多路复用和多址技术
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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
1
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）
8
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。
须容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。
19
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
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
18
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
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； – 成本较高。
13
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。
14
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。
15
时分复用原理
m1(t)LPF 抽样开关 同步
LPF m1(t)
… …
… …
m2(t)LPF mN(t)LPF
传输 x(t) 系统 y(t)
LPF m2(t) LPF mN(t)
– 准同步数字体系PDH – 同步数字体系 SDH
21
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。 – T体系是以l.544 Mbit/s为基群的数字序 列，主要是美国、日本等地采用。
9
300 ~ 3400 Hz
话音输入1
低通
相乘
4.3~7.4 kHz 带通
300 ~ 3400 Hz
话音输入2
低通
4 kHz
Biblioteka Baiduf1
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
多路信号输出
4
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
5
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。
6
多路复用和多址技术的联系与区别
– 其它方法：光纤通信中的波分复用 (WDM)
2
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
3
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。
11
基带语音 4 kHz 信号
8 kHz
12 kHz
0 300 – 3,400 Hz 4.3 – 7.4
kHz
8.3 – 11.4 kHz 12.3 – 15.4 kHz
f
12 kHz
1
16 kHz 20 kHz
2
3
4 kHz
56 kHz
12
12路群的频谱图
f (kHz)
12
频分复用的主要缺点： – 要求系统的非线性失真很小，否则将
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
16
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
17
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
– 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。
7
例如卫星通信
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。
20
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。 国际电信联盟(ITU)制定了两种建议：
3路频分复用电话通信系统原理
10
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 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
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
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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）
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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。
须容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。
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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
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
18
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
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； – 成本较高。
13
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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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。
15
时分复用原理
m1(t)LPF 抽样开关 同步
LPF m1(t)
… …
… …
m2(t)LPF mN(t)LPF
传输 x(t) 系统 y(t)
LPF m2(t) LPF mN(t)
– 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。 – T体系是以l.544 Mbit/s为基群的数字序 列，主要是美国、日本等地采用。
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300 ~ 3400 Hz
话音输入1
低通
相乘
4.3~7.4 kHz 带通
300 ~ 3400 Hz
话音输入2
低通
4 kHz
Biblioteka Baiduf1
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
多路信号输出
4
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
5
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。
6
多路复用和多址技术的联系与区别
– 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。
11
基带语音 4 kHz 信号
8 kHz
12 kHz
0 300 – 3,400 Hz 4.3 – 7.4
kHz
8.3 – 11.4 kHz 12.3 – 15.4 kHz
f
12 kHz
1
16 kHz 20 kHz
2
3
4 kHz
56 kHz
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12路群的频谱图
f (kHz)
12
频分复用的主要缺点： – 要求系统的非线性失真很小，否则将
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
16
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
17
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
– 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
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。
20
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。 国际电信联盟(ITU)制定了两种建议：
3路频分复用电话通信系统原理
10
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 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