第六章 多路复用技术

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6.2 时分多路复用（TDM）

关键问题：

收发双方的同步 复用器中的电子开关是关键部件 通信双方是按照预先指定的时间进行数据传输的而且 这种时间关系是固定不变的 某一时刻而言，信道上仅传送一对设备之间的信号而 不是多路复用信号 某一时间段而言，信道上传送多路复用信号

TDM工作特点：
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6.2 时分多路复用（TDM）




TDM最典型的例子就是广泛应用于脉冲编码调制的 技术 PCM(Pulse Coded Modulation) PCM电话系统是时分多路PCM系统的一种最重要的 应用。 现在PCM没有统一的标准，各个国家使用了各种互 不兼容的方法。 北美和日本的技术：T1线路（24） ITU-T推荐的TDM标准：E1线路（30）

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6.2 时分多路复用（TDM------time division mutiplexing ）
固定时隙分配方式，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，时间上不重叠。每一时间片由复用的一 个信号占有，在一条物理信道上传输多个数字信号。 通过时分多路复用技术，多路低速数字信号可复用到一条高
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6.2 时分多路复用（TDM------time division mutiplexing ）

FDM：以频率作为分割信号的参量；采用模拟技术， 对计算机通信不太合适。 TDM：以时间作为分割信号的参量；即信号在时间 位置上分开但它们能占用的频带是重叠的。当传 输信道所能达到的数据传输速率超过了传输信号 所需的数据传输速率时即可采用TDM.
低通滤波器 n －1
mn-1 ′ (t)
发送端 接收端
低通滤波器 n
mn ′ (t)
时分复用系统示意图
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6.2 时分多路复用（TDM）


字符交错法
帧结构： SF 帧同步头 , 控制信号序列 CSS ， Mi 代表第 M 路信号 中的第i个符号
SF CSS Ai … Mi
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TDM 帧
时间
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时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
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时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
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6.4 波分多路复用（WDM）
双纤单向传输示意图
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单纤双向传输示意图
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6.4 波分复用 WDM


波分复用就是光的频分复用
单模光纤2.5Gbit/s→WDM 2× 2.5Gbit/s→DWDM 8× 2.5Gbit/s
光调制器 0 1 2 3 4 5 6 7
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信号的正交性
假定有两个信号若f1(t) 和f2(t)，如果在区间 ( t1 ，t2)上满足:

1 X i (t ) X j (t )dt a 0
b
i j i j
则称f1(t) 和f2(t)互为正交。
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常用正交函数集
1、三角交函数集:
cos(nt), sin(nt)
TDM 帧
时间
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时分复用
频率 在 TDM 帧中的 位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
时间
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6.2 时分多路复用（TDM）
时分多路复用示意图
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6.2 时分多路复用（TDM）

TDM基本原理：其理论基础是基于抽样定理（Sampling
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6.2 时分多路复用（TDM）
S4 S3 S2 S1
时 分 多 路 复 用 器
帧n 4 3 2 1
帧2 4 3 2 1
帧1 4 3 2 1
4路输入信号 每帧含有4个时间片
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6.2 时分多路复用（TDM）

交错：同步时分多路复用器关键部件是高速的电子开关；
当开关移动到某个设备前，该设备就有机会向公共通路传 输规定大小的数据。开关的这种以固定的速率和固定的顺 序在设备间的移动过程就称作交错；

信道输出的多路复合信号是：
f ( x)
X
k 1
n
k (t )
所以，只要将各路信号与复合信号的乘积进行积分运算， 即可实现正交信号的分割。 复用技术包括复合、传输和分离三个过程。信号的正交化 设计。

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6.1 频分多路复用（FDM-------frequency division mutiplexing）
线路的通频带分成多个子频带，分别分配给用户形成数据 传输子通路，用户数据通过分配的子通路传输，当该用户没有数
据传输时，别的用户不能使用，此通路保持空闲状态。
FDM主要适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电话、 电报和电缆电视（CATV）。在数据通信中，需和调制解调技术结 合使用。 优点：多个用户共享一条传输线路资源。
缺点：给每个用户预分配好子频带，各用户独占子频带，
使得线路的传输能力不能充分利用。
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频分复用
频率 频率 5
频率 4
频率 3 频率 2
频率 1
时间
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6.1 频分多路复用（FDM）
频分多路复用示意图
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6.1 频分多路复用（FDM）

考虑到大容量载波电话在传输中合群、分群的方 便，现在对多路载波电路已经形成一套标准的等 级。有基群、超群和主群等。主要针对其频带划 分和信道容量。
Theorem）。因为抽样定理使得时间上离散的抽样脉冲值 代替基带信号成为可能。

抽样定理：一个频带限制在（0,fmax）内的时间连续信
号m(t),如果以不低于2fmax的速率进行抽样，则m(t)可由 抽样值完全确定。即： 若fs>=2fmax （ fs代表采样频率 fmax为最高频率） 则理论上就有一种方法能用采样后的离散信号完全无 失真地恢复原来的信号


交错可以按 bit/byte/Data block
数据复用按照交错的长度可以分为：比特交错法，字符交 错法和码组交错法。最常用的是字符交错。
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6.2 时分多路复用（TDM）
基带信号 m1 (t)
同步
低通滤波器 1 低通滤波器 2
m1 ′ (t)
m２ ′ (t)
m2 (t) mn-1 (t) mn (t)
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光解调器 8 2.5 Gb/s 1310 nm 20 Gb/s EDFA 1550 nm 1551 nm 1552 nm 分 1553 nm 用 1554 nm 器 1555 nm 1556 nm 1557 nm 0 1 2 3 4 5 6 7
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1550 nm 1551 nm 1552 nm 1553 nm 复 1554 nm 用 1555 nm 器 1556 nm 1557 nm
第六章
多路复用技术
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本章内容简介

多路复用技术可使多路信号在一个信道上进行传输。 频分多路复用 时分多路复用
同步时分多路复用 统计时分多路复用
码分多路复用 波分多路复用 数字复接技术与PDH SDH
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ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ
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多路复用概述

多路复用是指在一条物理信道上，同时传输多路信号而不 相互干扰，且这些信号符合信号分割的技术原理。 信号分割是多路复用的基础。信号分割依据信号之间的差 别，如频率、时间或者码型结构。 信号分割原理表明：对在线性信道上传输的多路复用信号 实现有效分割的充分必要条件是相互线性无关。但是为了 降低设备的复杂性，在实际应用中要求各路信号相互正交。
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6.2 时分多路复用（TDM）
语音信号300HZ—3400HZ，一般取4000HZ 根据抽样定理，抽样周期T=1/8000HZ=0.125us 复用后形成的帧应保证至少125us轮流传送一次 基群的传码率为:8000*32*8=2.048Mbps,称为E1 速率。还有T1速率,1.544Mbps
（4）WDM技术可降低对一些器件在性能上的极高要求，同时又可 实现大容量传输。
（5）充分利用成熟的TDM技术，且对光纤色散无过高要求。
（6）WDM的信道对数据格式是透明的，是理想的扩容手段。 （7）可实现组网的灵活性、经济性和可靠性，并可组成全光网。
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6.5 码分多址复用 CDMA



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6.2 时分多路复用（TDM）

帧：TDM传送信号时，将通信时间分成一定长度的 帧。每一帧又被分成若干时间片。即一帧由若干 个时间片组成。

帧中的每个时间片是预先分配给某个数据源的，且这 种关系固定不变。不论有无数据需要发送，所有数据 源的时间片都会被占有；

在具有N路输入系统中，每个帧至少含有N个时间 片。

发射功率低
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6.5 码分复用 ——码片序列(chip sequence)

每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。 每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。


如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。 发送比特 1 时，就发送序列 00011011， 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。
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6.3 统计时分多路复用（STDM）
TDM与STDM复用原理的基本差别示意图
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6.3 统计时分多路复用（STDM）

衡量STDM复用器性能的参数 N：输入数据源的数目 R：每个源的数据率（bps） M：复用链路的有效容量（bps） α：每个源传输数据所占的时间与通信总时间的比值， 一般有0< α <1 K=M/NR:复用链路容量对最大输入总量之比。 α<=K<=1
n 0,1,2, ,
( t0，t0 +T )
2、指数函数集:
e
j nt
n 0,1,2,,
( t0，t0 +T ) ( - ， )
2, , 3、抽样函数集: Sa[ (t- nT)] n 0,1, T
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信号的正交性
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6.4 波分多路复用（WDM）
光纤中使用的复用方式
在发送端将不同波长的信号组合起来（复用），送入到光缆 线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的 光信号分开（解复用），恢复出原信号后送入不同的终端。 构成形式：WDM系统基本构成主要有两种形式：即双纤单向
传输和单纤双向传输。
120 km
6.4 波分多路复用（WDM）
WDM技术的主要特点如下： （1）充分利用了光纤的巨大带宽资源，传输容量增加几十倍。
（2）各波长相互独立，可传输特性不同的信号，完成各种业务信
号的综合和分离，实现多媒体信号的混合传输。 （3）WDM技术使N个波长复用起来在单根光纤中传输，并且可以
实现单根光纤的双向传输，以节省大量的线路投资。
数据速率的信道。
优点：多路低速数字信号可共享一条传输线路资源。 缺点：时隙是预先分配的，且是固定的，每个用户独占时隙， 时隙的利用率较低，线路的传输能力不能充分利用。
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时分复用
频率 在 TDM 帧中的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧
TDM 帧

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6.3 统计时分多路复用（STDM—static ）
据用户实际需要动态地分配线路资源，因此也叫动态时分
多路复用或异步时分多路复用。也就是当某一路用户有数据
要传输时才给它分配资源，提高线路利用率。
优点：线路传输的利用率高 适于计算机通信中突发性或断续性的数据传输
缺点：每个时隙都要添加地址段

常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)


各用户使用经过特殊挑选的不同码型——彼此不干扰
频带和时间重叠共用 优点：

抗干扰 隐蔽（频谱类于白噪声） 容量大——GSM的几倍（Global System for Mobile
移动电话系统） communications，全球数字

例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。


S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)