为了提高信道利用率,使多路信号沿同一信道传输而互不干扰的技术

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•多路复用
•时分多路复用 (Time Division Multiplexing) 以时间作为分割信号的依据。它利用每个信号在 时间上交叉，可在一个传输通路上传输多个数字 信号(或运载数字数据的模拟信号)。
基带传 输技术
Time
•多路复用
•时分多路复用
•同步TDM的一般描述
发送器
发送器在每个字符块之前插入 两个或多个控制字符
同步空闲或SYN字符
接收器通过检测SYN来识别一 帧的开始
用来同步 字符块
•同步技术
•同步传输
•面向字节协议
采用多个同步符作为帧的起始标志。
随机比特
帧开始
10101101000110100001101000 1000000
0 ····
SYN
SYN
SOH
基群 超群
300 (5*60)
600
1.232MHz 812-2044kHz (5*240+4*8)
2.52MHz 564-3084kHz 主群
CCITT 基群 超群
主群
•多路复用
•频分多路复用
基群
12#
f12=108 108
104
11#
104
f11=104
100

2#
f2=68
68 64
1#
f1=64 64
m1(t)
Buffer1
Frame N 321
Frame N 321
接收器
m1(t)
Buffer1
m2(t) Buffer2
mc(t) TDM帧 mc(t)
m2(t)
Buffer2
mN(t) Buffer n
扫描操作
mN(t)
Buffer n
•多路复用
•时分多路复用
TDM的实质 利用了采样原理。
帧同步 区分每个完整的信号 块或帧(报文)的开始 和结束位。
位同步
接收端必须知道每一 位的起止时刻并正确 地识别出每一个位。
网同步
要求通信网内各交换 转接点的时钟频率和 相位统一协调。
•同步技术
•位同步
在接收端设法产生一个与发送端发送来的位速率相同且 在时间上对准最佳判决点的定时脉冲序列。
外同步法 它要求在发送端发送数据的同时也发送位定时信息。
宽带模拟 传输技术
Time
•多路复用
•频分多路复用
一般描述
m1(t) 子载波 fsc1
m2(t) 子载波 fsc2
ssc1(t)
发送器
ssc2(t)
mc(t) Transmiter s(t)=FDM

fc
mN(t) 子载波 fscn
sscN(t)
•多路复用
•频分多路复用
|Mc(f)|
组成信号的频谱
6:1
44.736Mbps T3
274.176Mbps T4
•多路复用
•统计时分多路复用
动态地按照需要来分配时隙的多路复用方式。
工作原理
一边是一组I/O线路另一边是一条高速复用线路; 每条I/O线路有一缓冲区; 对于n条I/O线路在TDM帧中只有k个时间槽可用; 输入时多路复用器的功能是扫描输入缓冲区收集数据 直到一帧为满，就发送出去; 输出时，多路复用器接收一帧，将各时间槽的数据分 发到相应的输出缓冲区。
起始位
每位中心抽样 5-8 数据位
奇、偶或没用
保持空闲 或下一个 起始位
停止位 起始位
停止 1-2位时间
停止位
11110001
11010011
(b)8位异步字符流
两个字符之间不可 预测的时间间隔
•同步技术
•异步传输
同步原理
接收端的同步是利用起始位的从1到0的固定跃变，启动内部 的时钟电路，然后对各个位依次抽样判决而取得同步的。
光纤2频谱 能 量
共享光纤频谱 能 量
衍射光栅是完 全无源的，因 而可靠性高。
光纤1 光纤2
棱柱/ 衍射光栅
共享光纤
光纤3 光纤4
关于码分多路复用CDMA
http://www.mc21st.com/techfield/systech/ss/s01.htm
扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度 远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立 的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息 数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及 恢复所传信息数据”。 信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为：
0
fsc1
fsc2
fscN
F
Bsc1
Bsc2 B
BscN
|Mi(f)|
例1：在一个媒体上同时传送三路语音信号
0 300
3400 4000
Lower sideband
60
64
Lower sideband,Ssc1(t)
60
64
f(Hz)
(a)Mi(f)的频谱
Upper sideband
(b)fsc1=64kHz的频 谱
68
f(kHz)
Lower sideband,Ssc3(t)
(c)使用子载波64,68,
72的合成信号频谱
f(kHz)
68
72
•多路复用
•频分多路复用
北美及国际FDM载波标准
语音信道数 带宽
频谱
AT&T
12
60 (5*12)
48kHz
240kHz (5*48)
60-108kHz 312-552kHz
C ＝ WLog2(1十S/N)
•同步技术
•并行传输和串行传输
并行传输方式 数据的每一位分别在不同的并行信道上同时传输。 即一组二进制位同时在一根电缆的一束线路上并行传输。
Sender
Data line
1 0 0 1
Receiver
优点：传输速率高 缺点：采用多条线路成本高
•同步技术
•并行传输和串行传输
开辟专门的传输 位定时信息的信道
在发送的数据中叠加上 位定时信息。使得不包 含位定时信号的位序列 中也有定时信息的成份
•同步技术
•位同步
自同步法 要求接收端直接从接收的数字信号中提取出位定时信号。
e1(t)
整形 e2(t)
(限幅)
微分
e3(t)
整流 e4(t)
(全波)
整形 (展宽)
e5(t)
起
停
起
停
始
止
始
止
位
位
位
位
起
停
始
止
位
位
字符之间的不确定方式
优点
实现简单，无需预先 建立系统的同步；
缺点 传输效率低
•同步技术
•同步传输
大量的位以稳定流发送，没有起始位也没有停止位。 发送器和接收器必须同步它们的时钟才能使接收器知道 新字节的开始。
同步传输以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符 间无间隙。每个比特与时钟信号严格一一对应。
•多路复用
•多路复用(multiplexing)
为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传 输而互不干扰的技术。
n 输入
1 link, n channels MUX
n 输出
为什么多路复用？
数据速率越高传输设施的成本就越有效； 大多数个人数据通信设备要求相对低的数据率；
•多路复用
•多路复用(multiplexing)
SYN
开始时可能出现误同步。传输时低位在前，高位在后。
•同步技术
•同步传输
•面向字节协议
附： ASCII传输控制字符
SOH：标题开始。指示标题的开始。 标题信息包括地址、序号，类型等。
STX： 正文开始。指示数据正文由此开始 ETX： 正文结束，指示数据正文到此结束 DLE： 数据链转义，通常在DLE后跟一两个非控
输出线路容量 ＜ ∑输入线路容量 即低速线路数n ＞ 高速线路的时隙数k
•多路复用
统计TDM的关键 统计TDM的帧
每个时隙不但要传送数据，同时 还要传送相应的地址信息，每个 时隙会有一定的开销。
FLAG AddressControl
Statistical TDM sub frame
FCS FLAG
Address
Data
(a) 每一帧只有一个源
Address Length Data
(b) 每一帧具有多个源
Address Length Data
•多路复用
•波分多路复用 (Wavelength division multiplexing)
频分多路复用在光纤信道的使用。
电子FDM
能 光纤1频谱 量
取决于发送和接收设备 的时钟是独立的（异步 ），还是同步的。
工作方式
不发送长的无间断的位流以避免时钟问题； 一次只发送一个字符，每个字符5至8位长。 通过起始和结束码在每个字符内维持时钟和同步；
接收端有机会在下个字符的开始时重新同步。
•同步技术
•异步传输
接收器检测新 字符的开始 线路空 闲状态 起始位 1 0 (a)字符格式
面向比特协议
以一个稳定的位流来传输数 据。采用一个特殊的标志 01111110来定界帧。
首先，接收端要从接收到的数据流中正确区分每个比特 ，即位同步。然后，在位同步的基础上实现帧同步。
•同步技术
•同步传输
•面向字节协议
数据块以字符方式(通常为ASCII)出现； 帧中的所有附加信息也为字符形式。 每一块用一起始标志来达到同步。
m1(t) m2(t)
n路时分复用系统的关键
收发端旋转开关必须严格的同步，即 同频同相，才能保证正常的通信。
低通滤波 低通滤波
m1(t) m2(t)
mn(t)
低通滤波
mn(t)
复用器输出线路容量 ＝ ∑复用器输入线路容量 总时间T划分的时间片数N = 复用器输入端的低速线路数
•多路复用
•时分多路复用
60
•CCITT的FDM层次结构
超群
552
f5=552
504
f4=504 504
456
f3=456
456 408

主群
2052
f5=2044
1804
1804
f4=1804
1556
1556
f3=1556 1308
f2=408
408 360
360
f1=360 312
1308
f2=1308
1060
f1=1060
防止发送器和接收器之间时间漂移方式
在发送器和接收器之间提供单独的时钟线 将时钟信息嵌入到数据信号中
同步传输中的另一级同步 使接收器确定一块数据的开始和结束。
•同步技术
•同步传输
数据块(帧)： 数据＋前后同步码＋控制信息
preamble
data
postamble
同步通信的分类
面向字节协议 采用ASCII字符(如 SYN，SOH及ETX)来 控制数据块的传输。
例2. Bell系统的T1载波能处理复用在一起的24条话路。 使用了PCM和TDM技术。
通道1
Frame(193b) /125us 通道2
通道24
控 数据位 控 数据位 控
制
制
制
位
位
位
数据位 控 制 位
•多路复用
•时分多路复用
按照奈氏定理，每秒8000次对24路话音通 道依次采样产生7个数据位和1个控制位。
(a)变换的工作过程
准定时脉冲 窄带滤波
移相
位定时脉冲 脉冲形成
(b)用滤波方法获得位定时脉冲
把接收解调后的基带信号从不归零波形变换成归零形式的二 进制信号，使得信号的频谱中出现位定时信号的频谱分量。
•同步技术
•位同步
(c)波形变换过程
e1(t)
t
e2(t) t
e3(t)
t
e4(t)
t
e5(t)
t
实现多路复用的关键
把多路信号汇合到一 条信道上之后，在接 收端必须能正确地分 割出各种信号。
多路复用技术
分割信号的依据 信号之间的差别
频率上的不同 信号出现时间上的不同 信号码型结构上的不同
频分多路复用 时分多路复用(同步TDM) 统计TDM(异步TDM或智能TDM)
•多路复用
•频分多路复用 (Frequency Division Multiplexing) 每个数据信号被调制到具有不同频率的载波上， 所有的信号在一个信道上同时传送。
串行传输方式
构成数据代码的若干位串行排列成数据流，在一 条信道上传输。
Data line
Sender
1001
Receiver
优点：成本低，长距离传输时比并行传输更可靠。 缺点：要解决同步问题，速率低
同步 问题
接收方如何在到达的数据流中正确地 区分出发送端所发出的一个个代码。
•同步技术
•同步技术
载波同步 接收端需要一个与发送 端载波同频同相的相干 载波参与解调工作。
例3：高速数字线路的多路复用
利用多路复用技术，T载体服 务允许小容量载体(比如T1)的 位流进入容量更大的载体。
40
51 4:1 5 4 3 2 1 0 7:1
62
73
1.544Mbps T1
6.312Mbps T2
T1 (1.544Mbps) T2 (6.312Mbps) T3 (44.736Mbps) T4 (274.176Mbps)
•同步技术
•帧同步
帧
通常把专门格式的 数据块称为“帧”。
ຫໍສະໝຸດ Baidu同步
对所接收的位序列进行检测， 正确找出帧的开始与结束。
帧同步的主要方法 同步字符法及标志法 起止同步法
同步传输 异步传输
•同步技术
•异步传输
每个字符独立传输，收方在收到每一个新字符 的开始位后重新同步。
同步通信 与异步通 信的区别
∴每条信道获得 7×8000 ＝ 56000bps 数据位 1×8000 ＝ 8000bps 控制位
每次采样还有一附加位(用于帧同步)。 ∴T1载波的总数据率 24×56000＋24×8000＋8000 =1.544Mbps
注意：当用于数据传输时， 只有23个信道被用于数据。
•多路复用
•时分多路复用