 488.3ns)
话路(CH16~CH30)
8 bit
(1 bit = 488.3ns)
22
• 随路信令：
帧
比特
1 2345 6 7 8
钟统一和定时问题。
6
9.1 概述
三、多址接入
• 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。
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9.2 频分复用(FDM)
• 方法：采用SSB调制搬移频谱， 以节省频带。
• 3路频分复用电话通信系统原理:
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五次复用
4路 139.264 Mb/s
复用 设备 五次群
四次复用
565.148
Mb/s
1
复用
4路 34.368 Mb/s
三次复用 4
设备 四次群
139.264 Mb/s
1
4路 8.448 Mb/s
4 二次复用
复用 设备 三次群
34.368
1
Mb/s
4路 2.048 Mb/s
复用
低通
4 kHz
f1 相乘
3400 Hz
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
10
9.2 频分复用(FDM)
• 国际电信联盟(ITU)建议：
基群--12路; 占用48 kHz带宽; 位于12 ～ 60kHz之间.
s1(t)
信号s (t)的采样
s2(t)
1
T/N
时隙1
T+T/N
2T+T/N
3T+T/N
信号s (t)的采样
2
1帧
旋转开关采集到的信号
15
9.3 时分复用(TDM)
• 基本条件：
－－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；
－－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；
12 kHz
1
16 kHz 20 kHz
2
3
4 kHz
56 kHz
12
12路群的频谱图
f (kHz)
11
9.2 频分复用(FDM)
超群--由5个基群组成; 60路; 占用240 kHz带宽;
主群--由10个超群组成; 600路。
12
9.2 频分复用(FDM)
•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；
通信原理之多路复用和多址 技术
主要内容
➢ 9.1 概述 ➢ 9.2 频分复用 ➢ 9.3 ➢ 9.4 码分复用 ➢ 9.5 多址技术 ➢ 小结 ➢ 思考题、习题
2
9.1 概述
一、多路复用
• 目的：在一条链路上传输多路 独立信号
• 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）
8
9.2 频分复用(FDM)
话音输入1
300 ~ 3400 Hz
低通
相乘
4.3 ~ 7.4 kHz
带通
话音输入2
300 ~ 3,400 Hz
低通
4 kHz
f1
8.3 ~ 11.4 kHz
相乘
带通
话音输入3
300 ~ 3,400 Hz
低通
8 kHz
f2
相乘
带通
12 kHz
f3
(a) 发送端原理方框图
6.312
T
T -3
体 T –4
系
32.064（日本） 44.736（北美） 97.728（日本） 274.176（北美）
T－5
397.200（日本）
560.160（北美）
路数（路 64kb/s） 30 120 480
1920 7680
24 96 480 672 1440 4032 5760 8064
3
9.1 概述
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
9.1 概述
• 3种多路复用新方法： 空分复用(SDW) 极化复用(PDW) 波分复用(WDM)
5
9.1 概述
二、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 ：多路TDM信号 时
4
设备 二次群
8.448
1
PCM
Mb/s
复用设
30
备 一次群
(30路 64 kb/s)
2.048 Mb/s
图9.3.2 E体系结构图
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• PCM 一次群的帧结构：
1帧 125s
1复帧＝16帧
F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
9.3.1 准同步数字体系(PDH)
• E体系：我国大陆、欧洲采用； • T体系：美国、日本等地采用。
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层次
比特率（Mb/s）
E -1
2.048
E9.3.1E -准2 同步数字8.448
体体 系(EP- D3 H)
34.368
系 E-4
139.264
E -5
565.148
T -1
1.544
T -2
多路信号输出
基带语音 4 kHz 信号
8 kHz
12 kHz
0 300 – 3,400 Hz 4.3 – 7.4kHz
8.3 – 11.4 kHz 12.3 – 15.4 kHz
f9
9.2 频分复用(FDM)
多路信号输入
4.3 ~ 7.4 kHz
带通
8.3 ~ 11.4 kHz
带通
相乘
3400 Hz
－－成本较高。
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9.3 时分复用(TDM)
• 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，更适合采用集
成电路实现； －－生产成本较低，具有价格优势。
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9.3 时分复用(TDM)
• 国际电信联盟(ITU)建议： －－准同步数字体系PDH； －－同步数字体系 SDH。
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