第十章信道復(fù)用和多址方式.doc

1、第十章 信道復(fù)用和多址方式知識(shí)結(jié)構(gòu)-信道復(fù)用的概念和分類- 頻分復(fù)用（FDM）- 時(shí)分復(fù)用（TDM ）- 碼分復(fù)用（CDM ）教學(xué)目的-掌握頻分復(fù)用、時(shí)分復(fù)用、碼分復(fù)用的基本原理-了解數(shù)字復(fù)接技術(shù)教學(xué)重點(diǎn)-FDM、TDM、CDM的原理和在移動(dòng)通信等系統(tǒng)中的應(yīng)用教學(xué)難點(diǎn)-CDMA教學(xué)方法及課時(shí)-多媒體授課（4學(xué)時(shí)）（分2個(gè)單元）備注單元二十四（2學(xué)時(shí)）§ 10.1 言（信道復(fù)用的概念和分類）知識(shí)要點(diǎn)：信道復(fù)用的概念和分類在通信系統(tǒng)日益普及、通信需求日益增加的今天，信道（尤其是無線信道） 已經(jīng)成為非常緊張的資源。那么如何在有限的信道資源中，傳輸盡可能多路的信 號(hào)呢？這就是我們今天要講的“

2、復(fù)用”技術(shù)。所謂復(fù)用，就是按照一定的規(guī)律， 在同一物理信道中實(shí)現(xiàn)傳輸多路信號(hào)的技術(shù)。如果各路信號(hào)的頻譜各不重疊，則成為頻分復(fù)用（ FDM）;如果各路信號(hào) 的占用信道的時(shí)間段不重疊，則成為時(shí)分復(fù)用（ TDM）;如果信號(hào)采用相互正 交的編碼進(jìn)行擴(kuò)頻后在同一信道中傳輸，在接收端利用各自的正交碼恢復(fù)原信 號(hào)，則這種信道復(fù)用方式稱為碼分復(fù)用（CDM）。“多址”與“復(fù)用”在技術(shù)角度上是統(tǒng)一的，只不過當(dāng)有多個(gè)用戶希望通過復(fù)用技術(shù)接入到同一網(wǎng)絡(luò)接入點(diǎn)時(shí)，稱為多址。§ 10.2 頻分復(fù)用（ FDM ）知識(shí)要點(diǎn)： 復(fù)用 多路復(fù)用的方式頻分復(fù)用（注： 這一部分內(nèi)容我們放在第五章來講， 因?yàn)樗c第五章的知識(shí)

3、結(jié)合較緊密。詳細(xì)內(nèi)容也在第五章中）§ 10.3 時(shí)分復(fù)用和多路數(shù)字電話系統(tǒng)知識(shí)要點(diǎn)： PAM 時(shí)分復(fù)用原理 時(shí)分復(fù)用的 PCM 系統(tǒng) 32 路 PCM 的幀結(jié)構(gòu)PCM 的高次群頻分復(fù)用是將所給的信道帶寬分割成互不重疊的許多小區(qū)間， 每個(gè)小區(qū)間能順利通過一路信號(hào)， 在一般情況下可以通過正弦波調(diào)制的方法實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用。 頻 分復(fù)用的多路信號(hào)在頻率上不會(huì)重疊，但在時(shí)間上是重疊的。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的。抽樣定理使連續(xù)（模擬） 的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。 這樣， 當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)， 在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙， 利用這種空隙便可以傳輸其他信號(hào)的

4、抽樣值。因此，這就有可能沿一條信道同時(shí)傳送若干個(gè)基帶信號(hào)。在這部分中，將在分析時(shí)分復(fù)用（TDM） 技術(shù)的基礎(chǔ)上，研究并說明PCM 時(shí)分多路數(shù)字電話系統(tǒng)的原理和相關(guān)參數(shù)。 10.3.1 10.3.1 PAM寸分復(fù)用原理為了便于分析時(shí)分復(fù)用 （TDM） 技術(shù)的基本原理，這里假設(shè)有3 路 PAM 信號(hào)進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用，其具體實(shí)現(xiàn)方法如圖 10-1 所示：Tjr 低 11 5低通一K町（G1工式上）圖10-13路PAM信號(hào)時(shí)分復(fù)用原理方框圖從圖10-1可以看到，各路信號(hào)首先通過相應(yīng)的低通濾波器，使輸入信號(hào)變?yōu)?帶限信號(hào)。然后再送到抽樣開關(guān)（或轉(zhuǎn)換開關(guān)），轉(zhuǎn)換開關(guān)（電子開關(guān)）每曲1秒將各 路信號(hào)依次抽樣

5、一次，這樣3個(gè)抽樣值按先后順序錯(cuò)開納入抽樣間隔 窗之內(nèi)。合 成的復(fù)用信號(hào)是3個(gè)抽樣消息之和，如圖10-2所示。由各個(gè)消息構(gòu)成單一抽樣 的一組脈沖叫做一幀，一幀中相鄰兩個(gè)抽樣脈沖之間的時(shí)間問隔叫做時(shí)隙，未能 被抽樣脈沖占用的時(shí)隙部分稱為防護(hù)時(shí)間。圖10-2 3路時(shí)分復(fù)用合成波形多路復(fù)用信號(hào)可以直接送入信道傳輸，或者加到調(diào)制器上變換成適于信道傳 輸?shù)男问胶笤偎腿胄诺纻鬏敗Ｔ诮邮斩?，合成的時(shí)分復(fù)用信號(hào)由分路開關(guān)依次送入各路相應(yīng)的重建低通濾 波器，恢復(fù)出原來的連續(xù)信號(hào)。在 TDM中，發(fā)送端的轉(zhuǎn)換開關(guān)和接收端的分路 開關(guān)必須同步。所以在發(fā)端和收端都設(shè)有時(shí)鐘脈沖序列來穩(wěn)定開關(guān)時(shí)間，以保證兩個(gè)時(shí)鐘序列合拍。

6、根據(jù)抽樣定理可知，一個(gè)頻帶限制在 力f范圍內(nèi)的信號(hào)，最小抽樣頻率值為 2/斤，這時(shí)就可利用帶寬為的理想低通濾波器恢復(fù)出原始信號(hào)來。對于頻帶 都是面的N路復(fù)用信號(hào)，它們的獨(dú)立抽樣頻率為2M,加，如果將信道表示為一 個(gè)理想的低通形式，則為了防止組合波形丟失信息，傳輸帶寬必須滿足£之方力f 10.3.2 時(shí)分復(fù)用的 PCMI（統(tǒng)（TDMk PCMPCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎(chǔ)上經(jīng)過量化和編碼，把PAM 中的一個(gè)抽樣值量化后編為k位二進(jìn)制代碼。圖10-3表示一個(gè)只有3路PCM復(fù) 用的方框圖。發(fā)定時(shí)圖10-33路時(shí)分復(fù)用PCM原理方框圖圖10-3表示發(fā)端原理方框圖。話音信號(hào)經(jīng)過

7、放大和低通濾波后得到卜他）、 冷和門矽，再經(jīng)過抽樣得到3路PAM信號(hào)叼的、/2（。和仆式力，它們在時(shí)間 上是分開的，由各路發(fā)送的定時(shí)取樣脈沖進(jìn)行控制，然后將 3路PAM信號(hào)一起 加到量化和編碼器內(nèi)進(jìn)行量化和編碼，每個(gè) PAM信號(hào)的抽樣脈沖經(jīng)量化后編為 k位二進(jìn)制代碼。編碼后的 PCM代碼經(jīng)碼型變換，變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)拇a型 （例如HDB3碼），最后經(jīng)過信道傳到接收端。圖10-3 （b）為接收端的原理方框圖。當(dāng)接收端收到信碼后，首先經(jīng)過碼型變 換，然后加到譯碼器進(jìn)行譯碼。譯碼后得到的是 3路合在一起的PAM信號(hào)，冉 經(jīng)過分離電路把各路PAM信號(hào)區(qū)分開來，最后經(jīng)過放大和低通濾波還原為話音 信號(hào)。T

8、DMPCM的信號(hào)代碼在每一個(gè)抽樣周期內(nèi)有 比卡個(gè),這里N表示復(fù)用路 數(shù)，k表示每個(gè)抽樣值編碼的二進(jìn)制碼元位數(shù)。因此，二進(jìn)制碼元速率可以表示為N,k.八,也就是 = -尢為。但實(shí)際碼元速率要比N匕亮大些。因?yàn)?，?PCM數(shù)據(jù)幀當(dāng)中，除了話音信號(hào)的代碼以外，還要加入同步碼元、振鈴碼元和 監(jiān)測碼元等。§ 10.3.3 32路PCM勺幀結(jié)構(gòu)對于多路數(shù)字電話系統(tǒng)，國際上已建議的有兩種標(biāo)準(zhǔn)化制式，即PCM 30/32路（A律壓擴(kuò)特性）制式和PCM 24路（/律壓擴(kuò)特性）制式，并規(guī)定國際通信時(shí)，以 A律壓擴(kuò)特性為準(zhǔn)（即以30/32路制式為準(zhǔn)），凡是兩種制式的轉(zhuǎn)換，其設(shè)備接口 均由采用以律特性的國家

9、負(fù)責(zé)解決。因此，我國規(guī)定采用PCM 30/32路制式，其幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)如圖10-4所示。-出幀、2ms.昂 丹|歸|后局好|州因困 |瑪|&|吊冏。丹3反4 |用32時(shí)隙2時(shí)當(dāng)，12皿J一刊77 ? t|77g 1£|1啊目1亞印珅1同£其力巨£7行由式7)頓識(shí)別嗎1|0|山|1四1靦昕 | I寓幀定位碼淤 加侯署始國阮用 r（目前固定為1）小肺“1|111部打跖 早爆臺(tái) 國內(nèi)用廠舊前固定為1）.裝復(fù)幀對 前I產(chǎn)一標(biāo)恚信號(hào)時(shí)甑o|o|oo 就 lJ7告配備胭用比特T第1路”#15般"息回亞同西壬 卜第15路愕割日1317 a 7*30一用于幽一極性

10、螞程內(nèi)回段落碼圖10-4 PCM 30/32路幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)從圖中可以看到，在PCM 30/32路的制式中，一個(gè)復(fù)幀由16幀組成；一幀 由32個(gè)時(shí)隙組成；一個(gè)時(shí)隙為8位碼組。時(shí)隙l15, 1731共30個(gè)時(shí)隙用來 作話路，傳送話音信號(hào)，時(shí)隙 0（TS0）是 幀定位碼組”，時(shí)隙16（TS16）用于傳送 各話路的標(biāo)志信號(hào)碼。從時(shí)間上講，由于抽樣重復(fù)頻率為8000Hz，因此，抽樣周期為喳如此125處, 這也就是PCM 30/32的幀周期；一復(fù)幀由16個(gè)幀組成，這樣復(fù)幀周期為2ms；一幀內(nèi)要時(shí)分復(fù)用32路，則每路占用的時(shí)隙為125/32=3.9；每時(shí)隙包含8 位碼組，因此，每位碼元占 488nso從傳碼

11、率上講，也就是每秒鐘能傳送 8000幀，而每幀包含32X8 = 256bit, 因此，總碼率為256比特/幀8000幀/秒=2048kb/s。對于每個(gè)話路來說，每秒鐘 要傳輸8000個(gè)時(shí)隙，每個(gè)時(shí)隙為8bit,所以可得每個(gè)話路數(shù)字化后信息傳輸速 率為 8X8000= 64kb/s。從時(shí)隙比特分配上講，在話路比特中，第 l比特為極性碼，第24比特為 段落碼，第58比特為段內(nèi)碼。對于TS0和TS16時(shí)隙比特分配將分別予以介 紹。TS0時(shí)隙比特分配。為了使收發(fā)兩端嚴(yán)格同步，每幀都要傳送一組特定標(biāo)志 的幀同步碼組或監(jiān)視碼組。幀同步碼組為“0011011；占用偶幀TS0的第28碼位。第l比特供國際通信用

12、，不使用時(shí)發(fā)送 “晌。在奇幀中，第3位為幀失 步告警用，同步時(shí)送“晌，失步時(shí)送"1碼。為避免奇TS0的第28碼位出現(xiàn) 假同步碼組，第2位碼規(guī)定為監(jiān)視碼，固定為 “1；第48位碼為國內(nèi)通信用， 目前暫定為“1；'TS16時(shí)隙用于傳送各話路的標(biāo)志信號(hào)碼，標(biāo)志信號(hào)按復(fù)幀傳輸，即每隔2ms 傳輸一次，一個(gè)復(fù)幀有16個(gè)幀，即有16個(gè)“TS16寸隙”（的碼組）。除了 F0之 外，其余FlF15用來傳送30個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)。每幀8位碼組可以傳送2個(gè) 話路的標(biāo)志信號(hào)，每路標(biāo)志信號(hào)占 4個(gè)比特，以a、b、c、d表示。TS16時(shí)隙的 F0為復(fù)幀定位碼組，其中第一至第四位是復(fù)幀定位碼組本身，編碼為

13、“000Q”第六位用于復(fù)幀失步告警指示，失步為“1;”同步為“0；其余3比特為備用比特， 如不用則為需要說明的是標(biāo)志信號(hào)碼a、b、c、d不能為全“0；否則就會(huì)和 復(fù)幀定位碼組混淆了單元二十五（2學(xué)時(shí)）§ 10.4 字復(fù)接技術(shù)知識(shí)要點(diǎn)：復(fù)接、分接的概念和基本原理§ 10.4.1 字復(fù)接的基本概念一、準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH）PCM各次群的話路數(shù)及數(shù)碼率 數(shù)字復(fù)接系列（準(zhǔn)同步數(shù)字體系）一次群（基群）二次群三次群四次群歐洲30路120路480路1920 路中國2.048Mbit /s8.448Mbit /s34. 368Mbit/s139.264Mbit /s二、PCM復(fù)用和數(shù)字復(fù)

14、接形成二以上的高次群的方法PCM復(fù)用一一直接將多路信號(hào)編碼復(fù)用。（高次群的形成一般不用一 原因）數(shù)字復(fù)接一一將幾個(gè)低次群在時(shí)間的空隙上迭加合成高次群。三、數(shù)字復(fù)接的實(shí)現(xiàn)位復(fù)接一一優(yōu)缺點(diǎn)：要求復(fù)接電路存儲(chǔ)容量小，簡單易行。但這種方法破壞了一個(gè)字節(jié)的完整性，不利于以字節(jié)（即碼字）為單位的信號(hào)的處理和交換。按字復(fù)接一一優(yōu)缺點(diǎn)：要求有較大的存儲(chǔ)容量，但保證了一個(gè)碼字的完整性, 有利于以字節(jié)為單位的信號(hào)的處理和交換。PDH大多采用按位復(fù)接。四、數(shù)字復(fù)接的同步數(shù)字復(fù)接要解決兩個(gè)問題： 同步一一不同步的后果：幾個(gè)低次群復(fù)接后的數(shù)碼就會(huì)產(chǎn)生重疊和錯(cuò)位。 復(fù)接五、數(shù)字復(fù)接的方法及系統(tǒng)構(gòu)成數(shù)字復(fù)接的方法同步復(fù)接一

15、一是用一個(gè)高穩(wěn)定的主時(shí)鐘來控制被復(fù)接的幾個(gè)低次群，使這幾個(gè)低次群的數(shù)碼率（簡稱碼速）統(tǒng)一在主時(shí)鐘的頻率上（這樣就使幾個(gè)低次群系 統(tǒng)達(dá)到同步的目的），可直接復(fù)接。 異步復(fù)接一一是各低次群各自使用自己的時(shí)鐘，由于各低次群的時(shí)鐘頻率不一定相等，使得各低次群的數(shù)碼率不完全相同（這是不同步的），因而先要進(jìn) 行碼速調(diào)整，使各低次群獲得同步，再復(fù)接。PDH大多采用異步復(fù)接。數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成框圖定時(shí)分接器低次群高次群接鐘二時(shí) 外O低次群圖10-5數(shù)字復(fù)接/分接原理圖§ 10.4.2同步復(fù)接與異步復(fù)接一、同步復(fù)接（需要碼速變換）碼速變換的概念一一為插入附加碼留下空位（復(fù)接時(shí)再插入附加碼）且將碼 速由

16、 2048kbit/s提高至I 2112kbit/s。二、異步復(fù)接（需要碼速調(diào)整）1、碼速調(diào)整與恢復(fù)速調(diào)整方法插入一些碼元將各一次群的速率由2048kbit/ s左右統(tǒng)一調(diào)整成2112kbit/s。速恢復(fù)方法通過去掉插入的碼元，將各一次群的速率由2112kbit/s還原成2048kbit/s 左右。碼速調(diào)整和碼速變換的區(qū)別碼速變換是在平均間隔的固定位置先留出空位，待復(fù)接合成時(shí)再插入脈沖（附加碼）；碼速調(diào)整插入脈沖要視具體情況，不同支路，不同瞬時(shí)數(shù)碼率，不同的幀， 可能插入，也可能不插入脈沖（不插入脈沖時(shí)，此位置為原信息碼），且插入的 脈沖不攜帶信息。2、異步復(fù)接二次群幀結(jié)構(gòu)異步復(fù)接二次群的幀周

17、期為100. 38 pS幀長度為848bit 4X205=820bit （最少）為信息碼28bit的插入碼（最多）表10-1 28bit插入碼具體安排插入碼個(gè)數(shù)作 用(1111010000)10bit二次群幀同步碼lbit土煞 口目lbit備用4bit （最多）4X3= 12bit碼速調(diào)整用的插入碼插入標(biāo)志碼各一次群在100.38 s內(nèi)插入碼及信息碼分配情況各一次群（支路）：碼速調(diào)整之前（速率 2048kbit/s左右）100.38仙s內(nèi)約有205206個(gè)碼元應(yīng)插入67個(gè)碼元碼速調(diào)整之后（速率為2112kbit/s） 100. 38s內(nèi)應(yīng)有212個(gè)碼元（bit）第一個(gè)基群支路插入碼及信息碼分配

18、情況如下圖所示。圖10-6基群支路插入碼及信息碼分配其它基群支路插入碼及信息碼分配情況類似。幀結(jié)構(gòu)圖碼速調(diào)整 信息碼 此插入標(biāo)志碼I用將入碼 信息碼 JH 士 H429-637 638 63S 40 41 642 843 844 &45-843''r'Cij c23 cM 0<3 Vi v2 明 明,、152*4=20851*4S204圖10-7二次群幀結(jié)構(gòu)一次群碼速調(diào)整后100.38仙s內(nèi) 插入碼有67個(gè)碼速調(diào)整用的插入碼有01個(gè)（最多1個(gè)）插入標(biāo)志碼有3個(gè)二次群1幀內(nèi)插入碼有2428個(gè)（最多28個(gè)）碼速調(diào)整用的插入碼有04個(gè)（最多4個(gè)）插入標(biāo)志碼有12個(gè)信息碼最少為820個(gè)插入標(biāo)志碼的作用一一是用來通知收端第 161位有無Vi插入，以便收端“消 插”。每個(gè)支路采用三位插入標(biāo)志碼的目的一一是為了防止由于信道誤碼而導(dǎo)致的收端錯(cuò)誤判決?！叭腥《?，即當(dāng)收到兩個(gè)以上的“ 1”碼時(shí)，認(rèn)為有Vi 插入，當(dāng)收到兩個(gè)以上的“ 0”碼時(shí)，認(rèn)為無Vi插入。§ 10.5碼分復(fù)用（CDM ）知識(shí)要點(diǎn)：CDM基本原理碼分復(fù)用是用一組相互正交的碼字區(qū)分信號(hào)的多路復(fù)用方法。在碼分復(fù)用 中，各路信號(hào)在頻譜上和時(shí)間上都是混疊的，但是代表每路信號(hào)的碼字是正交的， 也可以是準(zhǔn)正交或超正交的。用x x1,x2， ,xN和y y1,y2, ,yN表