通信工程 - 多路復(fù)用與差錯控制

1第5章多路復(fù)用與差錯控制

復(fù)用的基本思想當(dāng)信道的傳輸能力大于每個信源的平均傳輸需求時，多個信息源可共享一個公共信道。把公共信道劃分成多個子信道，每個子信道傳輸一路數(shù)據(jù)，稱為多路復(fù)用。一、多路復(fù)用技術(shù)1、概述DEMUX復(fù)用器解復(fù)用器共享信道MUX信源信宿一、多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù)是將多個信源的彼此無關(guān)的信號，組合在一條傳輸信道上進(jìn)行傳送的技術(shù)。多路復(fù)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(fù)用技術(shù)有：

1.頻分多路復(fù)用(FDM，F(xiàn)requencyDivisionMultiplexing）

2.時分多路復(fù)用（TDM，TimeDivisionMultiplexing）

3.波分多路復(fù)用（WDM，WavelengthDivisionMultiplexing）4.和碼分多址（CDMA，CodeDivisionMultipleAccess）定義當(dāng)傳輸信道的可用帶寬超過單個原始信號所需帶寬足夠多的情況下，可將該傳輸信道的總帶寬劃分成若干個與傳輸單個信號帶寬相同(或略寬)的子頻帶，將多路原始信號的頻譜移到傳輸信道頻譜的不同頻段上，以實現(xiàn)頻譜上的不重疊，從而達(dá)到共用一個信道的目的。

2、頻分多路復(fù)用FDM一、多路復(fù)用技術(shù)ft頻帶1頻帶2頻帶3頻帶4頻帶5在頻分復(fù)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(gòu)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(dāng)?shù)膸V波器將多路信號分開，從而恢復(fù)出所需要的信號。按頻域分割信道一、多路復(fù)用技術(shù)用途主要用于模擬信道的復(fù)用。

舉例：三路音頻模擬信號復(fù)用一個帶寬為12KHz的物理信道一、多路復(fù)用技術(shù)3003400一、多路復(fù)用技術(shù)頻分多路復(fù)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?shù)氖歉髀沸盘柦?jīng)過調(diào)制后的疊加在一起的復(fù)合信號。頻分多路復(fù)用技術(shù)適用于寬帶網(wǎng)絡(luò)。要求傳輸介質(zhì)的可用帶寬超過各路信源所需帶寬的總和：B＞∑fi優(yōu)點：原理簡單、技術(shù)成熟、系統(tǒng)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。

3、時分復(fù)用TDM定義如果傳輸信道可支持的位傳輸速率超過單個原始信號要求的數(shù)據(jù)傳輸速率，就可以將信道傳輸時間劃分成工作周期T（時間片），再將每個周期劃分成若干時隙，輪流分配給n個信源來使用公共線路，這樣就可以在一條傳輸信道上傳輸多個數(shù)字信號。

一、多路復(fù)用技術(shù)一、多路復(fù)用技術(shù)時分復(fù)用（TimedivisionMultiplexing-TDM）是利用各信號的抽樣值在時間上不相互重疊來達(dá)到在同一信道中傳輸多路信號的一種方法。時分復(fù)用把信道用于傳輸?shù)臅r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(jìn)行傳輸。時分復(fù)用器時分復(fù)用器S1S1S2S3S3S2S1S3S2S1t1t3t2t1t3t2t1按時域分割信道一、多路復(fù)用技術(shù)時分多路復(fù)用技術(shù)的特點：當(dāng)傳輸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傳輸媒體，時間域上互不重疊。時分多路復(fù)用技術(shù)要求傳輸介質(zhì)支持的最大數(shù)據(jù)傳輸速率超過各路信源所要求的數(shù)據(jù)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(nèi)傳送。時分多路復(fù)用技術(shù)既可用于基帶局域網(wǎng)，也可用于寬帶網(wǎng)絡(luò)。一、多路復(fù)用技術(shù)TDM與FDM的比較：1.關(guān)于復(fù)用原理在FDM系統(tǒng)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(tǒng)中，各信號在時域上是分開的，而在頻域上是混疊在一起的。一、多路復(fù)用技術(shù)TDM與FDM的比較：2.關(guān)于設(shè)備復(fù)雜性就復(fù)用部分而言，F(xiàn)DM設(shè)備相對簡單，TDM設(shè)備較為復(fù)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(shè)備相對復(fù)雜。總的比較，TDM的設(shè)備要簡單些。一、多路復(fù)用技術(shù)TDM與FDM的比較：3.關(guān)于信號間干擾在FDM系統(tǒng)中，信道的非線性會在系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真和高次諧波，引起話間串?dāng)_，因此，F(xiàn)DM對線性的要求比單路通信時要嚴(yán)格得多。在TDM系統(tǒng)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(tǒng)中各路間串話比FDM的要小。一、多路復(fù)用技術(shù)同步時分多路復(fù)用：

分配給每個數(shù)據(jù)源的時間片是固定的，各個數(shù)據(jù)源的時間片不可互相轉(zhuǎn)讓。異步時分多路復(fù)用：

允許動態(tài)地分配時間片，各個數(shù)據(jù)源的時間片空閑時可以轉(zhuǎn)讓。也稱為統(tǒng)計時分多路復(fù)用。時分多路復(fù)用技術(shù)的分類同步時分多路復(fù)用（STDM）原理把時間分割成小的時間片，每個時間片分為若干個時隙，每路數(shù)據(jù)占用一個時隙進(jìn)行傳輸。在通信網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用極為廣泛。優(yōu)點控制簡單，實現(xiàn)容易缺點容易造成信道浪費一、多路復(fù)用技術(shù)異步時分多路復(fù)用（ATDM）原理在異步時分復(fù)用中，時隙序號與信道號之間不再存在固定的對應(yīng)關(guān)系。為此，各個信道發(fā)出的數(shù)據(jù)都需要附帶雙方地址，由通信線路兩端的多路復(fù)用設(shè)備來識別地址。優(yōu)點提高了傳輸介質(zhì)的利用率一、多路復(fù)用技術(shù)原理整個波長頻帶被劃分為若干個波長范圍，每路信號占用一個波長范圍來進(jìn)行傳輸。在這種方法中，兩根光纖連到一個棱柱或衍射光柵，每根光纖里的光波處于不同的波段上，這樣兩束光通過棱柱或衍射光柵合到一根共享的光纖上，到達(dá)目的地后，再將兩束光用光柵分解開來。

4、波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用一、多路復(fù)用技術(shù)一、多路復(fù)用技術(shù)F2F1F3光譜F1F2F3共享光纖的光譜

光纖2光纖3光纖1共享光纖

棱柱/衍射光柵4、波分復(fù)用——光的頻分復(fù)用原理5、碼分復(fù)用CDM每個用戶把發(fā)送信號用接收方的地址碼序列編碼。不同用戶發(fā)送的信號在接收端被疊加，然后接收者用同樣的地址碼序列解碼。只有與自己地址碼相關(guān)的信號才能被檢出，由此恢復(fù)出原始數(shù)據(jù)。CDM在無線移動通信中應(yīng)用廣泛。中國電信CDMA；中國聯(lián)通WCDMA；一、多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用FDM6、各類復(fù)用方法的應(yīng)用按頻率劃分不同的信道，如CATV系統(tǒng)按波長劃分不同的信道，用于光纖傳輸波分復(fù)用WDM時分復(fù)用TDM碼分復(fù)用CDM按時間劃分不同的信道，目前應(yīng)用最廣泛按地址碼劃分不同的信道，非常有發(fā)展前途一、多路復(fù)用技術(shù)把通過傳輸信道接收到的數(shù)據(jù)與原來發(fā)送的數(shù)據(jù)不一致的現(xiàn)象稱為“傳輸差錯”，簡稱為“差錯”。判斷數(shù)據(jù)經(jīng)傳輸后是否有錯的手段和方法稱為差錯檢測。差錯控制：在數(shù)據(jù)傳輸過程中，發(fā)現(xiàn)、檢測差錯并進(jìn)行糾正。什么是差錯二、差錯控制技術(shù)1、差錯控制的概念

指接收碼元中錯誤碼元數(shù)占接收總碼元數(shù)的比例。

2、誤碼率二、差錯控制技術(shù)

特點：時刻存在、幅度較小、強(qiáng)度與頻率無關(guān)，但頻譜很寬，是隨機(jī)類噪聲。稱為“隨機(jī)差錯”。熱噪聲差錯3、差錯的分類與出現(xiàn)的可能原因沖擊噪聲差錯

特點:

沖擊噪聲幅度大、持續(xù)時間短等，是產(chǎn)生差錯的主要原因稱為“突發(fā)差錯”。二、差錯控制技術(shù)在發(fā)送的數(shù)據(jù)中增加一些用于檢查差錯的附加位,這些附加位被稱為檢錯碼。接收方根據(jù)收到的檢錯碼檢測到差錯時，發(fā)出“否定應(yīng)答”，通知對方進(jìn)行重發(fā)。特點：通過“重傳機(jī)制”達(dá)到糾正差錯的目的，易實現(xiàn)，編碼和解碼的速度較快。

常用的檢錯碼有：奇偶校驗碼和循環(huán)冗余碼等。4、兩種差錯控制技術(shù)檢錯二、差錯控制技術(shù)糾錯碼是指在發(fā)送每一組信息時發(fā)送足夠的附加位，接收端通過這些附加位在接收譯碼器的控制下發(fā)現(xiàn)錯誤，并自動地糾正錯誤。譯碼器設(shè)備較復(fù)雜，為了糾正差錯，附加的冗余碼較多，會降低傳輸效率。常見糾錯編碼：海明糾錯碼、正反糾錯碼等。適用場合：沒有反向信道，線路傳輸時間長，要求重發(fā)不經(jīng)濟(jì)的場合。糾錯二、差錯控制技術(shù)奇校驗是在二進(jìn)制序列中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則校驗位為0；若“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則校驗位為1。偶校驗是在二進(jìn)制序列中“1”的個數(shù)為偶數(shù)，則校驗位為0；若“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則校驗位為1。5、常用差錯檢驗編碼奇偶校驗規(guī)則二、差錯控制技術(shù)水平奇偶校驗：又稱橫向奇偶校驗，若字符序列相應(yīng)位中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則奇校驗的校驗碼字位0，偶校驗的校驗碼為1。垂直奇偶校驗：又稱縱向向奇偶校驗，若單個字符的各個位中“1”的個數(shù)為奇數(shù)，則奇校驗的校驗碼字位0，偶校驗的校驗碼為1。水平垂直奇偶校驗：又稱橫縱奇偶校驗或方塊奇偶校驗，既做水平校驗也做垂直校驗，檢錯能力可以明顯提高。分類二、差錯控制技術(shù)

位\數(shù)字NETWORK水平奇校驗水平偶校驗C11111111C20000000C30011010C41000101C51111100C61001111C7

0101101垂直奇校驗垂直偶校驗

奇偶校驗舉例二、差錯控制技術(shù)循環(huán)冗余校驗（CRC）

差錯檢測原理：

收發(fā)雙方約定一個生成多項式G(x)，發(fā)送方根據(jù)發(fā)送的數(shù)據(jù)和G(x)計算出CRC校驗和并把它加在數(shù)據(jù)的末尾形成新的二進(jìn)制序列一起發(fā)送。接收方則用接收到的數(shù)據(jù)除以G(x)，若有余數(shù)不為零，則傳輸有錯。二、差錯控制技術(shù)6、差錯控制的基本方法前向糾錯反饋檢驗又稱檢錯重發(fā)，它是利用編碼的方法在數(shù)據(jù)接收端檢測差錯，當(dāng)檢測出差錯后，設(shè)法通知數(shù)據(jù)發(fā)送端重新發(fā)送數(shù)據(jù)，直到無差錯為止。自動請求重傳原理二、差錯控制技術(shù)發(fā)送端在發(fā)送完一個數(shù)據(jù)幀后，要等待接收端返回應(yīng)答信息。當(dāng)應(yīng)答為確認(rèn)信息(ACK)時，發(fā)送端才繼續(xù)發(fā)送下一個數(shù)據(jù)幀；當(dāng)應(yīng)答為不