第八章多路復用技術龔小紅福建工程學院1第八章多路復用技術龔小紅1多路復用的概念多路復用技術是將多個信源的彼此無關的信號，組合在一條物理信道上進行傳送的技術。多路復用的目的是充分利用昂貴的通信線路，盡可能地容納較多的用戶傳輸較多的信息。常用的多路復用技術有：頻分多路復用(FDM，FrequencyDivisionMultiplexing）、時分多路復用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）、波分多路復用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）和碼分多址（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）2多路復用的概念多路復用技術是將多個信源的彼此無關的信號，組合第八章多路復用技術頻分多路復用時分多路復用數字復接技術其它復用技術3第八章多路復用技術頻分多路復用3頻分多路復用技術所謂頻分復用(FrequencydivisionMultiplexing，FDM)是指按照頻率的不同來區分多路信號的方法。ft頻帶1頻帶2頻帶3頻帶4頻帶5在頻分復用中，傳輸信道的頻帶被分成若干個相互不重疊的頻段，每個頻段構成一個子信道，每路信號占用其中一個頻段，因而在接收端可以采用適當的帶通濾波器將多路信號分開，從而恢復出所需要的信號。按頻域分割信道4頻分多路復用技術所謂頻分復用(Frequencydivis頻分復用系統的工作原理在發送端，各路基帶信號首先通過低通濾波器(LPF)限制基帶信號的帶寬，避免它們的頻譜出現相互混疊。然后，各路信號分別對各自的載波進行調制、合成后送入信道傳輸。在接收端，分別采用不同中心頻率的帶通濾波器(BPF)分離出各路已調信號，解調后恢復出基帶信號。LPF1CH1調制器1BPF1LPF2CH2調制器2BPF1LPFnCHn調制器nBPF1……相加器信

道BPF1BPF2BPFn解調器1解調器2解調器n……LPF1LPF2LPFn5頻分復用系統的工作原理在發送端，各路基帶信號首先通過低通濾波注意

頻分復用是利用各路信號在頻率域不相互重疊來區分的。若相鄰信號之間產生相互干擾，將會使輸出信號產生失真。為了防止相鄰信號之間產生相互干擾，應合理選擇載波頻率f1,f2,…,fn，并使各路已調信號頻譜之間留有一定的保護帶。S1S2S3頻分復用器頻分復用器f2f1f3保護帶6注意頻分復用是利用各路信號在頻率域不相互重疊來區分的。若頻分多路復用技術示例

三路音頻模擬信號復用一個帶寬為12KHz的物理信道：30034007頻分多路復用技術示例三路音頻模擬信號復用一個帶寬為12KH頻分多路復用技術的特點頻分多路復用使信道在同一時刻能同時獨立傳送多路信號，每路信號占用不同的頻帶；在線路上傳輸的是各路信號經過調制后的疊加在一起的復合信號。頻分多路復用技術適用于寬帶網絡。要求傳輸介質的可用帶寬超過各路信源所需帶寬的總和：B＞∑fi優點：原理簡單、技術成熟、系統效率高、信道的頻帶利用率高。缺點：要求信道的非線性失真小。

8頻分多路復用技術的特點頻分多路復用使信道在同一時刻能同時獨立第八章多路復用技術頻分多路復用時分多路復用數字復接技術其它復用技術9第八章多路復用技術頻分多路復用9時分多路復用技術

時分復用(TimedivisionMultiplexing-TDM)是利用各信號的抽樣值在時間上不相互重疊來達到在同一信道中傳輸多路信號的一種方法。時分復用把信道用于傳輸的時間劃分為許多時間片(TS:TimeSlot

)，各路信號依次輪流占用一個時間片進行傳輸。時分復用器時分復用器S1S1S2S3S3S2S1S3S2S1t1t3t2t1t3t2t1按時域分割信道10時分多路復用技術時分復用(TimedivisionMu時分多路復用技術的特點當物理信道可支持的位傳輸速率足夠快時，可以將信道的傳輸時間劃分成若干時隙，并將各時隙輪流地分配給各路信號，使若干路信號合用單一的通信媒體，時間域上互不重疊。時分多路復用技術要求傳輸介質支持的最大數據傳輸速率超過各路信源所要求的數據傳輸速率的總和。任一瞬間只有一路信號占用線路，但每個信號都占用整個頻帶。多路信號分時地在信道內傳送。時分多路復用技術既可用于基帶局域網，也可用于寬帶網絡。11時分多路復用技術的特點當物理信道可支持的位傳輸速率足夠快時，TDM與FDM的比較1.關于復用原理在FDM系統中，各信號在頻域上是分開的，而在時域上是混疊在一起的；在TDM系統中，各信號在時域上是分開的，而在頻域上是混疊在一起的。12TDM與FDM的比較1.關于復用原理12TDM與FDM的比較2.關于設備復雜性就復用部分而言，FDM設備相對簡單，TDM設備較為復雜；就分路部分而言，TDM的濾波器比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠，而且TDM中的所有濾波器都是相同的濾波器。

FDM中要用到不同的載波和不同的帶通濾波器，因而濾波設備相對復雜。總的比較，TDM的設備要簡單些。13TDM與FDM的比較2.關于設備復雜性13TDM與FDM的比較3.關于信號間干擾在FDM系統中，信道的非線性會在系統中產生交調失真和高次諧波，引起話間串擾，因此，FDM對線性的要求比單路通信時要嚴格得多。在TDM系統中，多路信號在時間上是分開的，因此,對線性的要求與單路通信時的一樣，對信道的非線性失真要求可降低，系統中各路間串話比FDM的要小。14TDM與FDM的比較3.關于信號間干擾14時分多路復用技術的分類同步時分多路復用：

分配給每個數據源的時間片是固定的，各個數據源的時間片不可互相轉讓。異步時分多路復用：

允許動態地分配時間片，各個數據源的時間片空閑時可以轉讓。也稱為統計時分多路復用。15時分多路復用技術的分類同步時分多路復用：

分配給每個數據源的同步TDM(SynchronousTDM)16同步TDM(SynchronousTDM)16TDM,復用(Multiplexing)17TDM,復用(Multiplexing)17TDM,分用(Demultiplexing)18TDM,分用(Demultiplexing)18異步TDM(AsynchronousTDM)19異步TDM(AsynchronousTDM)19時分復用的PCM系統20時分復用的PCM系統20PCM基群幀結構目前國際上推薦的PCM基群有兩種標準：PCM30/32路(A律壓擴特性)制式和PCM24路(μ律壓擴特性)制式。國際通信時，規定以A律壓擴特性為標準。我國規定采用PCM30/32路制式。PCM30/32路制式基群幀結構共由32路組成，其中30路用來傳輸用戶話語，2路用作勤務。標準電話的最高頻率是3.4kHz，每條話路占用4kHz。根據奈奎斯定理，每路話音信號采樣速率fs=8000Hz，故對應的每幀時間間隔為T=1/fs=125μs。21PCM基群幀結構目前國際上推薦的PCM基群有兩種標準：PCMPCM30/32路制式基群幀結構22PCM30/32路制式基群幀結構22PCM30/32路制式基群幀結構在PCM30/32路的制式中，一幀有32個時隙，每個時隙為125/32=3.9μs，各個時隙從0到31順序編號，分別記作TS0，TSl，TS2，…，TS31。①TS1~TS15、TS17~TS31為30個話路時隙。②TS0為幀同步碼，監視碼時隙。③TS16為信令(振鈴、占線、摘機……等各種標志信號)時隙。每個話路時隙包含8位碼，一幀共包含256個比特。信息傳輸速率為：fb=8000［(30+2)×8］=2.048Mb/s23PCM30/32路制式基群幀結構在PCM30/32路的制式幀與復幀結構幀同步碼組為X0011011，它插入在偶數幀的TS0時隙，其中第一位碼“X”保留作國際電話間通信用。接收端識別出幀同步碼組后，即可建立正確的路序。TS16為信令時隙，插入各話路的信令。在傳送話路信令時，若將TS16所包含的總比特率集中起來使用，則稱為共路信令傳送；若將TS16按規定的時間順序分配給各個話路，直接傳送各話路所需的信令，則稱為隨路信令傳送。當采用共路信令傳送方式時，必須將16個幀構成一個更大的幀，稱為復幀。復幀的重復頻率為500Hz，周期為2ms，復幀中各幀順次編號為F0，F1，…，F15。24幀與復幀結構幀同步碼組為X0011011，它插入在偶數幀的TPCM24路制式基群幀結構PCM24路制式基群幀結構由24路組成。每路話音信號抽樣速率fs=8000Hz，每幀時間間隔為125μs。一幀共有24個時隙。各個時隙從0到23順序編號，分別記作TS0，TS1，TS2，…，TS23，這24個路時隙用來傳送24路電話信號的8位編碼碼組。為了提供幀同步，在TS23路時隙后插入1比特幀同步位(第193比特)。這樣，每幀時間間隔125μs，共包含193個比特。信息傳輸速率為：fb=8000(24×8+1)=1.544Mb/s25PCM24路制式基群幀結構PCM24路制式基群幀結構由24路PCM24路制式幀結構PCM24路制式與PCM30/32路制式的幀結構不同，12幀構成一個復幀，復幀周期為1.5ms。12幀中奇數幀的第193比特構成101010幀同步碼組。而偶數幀的第193比特構成復幀同步碼000111。這種幀結構同步建立時間要比PCM30/32幀結構長。26PCM24路制式幀結構PCM24路制式與PCM30/32路第八章多路復用技術頻分多路復用時分多路復用數字復接技術其它復用技術27第八章多路復用技術頻分多路復用27數字復接技術在數字通信系統中，為了擴大傳輸容量，通常將若干個低等級的支路比特流匯集成一個高等級的比特流在信道中傳輸。這種將若干個低等級的支路比特流合成為高等級比特流的過程稱為數字復接。完成復接功能的設備稱為數字復接器。在接收端，需要將復合數字信號分離成各支路信號，該過程稱為數字分接，完成分接功能的設備稱為數字分接器。由于在時分多路數字電話系統中每幀長度為125μs，因此，傳輸的路數越多，每比特占用的時間就越少，實現的技術難度也就越高。28數字復接技術在數字通信系統中，為了擴大傳輸容量，通常將若干個數字復接原理數字復接實質上是對數字信號的時分多路復用。數字復接設備由數字復接器和數字分接器組成。數字復接器將若干個低等級的支路信號按時分復用的方式合并為一個高等級的合路信號。數字分接器將一個高等級的合路信號分解為原來的低等級支路信號。在數字復接中，如果復接器輸入端的各支路信號與本機定時信號是同步的，則稱為同步復接器；如果不是同步的，則稱為異步復接器。如果輸入各支路數字信號與本機定時信號標稱速率相同，但實際上有一個很小的容差，這種復接器稱為準同步復接器。29數字復接原理數字復接實質上是對數字信號的時分多路復用。29數字復接系統原理圖30數字復接系統原理圖30數字復接原理在數字復接器中，碼速調整單元對輸入各支路信號的速率和相位進行必要的調整，形成與本機定時信號完全同步的數字信號，使輸入到復接單元的各支路信號同步。定時單元受內部時鐘或外部時鐘控制，產生復接需要的各種定時控制信號。調整單元及復接單元受定時單元控制。在分接器中，合路數字信號和相應的時鐘同時送給分接器。分接器的定時單元受合路時鐘控制，因此它的工作節拍與復接器定時單元同步。同步單元從合路信號中提出幀同步信號，用它再去控制分接器定時單元。恢復單元把分解出的數字信號恢復出來。31數字復接原理在數字復接器中，碼速調整單元對輸入各支路信號的速PCM高次群PCM30/32路與PCM24路時分多路數字電話系統，稱為數字基群或一次群。如果要傳輸更多路的數字電話，則需要將若干個一次群數字信號通過數字復接設備復合成二次群，二次群復合成三次群等。我國和歐洲各國采用以PCM30/32路制式為基礎的高次群復合方式，北美和日本采用以PCM24路制式為基礎的高次群復合方式。32PCM高次群PCM30/32路與PCM24路時分多路數字電話數字復接產生高次群系統類型一次群二次群三次群四次群五次群歐洲體制(含中國)符號E1E2E3E4E5話路數3012048019207680數據速率kb/s2048844834368139264565148北美體制符號T1T2T3T4話路數24966724032數據速率kb/s154463124473627417633數字復接產生高次群系統類型一次群二次群三次群四次群五次群歐洲第八章多路復用技術頻分多路復用時分多路復用數字復接技術其它復用技術34第八章多路復用技術頻分多路復用34波分多路復用技術

波分多路復用（WDM-WaveDivisionMultiplexing）實質上就是光的頻分復用，它利用了光具有不同的波長的特征。原理：利用波分復用設備（如衍射光柵）將不同信道的信號調制成不同波長的光，并復用到光纖信道上。在接收方，采用相同設備分離不同波長的光。35波分多路復用技術波分多路復用（WDM-WaveDivis波分復用技術的應用在光纖通信中，為了實現長距離范圍的高速傳輸，通常采用波分復用技術和光纖放大器。目前的摻鉺光纖放大器EDFA(ErbiumDopedFiberAmplifier)不需要進行光電轉換，可直接對光信號進行放大，并且在1550nm波長附近有35nm(即4.2THz)頻帶范圍可提供均勻的、最高可達40～50dB的增益。兩個光纖放大器之間的線路長度可達120km，而光復用器和分用器之間的無光電轉換的距離可達600km(只需放入4個光纖放大器)。36波分復用技術的應用在光纖通信中，為了實現長距離范圍的高速傳輸波分多路復用之例設：一根單模光纖傳輸一路信號的數據傳輸速率為2.5Gb/s。8路傳輸速率為2.5Gb/s的光載波的總速率=8×2.5Gb/s=20Gb/s。摻鉺光纖放大器EDFA(ErbiumDopedFiberAmplifier)37波分多路復用之例設：一根單模光纖傳輸一路信號的數據傳輸速率為密集波分復用在一根光纖上復用80路或更多路的光載波信號稱為密集波分復用(

DWDM-DenseWavelengthDivisionMultiplexing)；對于具有100根速率為2.5Gb/s光纖的光纜，采用16倍的密集波分復用技術，可以實現的總數據傳輸速率達4Tb/s。（1T=1012）38密集波分復用在一根光纖上復用80路或更多路的光載波信號稱為密碼分多路復用技術碼分多路復用(CDMA，CodeDivisionMultiplexingAccess)是按照碼型結構的不同來區分各路用戶信號，也稱為碼分多址。每一個用戶可以在同樣的時間使用同樣的頻帶進行通信。各用戶使用經過特殊挑選的不同碼型，因此彼此不會造成干擾。這種系統發送的信號有很強的抗干擾能力，其頻譜類似于白噪聲，不易被敵人發現。可提高通信的話音質量和數據傳輸的可靠性，減少干擾對通信的影響，增大通信系統的容量(是使用GSM的4～5倍)，降低手機的平均發射功率等等。39碼分多路復用技