ch41频分多路复用解析.pptx

第第4章章 多路复用技多路复用技术 实际通信系通信系统中中经常要在常要在异地异地之之间同同时传送多路信号，一般采用送多路信号，一般采用:近距离多路信号近距离多路信号传输：采用多路低速：采用多路低速传输介介质分分别传输多路信号多路信号 远距离多路信号距离多路信号传输：采用一条高速采用一条高速传输介介质传输多路信号多路信号多路复用技多路复用技术术SourceDestination多条低速传输介质SourceDestination一条高速传输介质总局交换台1(端局1)交换台m(端局m)用户1用户2用户n总局一条高速信道（光纤）（光纤）一条高速信道（同轴电缆）（同轴电缆）多条低速信道（双绞线）（双绞线）每一部电话都有两根铜线直接连到电话公司最近的端局端局（end office)(也叫本地中心局本地中心局，local central office),这段距离通常为1KM10KM,在市区的距离比中农村短客户电话和端局之间的双线连接在电话行业中被称为本地回本地回路路（local loop)多路复用技术：采采用用一一条条高高速速传输介介质（信信道道）来来分分时/分分频率率传送送多多路路低低速速信信号从而有效地提高号从而有效地提高传输介介质的利用率的利用率。采用多路复用技采用多路复用技术原因：原因：数数据据传输率率越越高高，传输系系统的的性性能能价价格格比比越越高；高；大大多多数数通通信信设备要要求求达达到到的的数数据据传输率率并并不不很高很高第第4章章 多路复用技多路复用技术4.1 多路复用的基本概念多路复用的基本概念4.2 频分多路复用分多路复用(FDM)4.2.1 FDM原理原理 4.2.2 FDM标准化准化 4.2.3 FDM 性能性能评价价 4.2.4 FDM应用系用系统_电话系系统 4.2.5 FDMFDM应用系用系统_ _有有线电视4.3 4.3 波分多路复用波分多路复用4.4 同步同步时分多路复用分多路复用(TDM)4.5 统计时分多路复用分多路复用(STDM)4.6 多路复用技多路复用技术的比的比较 4.1 多路复用技多路复用技术基本概念基本概念定义：将一些彼此无关的低速信号按照将一些彼此无关的低速信号按照一定的方法和一定的方法和规则合成一路复用信号，合成一路复用信号，并在一条公用（高速）信道上并在一条公用（高速）信道上进行数据行数据传输，到达接收端再，到达接收端再进行分离的一种技行分离的一种技术。多路信号多路信号一路复用信号一路复用信号一路接收信号一路接收信号多路信号多路信号合成合成分解分解SourceDestination通路：通路：一条物理链路，可由多条通道组成。一条物理链路，可由多条通道组成。通道：通道：通路中用来完成一路信号传输的单位通路中用来完成一路信号传输的单位图图4-1多路复用技术示意图多路复用技术示意图 多路复用技术示意图多路复用技术示意图信道（channel)：是指以传输媒介为基础的信号通道。Path理理论依据：依据：信道多路复用的理信道多路复用的理论基基础是是信号分割原理信号分割原理。信号分割的依据在于信号之信号分割的依据在于信号之间的差的差别.这种差种差别可以体可以体现在在频率、率、时间或或波形波形等参等参量上。量上。多路复用技术理论依据多路复用技术理论依据信道多路复用的理信道多路复用的理论基基础是信号分割原理。信是信号分割原理。信号分割的依据在于信号之号分割的依据在于信号之间的差的差别按照按照频率率 频分多路复用分多路复用(Frequency-Division Multiplex(Address),FDM,(FDMA)按照按照时间 时分多路复用分多路复用(Time Division Multiplex(Address),TDM(TDMA)）同步同步时分多路复用（同步）分多路复用（同步）统计时分多路复用（异步）分多路复用（异步）多路复用分类多路复用分类根据根据码型型(波形波形)结构的不同来构的不同来实现信号分割的多路复用称信号分割的多路复用称为码分多路复用分多路复用或或码分多址分多址(Code DivisionMultiplex(Code DivisionMultiplex Address,CDMAAddress,CDMA）此外，此外，还有两种特殊的复用方式：有两种特殊的复用方式：空分多路复用空分多路复用(Space Divisicn Multiplex,SDM)(Space Divisicn Multiplex,SDM)波分多路复用波分多路复用(Wavelength Divisicn Multiplex,(Wavelength Divisicn Multiplex,WDM)WDM)多路复用分类多路复用分类手机上网卡光纤电缆C(T)DMA手机手机优点点与与GSM手机相比，手机相比，一、一、发射功率极小射功率极小(2mw),CDMA手机可以手机可以说是名副其是名副其实的的绿色手机，色手机，只是我只是我们现在使用的在使用的GSM手机手机(功率功率为125mw)的的160，甚至低，甚至低 于于电视屏幕屏幕产生的生的辐射功率；射功率；二、二、先先进的切的切换技技术软切切换技技术(即切即切换是先接是先接续好后再中断好后再中断)，使得使得CDMA手机的通手机的通话可以与固定可以与固定电话媲美，而且没有媲美，而且没有GSM手手 机的掉机的掉线现象；象；三、三、投投资相相对减少减少,使用使用CDMA网网络，这就就为CDMA手机手机资费的下的下调 预留了空留了空间；四、四、调制和多址通信方式制和多址通信方式，其容量比模，其容量比模拟技技术高高10倍，超倍，超过GSM网网 络约4倍；倍；五、五、采用采用视频应用用，从而使手机从只能打，从而使手机从只能打电话和和发送短信息等狭窄的送短信息等狭窄的 服服务中走向中走向宽带多媒体多媒体应用。用。3G手机手机3G，其，其实它的全称它的全称为3rd Generation，含，含义就是指第三就是指第三代数字通信。代数字通信。3G手机是通信手机是通信业和和计算机工算机工业相融合的相融合的产物物 相相对第一代模第一代模拟制式手机制式手机(1G)和第二代和第二代GSM、TDMA等数等数字手机字手机(2G)，第三代手机一般地，第三代手机一般地讲，是指将无是指将无线通信与国通信与国际互互联网等多媒体通信网等多媒体通信结合的新一代移合的新一代移 动通信系通信系统。它能它能够处理理图像、音像、音乐、视频流等多种媒体形式，提供包流等多种媒体形式，提供包括网括网页浏览、电话会会议、电子商子商务等多种信息服等多种信息服务。为了了提供提供这种服种服务，无，无线网网络必必须能能够支持不同的数据支持不同的数据传输速速度，也就是度，也就是说在室内、室外和行在室内、室外和行车的的环境中能境中能够分分别支持支持至少至少2Mbps(兆字兆字节每秒每秒)、384kbps(千字千字节每秒每秒)以以及及144kbps的的传输速度。速度。只要各路信号在只要各路信号在时间上不重叠，就可以上不重叠，就可以在同一信道内在同一信道内传输，解复用器端用，解复用器端用门电路路将复合信号分开，将复合信号分开，实现时分多路复用。分多路复用。FDM和和TDM4.2 频分多路复用（FDM）1.FDM1.FDM对传输介质带宽要求：对传输介质带宽要求：FDMFDM是是根根据据频频率率参参量量的的差差别别来来分分割割信信号号的的，当当传传输输介介质质的的带带宽宽大大于于所所要要传传输输的的所所有有信信号号的带宽总和时，就可采用的带宽总和时，就可采用FDMFDM。2.FDM2.FDM对各路信号的要求：对各路信号的要求：只只要要各各路路信信号号在在频频谱谱上上不不重重叠叠，即即可可以以在在同同一一信信道道中中传传输输，最最后后用用滤滤波波器器将将其其分分开开，实实现频分多路复用。现频分多路复用。频分多路复用（FDM）3.3.实现各路信号频谱不重叠的方法：实现各路信号频谱不重叠的方法：调制调制在在FDMFDM中中，将将每每个个信信号号调调制制到到不不同同的的载载波波频频率率上上，调调制制后后的的信信号号被被组组合合成成可可以以通通过过媒介传输的复合信号；媒介传输的复合信号；要要保保证证载载波波频频率率之之间间的的间间距距要要足足够够大大，即能够保证这些信号的带宽不会重叠即能够保证这些信号的带宽不会重叠一一条条通通路路,4个个通通道道,4种种频率率（f1，f2，f3，f4）在每一条通道在每一条通道间使用使用保护频带进行隔离。行隔离。图图4-34-34.2 频分多路复用（FDM）4.2.1 FDM4.2.1 FDM基本原理基本原理4.2.2 FDM4.2.2 FDM标准化准化4.2.3 4.2.3 FDM FDM 性能性能评价价4.2.4 FDM4.2.4 FDM应用系用系统_ _电话系系统4.2.5 FDM4.2.5 FDM应用系用系统_ _有有线电视4.2.1 FDM基本原理发送端：送端：调制制合成合成传输（复合信号）（复合信号）图图4-4 频分复用发送器频分复用发送器FDM基本原理接收端：接收端：滤波波(BPF)解解调(Demodulator)图图4-4 频分复用接收器频分复用接收器 FDM处理过程FDM频分多路复用是一个模分多路复用是一个模拟过程，多用于程，多用于模模拟信号信号的的传输。FDM系统最常见的应用就系统最常见的应用就是是电话系统。电话系统。下面我们以话音信号为例，说明下面我们以话音信号为例，说明FDM的复用的复用和解复用过程。和解复用过程。复用过程：图4-5说明了如何使用FDM将3个话音通道复用在一起。每个话音信号的频率范围都是很相近的。在复用器中，这些相似的信号被调制到不同的载波频率（f1，f2，f3）上。然后，将调制后的信号合成为一个复用信号并通过宽频带的传输媒介传送出去。注意本注意本图中中水平坐水平坐标轴表示表示频率率，而不是，而不是时间。另另外外，调制制后后的的复复合合信信号号带宽要要大大于于每每个个输入入信信号号带宽的的3倍，因倍，因为通道之通道之间要有相要有相应的保的保护频带。保保护频带的的宽度是由度是由CCITT的有关建的有关建议选定的。定的。图图4-5 复用过程复用过程 解复用过程是复用过程的逆过程。解复用过程是复用过程的逆过程。解复用器采用滤波解复用器采用滤波器将复合信号分解成各个独立信号。然后，每个信号器将复合信号分解成各个独立信号。然后，每个信号再被送往解调器将它们与载波信号分离。最后将传输再被送往解调器将它们与载波信号分离。最后将传输信号送给接收方处理。图信号送给接收方处理。图4 4-6 显示了解复用的过程。显示了解复用的过程。图图4-6 解复用过程解复用过程 4.2.2 FDM标准化准化AT&T分级结构分级结构：12路路电话复用到复用到60kHz108kHz的的频带上，构成一个上，构成一个 群群(Group，48kHz)；5个群个群(60路路电话)复用到复用到312kHz552kHz的的频带上，构成一上，构成一个个超群超群(Supergroup，240kHz)；5个超群个超群(300路路电话)复用到复用到812kHz2044kHz的的频带上，构上，构成一个成一个主群主群(Mastergroup，1.12MHz)；3个主群个主群(900路路电话)复用到复用到8516kHz12388kHz的的频带上，上，构成一个构成一个超主群超主群(Supermastergroup)；4个超主群个超主群(360路路电话)复用到复用到42612kHz59684kHz的的频带上，构成一个上，构成一个巨群巨群(Gaintgroup)。4.2.3 FDM 性能性能评价价优点：点：系系统效效率率较高高，充充分分利利用用传输媒媒介介带宽，技技术也也比比较成熟；模成熟；模拟通信技通信技术中常用。中常用。缺点：缺点：对于于信信道道的的非非线性性失失真真具具有有较高高的的要要求求，因因为非非线性失真会造成性失真会造成严重的串音和交叉重的串音和交叉调制干制干扰；FDMFDM所所需需载波波量量大大，所所需需设备随随输入入信信号号的的增增多多而而增增多，多，设备繁繁杂，不易小型化。，不易小型化。FDMFDM本身不提供差本身不提供差错控制。控制。4.2.4 FDM应用系用系统_电话系系统一、一、电话系系统二、二、电话网网络三、有三、有线电视传输介介质：双双绞线4.2.4 FDM应用系用系统_电话系系统一、一、电话系系统：FDM最典型的应用就是最典型的应用就是话音信号频分多路载波话音信号频分多路载波通信系统通信系统。滤波器将每个话音通道的带宽限。滤波器将每个话音通道的带宽限制在制在3000Hz左右。当多个通道被复用在一左右。当多个通道被复用在一起时，每个通道分配起时，每个通道分配4000Hz的带宽，以便的带宽，以便彼此频带间隔足够远，防止出现串音；如果彼此频带间隔足够远，防止出现串音；如果三种话音信号分别被调制到三种话音信号分别被调制到64，68和和72kHz的载波频率上，且只取其低边带，所得到的的载波频率上，且只取其低边带，所得到的频谱如图频谱如图4 4-10所示所示。图图4-7 三个话音信号多路复用频谱图三个话音信号多路复用频谱图 FDM应用系统应用系统_电话系统电话系统FDM应用系用系统_电话系系统注意两个注意两个问题：第第一一，防防止止串串扰问题。如如果果相相邻话路路信信号号的的频带重重叠叠，串串话现象象就就可可能能发生生。如如前前所所述述，对话音音信信号号来来说，它它的的有有效效带宽只只有有3000Hz，如如果果取取信信道道子子频带为4000Hz，就就可可以以避避免免串串扰现象象的的发生。生。第第二二，减减少少噪噪声声。对于于远距距离离的的通通信信，放放大大器器对某某条条信信道道上上的的信信号号带来来的的非非线性性影影响响可可能能会会在在其其它它信信道道上上产生生频率率成成分分，形形成成噪噪声声干干扰其其他他信信道道的的信信号号传输。为此此，必必须在在实际设计过程程中中给予予充分的注意，力求消除其非充分的注意，力求消除其非线性效性效应。二、二、电话网网络传输系系统提供数据提供数据传输通道通道交交换系系统进行数据的交行数据的交换，设于于电话局内局内用用户系系统包括包括用用户终端端设备以及以及连接接终端与交端与交换机的机的传输线路路信令系信令系统为实现用用户间通信，在交通信，在交换局局间提供呼叫建立、提供呼叫建立、释放等控制信号放等控制信号ADSLMODEM系统分分类市市话网网单局制局制 多局制多局制汇接制接制国内国内长途网途网四四级汇接接辐射制：大区、省、地区和射制：大区、省、地区和县国国际长途网途网树形形结构：由各国构：由各国长途途电话网互网互联而成而成终端用户终端用户分局分局汇接局汇接局 市话汇接网络市话汇接网络汇接区汇接区A汇接区汇接区C汇接区汇接区B通话路由通话路由主叫用户主叫用户被叫用户被叫用户大区中心局大区中心局省中心局省中心局地区中心局地区中心局县中心局县中心局市话网络市话网络主叫用户主叫用户被叫用户被叫用户基干路由基干路由 高效路由高效路由 迂回转接路由迂回转接路由 国内长途网络国内长途网络国国际长途网途网络结构构CT1：七个国：七个国际中心中心局局CT2：CT1所所辖区域的区域的大国家大国家设置的中置的中间转接局接局CT3：各个国家内：各个国家内连接其接其长途网途网络的的转接接局局CT1所辖区域所辖区域NewYorkAmericaLondonWst E&MeMoscowEE NA MASydneyOceaniaTokyoEast AsiaSigaporeSE AsiaIndiaS Asia ArabCT1CT2CT3CT1CT2CT3国内网络国内网络 国际长途网络主体结构国际长途网络主体结构有线电视有线电视 系系统：FDM的另一个常的另一个常见应用是有用是有线电视传输。同轴电缆作作为传输媒介媒介同同轴电缆带宽大大约有有500MHz。一个。一个电视6MHz。一条同。一条同轴电缆可以同可以同时承承载83个个电视频道。道。（实际上由于需要保上由于需要保护频带，要小于理，要小于理论值83）。）。三、三、有线电视有线电视波分多路复用：波分多路复用：它它是频分多路复用技术在光是频分多路复用技术在光纤通道上的应用而提出的一种新的有效方法纤通道上的应用而提出的一种新的有效方法；故故传输介介质为光光纤。波分多路复用的工作原理波分多路复用的工作原理：如下如下图所示，所示，两束光波的两束光波的频率是不相同的，它率是不相同的，它们通通过棱棱镜（或光（或光栅）之后，使用了一条共享的光）之后，使用了一条共享的光纤传输；它它们到达目的到达目的结点后，再点后，再经过棱棱镜（或光（或光栅）重新分成两束光波。重新分成两束光波。4.3 波分多路复用波分多路复用波分多路复用并不是什么新的概念。只要每个波分多路复用并不是什么新的概念。只要每个信道有各自的信道有各自的频率范率范围且互不重叠，它且互不重叠，它们就能就能够以多路复用的方式通以多路复用的方式通过共享光共享光纤进行行远距离距离传输。与。与电信号的信号的频分多路复用不同之分多路复用不同之处在于，在于，波分多路复用是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解,因此极其可靠。光光纤的的带宽非常大：非常大：25000GHz交换式的波分复用系统，在，在这样的系的系统中，可以有多条中，可以有多条输入与入与输出光出光纤。在典。在典型的交型的交换式波分复用系式波分复用系统中，所有的中，所有的输入光入光纤与与输出米出米纤都都连接到接到无源的星型无源的星型的中心耦合器。的中心耦合器。每条每条输入光入光纤的光波能的光波能量通量通过中心耦合器分送到中心耦合器分送到n个个输出光出光纤中。中。这样，一个星型，一个星型结构的交构的交换式波分复用式波分复用系系统就可以支持数百条光就可以支持数百条光纤信道的多路信道的多路复用。复用。这种系种系统在未来的高速光在未来的高速光纤网网络中，将会有广泛的中，将会有广泛的应用前景。用前景。