1、第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1第三章第三章 数字多路复用技术数字多路复用技术 多路复用的概念多路复用的概念 双工技术双工技术 多址技术多址技术 分组无线电分组无线电 技术技术 数字基群复用技术数字基群复用技术 循环冗余校验技术及其应用循环冗余校验技术及其应用 第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1电磁波频率电磁波频率第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1多路复用的概念多路复用的概念 为了提高信道利用率，在传输过程中都采用复用方式即多个信号在一条信道上传输。频分多路复用(FDM)时分多路复用(TDM)码分复用（CDM）第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1
2、双工技术双工技术 二线/四线概念 第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1二线数字双工传输二线数字双工传输 二线数字双工传输，是指在二线用户环路上实现收、发双向数字传输，这是一种信道收发复用技术。最常用的有两种方法：基于时分（TDM）双工原理的时间压缩法；传统模拟二线原理和数字信号处理技术为基础的回波抵消法。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时间压缩法时间压缩法(乒乓法乒乓法)工作原理图:Tr原脉宽 Tc发送脉宽 Td传输延时 TdMAX允许的最大传输延时 Tg延时余量 K单位距离延时 L传输距离第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时间压缩法的计算时间压缩法的计算参
3、数及计算公式:Tr原脉宽 Tc发送脉宽 Td传输延时 TdMAX允许的最大传输延时 Tg延时余量 K单位距离延时 L传输距离 crdTTT21max2/maxgddTTTKLTdrcLoTTffrgLTTKLff2/210第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时间压缩法的计算举例时间压缩法的计算举例 均匀码流速率f064kbits，采样周期Tr125us，线路突发传码速率fl=256kbit/s，电缆每公里延时时间K5us/km，延时余量Tg=22.5us，则求得传输距离为L4km，当不留延时余量Tg=0，则求得最大传输距离Lmax=6.25km。在05mm线径的铜线上，其传输距离可以
4、达到45km。rgLTTKLff2/210第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1回波抵消法原理回波抵消法原理 回波抵消法允许通信双方同时以原数据速率在二线用户环路上收发信号，这样线路上将同时存在两端的发送信号。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1回波抵消法的计算回波抵消法的计算接收端根据信道的传输特性和本端的发送信号特性，自动估算出接收信号中包含的本端发送信号分量，并将其从接收信号中减去，即得到对端发来的信号。复制网络复制的回波为：残余回波为：)()(1*ikxhkynii)()(1ikxhkyMii)()()()()(1*ikxkhhkykykeiMii第第3章章 数字多路
5、复用技术数字多路复用技术1性能分析性能分析 要想最大限度地限制回波，必须调整所有的要想最大限度地限制回波，必须调整所有的hi(k)值尽可能值尽可能地接近对应的地接近对应的hi*值。值。采用回波抵消法，可以在二线用户环路上实现速率为160kbit/s（其中包括（2BD）信号的144kbit/s以及用于传送同步信息和维护管理信息的辅助通路信号的16kbits）数字信号双向传输。与乒乓法相比，它的实现技术比较复杂。但因其线路信号速率低，故传输距离长。例如，在05mm线径的铜线上，其传输距离可达67km。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1有线双工技术有线双工技术 双工技术是在一条通信信道上
6、同时实现双相通信的技术，以下以光纤通信为例，介绍有线双工技术，但本原理同样适用于无线信道。在一根光纤上实现双工，可以有多种方法，基于光信号分割：空分双工（SDD）、向分双工（DDD）、波分双工（WDD）。基于光电信号分割：时分双工（TDD）、码分双工（CDD）、频分双工（FDD）。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1空分双工（空分双工（SDD）空分双工技术是使用两根光纤分别传输两个不同方向的空分双工技术是使用两根光纤分别传输两个不同方向的光信号光信号 第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1向分双工（向分双工（DDD）使用定向耦合器实现单纤双工传输的一种技术 向分双工技术允许使
7、用同纤同波长进行双向通信向分双工技术允许使用同纤同波长进行双向通信 第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1波分双工（波分双工（WDD）使用两个不同波长，来区分两个不同传输方向的一种单纤双使用两个不同波长，来区分两个不同传输方向的一种单纤双工传输技术工传输技术。在向分双工的基础上，引入了两个光滤波器而实现的，利用光滤波器可以克服向分双工中发送信号对接收信号的干扰。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1码分双工（码分双工（CDD）在信号码域来分割双向传输电信号的一种单纤同波长双工传信号码域来分割双向传输电信号的一种单纤同波长双工传输技术。输技术。码分双工的使用仅限于数字信号传输码分
8、双工的使用仅限于数字信号传输。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1频分双工（频分双工（FDD）频分双工又称为副载波双工频分双工又称为副载波双工，是将两个传输方向的电信号分别调制到指定的副载波上，然后再调制同一波长的光信号，送到同一根光纤传输。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时分双工（时分双工（TDD）时分双工又称为时间压缩（TCM）。光纤媒质更适于时分双工传输。因为，由时分双工导致的线路速率提高而引起的光纤传输损耗，不会高于铜双线传输损耗。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1无线双工技术无线双工技术 在无线通信系统中，可以让用户在发送信息给基站的同时，接收从基
9、站来的信息。双工的方式通常在无线电话系统中也是需要的。用频域技术或时域技术都可能做到双工用频域技术或时域技术都可能做到双工。频分双工（FDD）为每一个用户提供了两个确定的频率波段。前向波段提供从基站到移动台的传输，反向波段提供从移动台到基站的传输。时分双工（TDD）是用时间而不是频率来提供前向链路和反向链路 第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1多址技术多址技术 在接入网和无线通信大量发展的的今天，利用双工和多路复用技术的多用户接入技术，称为多址技术得到了充分的发展。多址方式允许许多用户同时共享有限的信道频谱。需要分配有效带宽（或者有效信道）给多个用户来获得高系统容量。频分多址（频分多
10、址（FDMA），时分多址（），时分多址（TDMA）和码分多址）和码分多址（CDMA）是在通信系统中共享有效带宽的三个主要接入技术。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1多址技术原理多址技术原理第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1多址技术举例多址技术举例第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1频分多址（频分多址（FDMA）（）（1）频分多址（FDMA）的正交条件第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1频分多址（频分多址（FDMA）（）（2）频分多址（FDMA）为每 一个用户指定了特定信道。在呼叫的整个过程中，其 他用户不能共享这一频段。第第3章章 数字多路复用技术数
11、字多路复用技术1频分多址（频分多址（FDMA）（）（3）在FDD系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱；一个频谱用作前向信道 一个频谱用作反向信道 实现双向通信 第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1频分多址（频分多址（FDMA）（）（4）FDMA信道每次只能传送一个电话。（缺）如果一个FDMA信道没有使用，那么它就处于空闲状态，并且不能被其他用户使用以增加或共享系统容量。实质上是一种资源浪费。在分配好语音信道后，基站和移动台就会同时地连续不断的发射。（状态）FDMA信道的带宽相对较窄（30kHz），因为每个信道的每一载波仅支持一个电路连接。也就是说，FDMA通常在窄带系统中实现。（缺
12、）符号时间与平均延迟扩展相比较是很大的。这就意味着符号间干扰的数量低，因此在FDMA窄带系统中几乎不需要或根本不需要均衡。（优）与TDMA系统相比，FDMA移动系统要简单的多，尽管TDMA改善了数字信号处理。（优）既然FDMA是一种不间断发送模式，那么相对于TDMA而言，就需要较少的二进制比特来满足系统开销（例如同步和组帧比特）（优）FDMA系统相对于TDMA系统有更高的小区站点系统开销，因为FDMA系统的每载波单个信道的设计，以及它需要使用带通滤波器去消除基站的杂散辐射。（缺）由于发送机和接收机同时工作，所以FDMA移动单元使用双工器。这就增加了FDMA用户单元和基站的费用。（缺）FDMA需
13、要用精确的射频（RF）滤波器来把相邻信道的干扰减到最小。（缺）（最主要的缺点）交调干扰。（最主要的缺点）交调干扰。在FDMA中的非线性效应一一一在一个FDMA系统中，许多信道在一个基站中共享同一个天线。功率放大器或功率合成器当工作在或接近最大功率时，是非线性的。这非线性导致了频域的信号扩展，以及产生了交调（IM）频率。IM是不希望得到的RF辐射。它在FDMA系统中能干扰其他信道。频谱的扩展导致了相邻信道的干扰。不希望得到的谐波是交调频率的产物。在移动无线波段以外产生的谐波，造成对临近业务的干扰，而那些存在于波段内的谐波，造成对在移动系统内其他用用户的干扰。（例子）第一个美国模拟蜂窝系统，高级移
14、动电话系统（AMPS）是以FDMAFDD为基础的。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1频分多址（频分多址（FDMA）（）（5）在FDMA系统中可以同时支持的信道数可用公式：其中，Bt是系统带宽，B保护是在分配频谱时的保护带宽，Bc是信道带宽。ctBBBN保护2第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时分多址（时分多址（TDMA）（1）时分多址（TDMA）系统把无线频谱按时隙划分，并且在每一个时隙仅允许一个用户，要么接收要么发射。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时分多址（时分多址（TDMA）（2）在TDMAFDD系统中，有一个完全相同或相似的帧结构，要么用于前向传送
15、要么用于反向传送，但前向和反向链路是不同的。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时分多址（时分多址（TDMA）（3）TDMA使几个用户共享一个载波频率几个用户共享一个载波频率，并且每一用户利用不相互交叉的时隙。每一帧的时隙数取决于几个因素，如调制技术、有效带宽等等。（特点）对用户来说，TDMA系统的数据传送不是连续的，而是分组发送的。这就使电池消耗低电池消耗低，因为当用户发射机（在大多数时间）不用时可以关掉。（优）由于在TDMA中的不连续发送，切换处理对一个用户单元来说是很简单切换处理对一个用户单元来说是很简单的，因为它可以利用空闲时隙监听其他基站。移动辅助切换（MAHO）这样的增强
16、链路控制方式，可由一个用户通过在TDMA帧中空闲时隙的监听来执行。（优）TDMA用不同的时隙来发射和接收，因此不需要双工器。既使使用FDD技术，在用户单元内部的切换器，就能满足TDMA在接收机和发射机间的切换，而不使用双工器而不使用双工器。（优）在TDMA中，具有自适应均衡器是必要的。自为相对于FDMA信道，TDMA信道的发射速率通常要高发射速率通常要高的多。（缺）在TDMA中，应把保护时间减到最小。如果为了缩短保护时间而把一个时隙边缘的发射信号过分地压缩，那么发射频谱将增大并且导致对临近信道的干扰发射频谱将增大并且导致对临近信道的干扰。（缺，矛盾）由于分组发射而使在TDMA系统中需要较高的同
17、步开销需要较高的同步开销。因为TDMA发射被时隙化了，所以就要求接收机与每一个数据分组保持同步。而且，保护时隙对分开用户是必要的，这导致TDMA系统相对于FDMA系统有更大的系统开销。（缺）TDMA一个优点是它有可能分配给不同用户一帧中不同数目的时隙。因此，可以利用基于优先权重新分配时隙的方法，按照不同用户的要求来提供带按照不同用户的要求来提供带宽。（优）第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时分多址（时分多址（TDMA）（4）TDMA的效率：是指在发射的数据中信息所占的百分比，不包括为接入模式而提供的系统开销。系统开销。帧效率帧效率 f：是指发射数据比特在每一帧中所占的百分比。注意，
18、发射的数据可以包括原始数据和信道编码，因此一个系统的原始终端用户的效率通常小于f。帧效率按如下方法求出。每一帧系统开销数是：其中，Nr是每一帧参考码组的数目，Nt是每一帧业务码组的数目，br是每参考码组的开销比特，bp是每一时隙中每头比特的开销比特数，bg是每一保护时间间隔的等效比特数。grgtptrrOHbNbNbNbNb第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时分多址（时分多址（TDMA）（5）RTbfT%100)1(TOHfbbctotBBBmN）保护2(第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1时分多址（时分多址（TDMA）（6）第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1
19、时分多址（时分多址（TDMA）（7）第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1码分多址（码分多址（CDMA）（）（1）在码分多址（CDMA）系统中，窄带信号被乘以叫作扩频信号窄带信号被乘以叫作扩频信号的宽带信号的宽带信号。扩频信号是一个伪随机代码序列，此码片速率比消息中的数据速率高若干数量级。CDMA系统中的所有用户使用同一载频，并且可以同时发射。第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1码分多址（码分多址（CDMA）（）（2）CDMA系统的许多用户共享同一频率系统的许多用户共享同一频率。不管使用的是TDD技术还是FDD技术。（优）与TDMA和FDMA不同，CDMA具有软容量限制具有软
20、容量限制。增加CDMA系统中的用户数目会线性增加噪音背景。因此，CDMA中对用户数目没有绝对的限制。当然，当用户数目增加时，对所有用户而言系统性能会逐渐下降，相应的，当用户数目减少时，性能会提高。（优）由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落由于信号被扩展在一较宽频谱上而可以减小多径衰落。如果频谱带宽比信道的相关带宽大，那么固有的频率分集将减少小尺度衰落的作用。（优）在CDMA系统中，信道数据速率很高。因此，符号（码片）时长很短，而且通常比信道时长扩展小的多。因为PN序列有低的自相关性，所以超过一个码片延迟的多径将被认为是噪音。可以使用RAKE接收机，通过收集所需要信号中不同时延的信号来
21、提高接收的可靠性。（分集接收，优）因为CDMA使用同信道小区，所以它可以用宏空间分集来进行软切换软切换。软切换由移动交换中心（MSC）来执行，MSC可以同时监视来自两个或多个基站的特定用户信号 MSC可以选择任意时刻信号最好的一个，而不用切换频率。（优）自干扰是CDMA系统的一个问题。自干扰是由不同用户的扩频序列并不完全正交造 成的。在一特定PN代码的解扩中，对一个指定用户而言，接收机判决统计的非零成分可能来自于系统中其他用户的发射。（缺）如果其他用户有比目标用户更高的功率，那么在CDMA接收机上就会出现远-近问 题。（缺）第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1码分多址（码分多址（CDMA）（）（3）第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1空分多址（空分多址（SDMA）空分多址（SDMA）控制 了用户的空间辐射能量 第第3章章 数字多路复用技术数字多路复用技术1谢谢谢谢
