項目六 -信道復(fù)用與多址技術(shù)

6.1多路復(fù)用和多址技術(shù)6.1.1信道定義及分類6.1.2多路復(fù)用和多址技術(shù)定義6.3碼分多址方式6.2多址通信方式6.1.3頻分復(fù)用FDM6.2.2時分多址（TDMA）方式6.1.4時分復(fù)用TDM6.2.3碼分多址（CDMA）方式6.2.4混合多址方式6.3.1碼分多址特點和技術(shù)6.3.2直接擴頻碼分多址6.3.3跳頻碼分多址第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.2.1頻分多址（FDMA）方式6.5.2PCM24路基群復(fù)接系統(tǒng)6.4.1數(shù)字復(fù)接的基本概念6.4.2數(shù)字信號的同步復(fù)接6.4.3數(shù)字信號的異步復(fù)接本章小結(jié)6.4數(shù)字復(fù)接原理6.5.1PCM30/32路基群復(fù)接系統(tǒng)第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.5CCITT基群復(fù)接系統(tǒng)本章難點本章要點?信道定義及分類?多路復(fù)用與多址技術(shù)?直接擴頻碼分多址和跳頻碼分多址?數(shù)字復(fù)接原理?CCITT基群復(fù)接系統(tǒng)多路復(fù)用與多址技術(shù)，數(shù)字復(fù)接原理第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)在通信過程中，為了提高通信系統(tǒng)信道利用率，信道中往往允許多路信號同時傳輸，在一個信道上同時傳輸多路話音信號的技術(shù)，這就是信道復(fù)用（也簡稱為復(fù)用技術(shù)）的問題。

6.1多路復(fù)用與多址技術(shù)6.1.1信道定義及分類1.信道定義信道是通信系統(tǒng)必不可少的組成部分，是信號的傳輸媒質(zhì)：通俗地說，信道是指以傳輸媒介為基礎(chǔ)的信號通道；具體地說，信道是指由有線或無線線路提供的信號通道；抽象地說，信道是指定的一段頻帶，信號在該頻帶內(nèi)通過，但同時信道也對信號產(chǎn)生干擾和損壞作用?？傮w來說，信道的作用主要是傳輸信號，通常，我們將僅指信號傳輸媒介的信道稱為狹義信道。而在通信原理的分析中，通常采用的是廣義信道。第7章信道復(fù)用與多址技術(shù)2.信道的分類（1）按信道傳輸媒質(zhì)性質(zhì)不同，可分為有線信道和無線信道。（2）按信道的組成可分為狹義信道與廣義信道。信道分類的模型圖如圖7-1所示。（3）按照信道輸入輸出端信號的類型將其分為連續(xù)信道(模擬信道)和離散信道(數(shù)字信道)。編碼器輸出譯碼器輸入調(diào)制器發(fā)轉(zhuǎn)換器媒介收轉(zhuǎn)換器調(diào)制器調(diào)制信道編碼信道圖6-1信道分類的模型圖第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.1.2多路復(fù)用與多址技術(shù)定義1.多路復(fù)用

多路復(fù)用是指為了提高信道利用率，使多個信號沿同一信道傳輸而互相不干擾的一種技術(shù)。多路復(fù)用主要有頻分多路復(fù)用、時分多路復(fù)用、碼分多路復(fù)用等幾種復(fù)用方式。多路復(fù)用技術(shù)應(yīng)用最多的主要有兩大類：頻分多路復(fù)用(FDM)和時分多路復(fù)用(TDM)。頻分多路復(fù)用用于模擬通信，時分多路復(fù)用用于數(shù)字通信。

2.多址技術(shù)多點通信系統(tǒng)中的多路復(fù)用也被稱為多址技術(shù)。目前常用的多址方式主要有：頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）以及混合多址方式等其它幾種組合方式。第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.1.3頻分復(fù)用FDM

頻分復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing)又稱載波通信，是將多路信號按頻率的不同進行復(fù)接并傳輸?shù)姆椒ā鬏旑l帶分成N個小區(qū)間，每一個小區(qū)間均能順利通過一路信號，可作為一個獨立的傳輸信道使用。如圖6-2所示。ft0CH3CH2CH1保護頻帶圖6-2頻分復(fù)用示意圖如圖6-3所示為頻分復(fù)用電話通信系統(tǒng)的原理圖，采用SSB調(diào)制搬移頻譜，以節(jié)省頻帶。頻分復(fù)用技術(shù)的特點是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ?，每一路信號傳輸時可不考慮傳輸時延，因而頻分復(fù)用技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復(fù)用(FDM)外，還有一種是正交頻分復(fù)用(OFDM)。

頻分復(fù)用的主要缺點：要求系統(tǒng)的非線性失真很小，否則將因非線性失真而產(chǎn)生各路信號間的互相干擾；用硬件實現(xiàn)時，設(shè)備的生產(chǎn)技術(shù)較為復(fù)雜，特別是濾波器的制作和調(diào)試較繁難；而且成本較高。

第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)300-3400Hz300-3400Hz12.3-15.4kHz多路信號輸出話音輸入1話音輸入2話音輸入3300-3400Hz8.3-11.4kHz4kHz12kHz8kHz相乘器帶通濾波器低通濾波器f1相乘器帶通濾波器低通濾波器f2相乘器帶通濾波器低通濾波器f34.3-7.4kHz多路信號輸入4.3-7.4kHz8.3-11.4kHz12.3-15.4kHz8kHz12kHz4kHz相乘器f1相乘器f2相乘器fn低通濾波器低通濾波器低通濾波器3400Hz3400Hz3400Hz低通濾波器低通濾波器低通濾波器話音輸出1話音輸出2話音輸出n（a）（b）圖6-3頻分復(fù)用電話通信系統(tǒng)的原理圖（a）發(fā)送端多路信號的復(fù)接；（b）接收端多路信號的分接第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.1.4時分復(fù)用TDM

時分復(fù)用(TDM，TimeDivisionMultiplexing)就是將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時間片(簡稱時隙)，并將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內(nèi)獨占信道進行數(shù)據(jù)傳輸。時分復(fù)用通信也稱時間分割通信，是利用各路信號在信道上占有不同的時間間隔的特征來分開各路信號的。它是數(shù)字電話多路通信的主要方法，因而PCM通信常稱為時分多路通信。如圖6-4所示，就是把一個傳輸通道進行時間分割以傳送若干話路信息的示意圖。時分復(fù)用的實現(xiàn)我們一般采用電子旋轉(zhuǎn)開關(guān)來實現(xiàn)，原理圖如圖6-5所示。圖6-4時分復(fù)用示意圖t保護時間CH1CH2

CHnf0f′1(t)f′n(t)f′2(t)21nn21fn(t)f1(t)f2(t)信道量化編碼解碼k1k2圖6-5時分多路復(fù)用原理圖第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.2多址通信方式多址通信現(xiàn)在已經(jīng)在衛(wèi)星通信中廣泛應(yīng)用，可以說多址通信就是衛(wèi)星通信的一個顯著的特點，如圖6-6所示為衛(wèi)星多址通信的示意圖，衛(wèi)星手持機陸地移動站大、中型地球站空中移動站海上移動站VSAT圖6-6衛(wèi)星多址通信的示意圖在衛(wèi)星天線波束覆蓋區(qū)內(nèi)的任意兩點都可以進行雙邊或者多邊通信。也就是都能夠?qū)崿F(xiàn)多址通信技術(shù)。任何一個信號都可以有主要的幾個參數(shù)決定，最主要的是信號的頻率、信號出現(xiàn)的時間和信號所處的空間等參數(shù)，信號的差別可以通過以上幾個參數(shù)的差別來反映。目前常用的多址方式主要有：頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）以及混合多址方式等其它幾種組合方式。在信道分配技術(shù)中，信道一詞在不同技術(shù)中含義是不同的。在FDMA中，指傳輸信號的不同載波頻段；在TDMA中，是指傳輸信號存在的不同時間間隔；在CDMA中，是指傳輸信號的不同正交碼組。第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.2.1頻分多址（FDMA）方式1.工作原理FDMA頻分多址技術(shù)是采用調(diào)頻的一種多址技術(shù)，是將可以使用的總頻段劃分為若干占用較小帶寬的頻道，這些頻道在時域上互不重疊，每一個頻道就是一個通信信道，可以分配給一個用戶使用。一個典型的FDMA頻道劃分如圖6-7所示。頻率功率時間信道N信道1信道N信道1收發(fā)間隔收發(fā)間隔信道帶寬圖6-7FDMA頻道劃分示意圖

主要優(yōu)點：設(shè)備較簡單，價格較低，不需要精確的時鐘同步；2.FDMA的優(yōu)點和缺點

主要缺點：要求傳輸信道的非線性失真要小。第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.2.2時分多址（TDMA）方式1.工作原理

時分多址TDMA(TimeDivisionMultipleAccess)是把時間分割成周期性的幀，每一幀再分割成若干個時隙，一個時隙就是一個TDMA信道，按需要動態(tài)分配給用戶使用。其原理圖如圖6-8所示時間頻率CHn時隙上行幀下行幀CH1CHnCH1功率圖6-8TDMA頻道劃分示意圖時分多址是把時間分割成周期性的幀(Frame)每一個幀再分割成若干個時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下，基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。同時，基站發(fā)向多個移動終端的信號都按順序安排在予定的時隙中傳輸，各移動終端只要在指定的時隙內(nèi)接收，就能在合路的信號中把發(fā)給它的信號區(qū)分并接收下來。第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)2.TDMA系統(tǒng)的特點及應(yīng)用（1）TDMA系統(tǒng)只用一部發(fā)射機，只需用一個載波，不會發(fā)生FDMA的交叉調(diào)制。可以避免FDMA系統(tǒng)多部不同頻率發(fā)射機同時工作而產(chǎn)生的互調(diào)干擾。（2）TDMA系統(tǒng)不存在頻率分配問題，當(dāng)需要和大量對象通信時，對于時隙的管理和分配比對頻率的管理和分配簡單，而且成本低。（3）TDMA系統(tǒng)的終端設(shè)備只在指定的時隙中接收信息，有利于通信網(wǎng)絡(luò)的控制與管理，可以保證用戶在網(wǎng)絡(luò)中能夠高質(zhì)量的通信。（4）同時提供多種通信業(yè)務(wù)，使系統(tǒng)的通信容量和通信速率飛速增長，同時，TDMA系統(tǒng)具有精確的定時和同步系統(tǒng)，可保證正常的通信。

TDMA較之FDMA具有頻譜利用率高，適合支持多個突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入，通信口號質(zhì)量高，保密較好，系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點，但它必須有精確的定時和同步以保證移動終端和基站間正常通信，技術(shù)上比較復(fù)雜。

第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.2.3碼分多址（CDMA）方式1.工作原理

CDMA是采用數(shù)字技術(shù)的分支——擴頻通信技術(shù)發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)，它是在FDM和TDM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，是一種常用的多址方式。一個典型的CDMA頻道劃分如圖6-9所示。時間信道N頻率代碼信道1信道2圖6-9CDMA頻道劃分示意圖2.CDMA多址方式的發(fā)展和應(yīng)用碼分多址已經(jīng)成功地應(yīng)用于衛(wèi)星通信和蜂窩移動通信領(lǐng)域，和FDMA模擬蜂窩移動通信系統(tǒng)、TDMA數(shù)字蜂窩移動通信系統(tǒng)想比較，有更大的系統(tǒng)容量、更高的語音質(zhì)量、更好的抗干擾和保密的性能等等優(yōu)點。近年來，OCDMA已經(jīng)成為一項備受矚目的熱點技術(shù)。OCDMA技術(shù)在原理上與碼分多址技術(shù)相似。第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.2.4混合多址方式在實際通信系統(tǒng)中往往還會用到由頻分多址（FDMA）、時分多址（TDMA）、碼分多址（CDMA）等混合應(yīng)用的混合多址方式。常用的幾種典型混合多址方式主要有：直擴加跳頻、時分加跳頻和時分加直擴等幾種方式。如圖6-10所示，則是采用一個載頻，包含2個TDMA時隙和2個DS-CDMA地址碼，具有2×2=4個信道的TD/DS混合多址通信系統(tǒng)的框圖。C2DKCLKTS1/TS2C1BX(采樣)(清除)DE2DE1CiC1/C2AF0DEXTXDEXDE2DE1D2D1d3(TS1)d4(TS2)d1(TS1)d2(TS2)復(fù)接復(fù)接Σ調(diào)制信道解調(diào)積分器采樣圖6-10TD/DS混合多址方式舉例第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.3碼分多址方式

CDMA的技術(shù)原理是基于擴頻技術(shù)，擴頻技術(shù)主要有如下幾種的基本類型：直接序列擴頻技術(shù)、跳頻（FH）擴頻技術(shù)和跳時（TH）技術(shù)等。6.3.1碼分多址特點和技術(shù)碼分多址技術(shù)應(yīng)用了“擴頻通信”的原理。擴頻通信技術(shù)是一種信息傳輸方式，是將待傳送的信息數(shù)據(jù)被偽隨機編碼(擴頻序列：SpreadSequence)調(diào)制，實現(xiàn)頻譜擴展后再傳輸?shù)囊环N技術(shù)；其信號所占有的頻帶寬度遠遠大于所傳信息所必須的最小帶寬；在接收端用同樣的碼序列進行相關(guān)的同步接收、解擴頻技術(shù)來還原所傳信息數(shù)據(jù)。擴頻通信與常規(guī)的窄帶通信方式相比較，主要有以下兩點區(qū)別：

(1)在信息傳輸?shù)倪^程中，信息的頻譜展寬形成寬帶傳輸。

(2)經(jīng)過相關(guān)的處理之后再恢復(fù)成窄帶信息數(shù)據(jù)。第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.3.2直接擴頻碼分多址1.直接序列擴頻的調(diào)制原理

直接序列擴頻DSSS（Directseqcuencespreadspectrdm）是直接利用具有高碼速率的擴頻碼序列，在發(fā)送端擴展信號的頻譜，在接收端，用相同的擴頻碼序列進行解碼，把展寬后的擴頻信號還原成原始的信號。它是一種數(shù)字調(diào)制方法，具體說，就是將信源與一定的PN碼序列（偽隨機序列）進行模二加。

直擴碼分多址DS-CDMA(DirectSequenceSpreadSpectrum-CodeDivisionMultipleAccess)通信系統(tǒng)原理框圖如圖6-11所示。發(fā)射信號數(shù)據(jù)基帶帶通濾波器PN碼產(chǎn)生器振蕩器圖6-11直接序列擴頻調(diào)制原理圖第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)2.直接序列擴頻的解調(diào)圖6-12為直接序列擴頻解調(diào)原理框圖。在接收端應(yīng)用相同的調(diào)制器作為解擴器?？蓪㈩l譜展寬的擴頻信號，用相同的碼序列進行再調(diào)制，將其恢復(fù)成原始的載波信號。另外，在解調(diào)過程中，要求系統(tǒng)嚴格同步。接收數(shù)據(jù)DSSS信號PN碼產(chǎn)生器同步系統(tǒng)寬帶濾波器解調(diào)器圖6-12直接序列擴頻解調(diào)原理框圖第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.3.3跳頻碼分多址1.跳頻碼分多址的原理

FH-CDMA(FrequencyHopping-CodeDivisionMultipleAccess)，所謂跳頻，比較確切的意思是：用一定碼序列進行選擇的多頻率頻移鍵控。也就是說，用擴頻碼序列去進行頻移鍵控調(diào)制，使載波頻率不斷地跳變，所以稱為跳頻。跳頻碼分多址移動通信系統(tǒng)原理框圖如圖6-13所示。信碼信碼同步電路調(diào)制信道解調(diào)頻率合成器跳頻序列發(fā)生器跳頻序列發(fā)生器頻率合成器圖6-13FH-CDMA系統(tǒng)原理框圖2.跳頻碼分多址的典型應(yīng)用跳頻的優(yōu)點是抗干擾，它是通過躲避干擾來達到抗干擾的能力的，抗干擾性能我們用處理增益GP表征，GP的表達式為：（6-1）第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.4數(shù)字復(fù)接原理6.4.1數(shù)字復(fù)接的基本概念數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是在多路復(fù)用的基礎(chǔ)上把若干個小容量低速數(shù)據(jù)流合并成一個大容量的高速數(shù)據(jù)流，再通過高速信道傳輸，傳到接收端再分開，完成這個數(shù)字大容量傳輸?shù)倪^程，就是數(shù)字復(fù)接。1.數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成如圖6-14所示為數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的方框圖，從圖中我們可以看出來數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的核心是數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器。外定時或內(nèi)時鐘高次群信道低次群1低次群2低次群3低次群4碼速調(diào)整碼速調(diào)整支路復(fù)原復(fù)接分接同步發(fā)定時收定時復(fù)接器分接器低次群1低次群2低次群3低次群4碼速調(diào)整碼速調(diào)整支路復(fù)原支路復(fù)原支路復(fù)原圖6-14數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的方框圖第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)2.三種常用的數(shù)字復(fù)接技術(shù)數(shù)字復(fù)接的方式主要有三種：

1）同步復(fù)接方式；

2）異步復(fù)接方式；

3）準同步復(fù)接方式。3.中國采用的數(shù)字復(fù)接等級和數(shù)碼率表6-1碼率體制和數(shù)字復(fù)接等級日本和北美歐洲、中國信息速率(kbit/s)路數(shù)（路）信息速率（kbit/s）路數(shù)（路）基群154424204830二次群6312968448120三次群32064或44736480或67234368480四次群1396241920CCITT推薦了兩類便于國際通信的群路數(shù)碼率體制和數(shù)字復(fù)接等級標準，如表6-1所示。圖6-15所示為我國采用的數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級。8.448Mbit/sх16路跳群139.264Mbit/s2.048Mbit/s8.488Mbit/s34.368Mbit/s139.264Mbit/s564.192Mbit/sх4路х4路х4路х4路х30路64kbit/s基群二次群三次群四次群五次群

30路120路480路1920路7680圖6-15我國采用的數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)4.數(shù)字復(fù)接的實現(xiàn)方法在數(shù)字復(fù)接中，按照各低次群支路的數(shù)碼在高次群中的排列方式可以分為三種。1）按位復(fù)接，如圖6-16所示；2）按字復(fù)接，如圖6-17所示；3）按幀復(fù)接。00100010100111…110101

10001…

00011…

11001…

10110…第一基群…第二基群…第三基群…第四基群…復(fù)接后…圖6-16按位復(fù)接PCM30/32(1)Ch2Ch3Ch4Ch110110101110110011011000110001001圖6-17按字復(fù)接第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.4.2數(shù)字信號的同步復(fù)接同步復(fù)接是用一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復(fù)接的幾個低次群，使這幾個低次群的數(shù)碼率（簡稱碼速）統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，可直接進行復(fù)接。同樣，在分接時也受相同的主時鐘控制。如圖6-18示為同步復(fù)接和分接的原理圖。信道支路1同步復(fù)接同步分接支路N支路N支路2支路1支路2高穩(wěn)定的主時鐘控制圖6-18同步復(fù)接和分接的原理圖第6章信道復(fù)用與多址技術(shù)6.4.3數(shù)字信號的異步復(fù)接異步復(fù)接參與復(fù)接的各個支路不使用同一個時鐘源，雖然它們有相同的標稱頻率，但是由于時鐘源之間存在偏差，導(dǎo)致支路間的數(shù)碼率有可能是互不相等的，這種不同時鐘源但標稱時鐘相同的碼流稱為準同步的碼流，應(yīng)用的較多的實際上是準同步復(fù)接技術(shù)，但是我們?nèi)匀话凑债惒綇?fù)接來討論。如圖6-19所示為異步復(fù)接和分接的原理示意圖。

信道支路1同步復(fù)接同步分接支路N支路N支路2支路1支路2碼速調(diào)整碼速調(diào)整碼速調(diào)整碼速調(diào)整碼速調(diào)整碼速調(diào)整圖6-19異步復(fù)接和分接示意圖第6章信道復(fù)用與多