第04章_多路复用与信道共享技术..ppt
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1、第04章_多路复用与信道共享技术.第第4章章多路复用与信道共享技术多路复用与信道共享技术4.1多路复用技术多路复用技术4.2信道共享技术信道共享技术课件制作人:陈伟 刘会衡频分多路复用原理图频分多路复用原理图课件制作人:陈伟 刘会衡话音信号频分多路载波通信系统的原理框图话音信号频分多路载波通信系统的原理框图复合信号的总带宽满足:复合信号的总带宽满足:话音信号频分多路复用系统需妥善处理好两个话音信号频分多路复用系统需妥善处理好两个问题:问题:防止串话、减少互调噪声防止串话、减少互调噪声 。课件制作人:陈伟 刘会衡不同的数据速率所需的子频带间隔不同的数据速率所需的子频带间隔表表4.1 FDM的子频
2、带间隔的子频带间隔速 率(b/s)间 隔Hz速 率(b/s)间 隔Hz7512045072011017060096015024012001800300480课件制作人:陈伟 刘会衡4.1.2时分多路复用时分多路复用(TDM)n时分多路复用通信是指各路信号在同一信道上时分多路复用通信是指各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。具体地说,就是把占有不同时间间隙进行通信。具体地说,就是把时间分成一些均匀的时间间隙,将各路信号的传时间分成一些均匀的时间间隙,将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙,以达到互相分开、输时间分配在不同的时间间隙,以达到互相分开、互不干扰的目的。互不干扰的目的。n目前
3、常用的目前常用的TDM有两种:同步时分多路复用和有两种:同步时分多路复用和统计时分多路复用。统计时分多路复用。课件制作人:陈伟 刘会衡1同步时分多路复用同步时分多路复用只要发送端和接收端的时分多路复用器能够按时间只要发送端和接收端的时分多路复用器能够按时间分配同步地切换所连接的设备,就能保证各路设备共分配同步地切换所连接的设备,就能保证各路设备共用一条信道进行相互通信,而且彼此互不干扰。用一条信道进行相互通信,而且彼此互不干扰。课件制作人:陈伟 刘会衡1同步时分多路复用同步时分多路复用nn路通信设备连接到一条公用信道上,发送端的时分多路路通信设备连接到一条公用信道上,发送端的时分多路复用器按照
4、一定的次序轮流地给各个设备分配一段使用复用器按照一定的次序轮流地给各个设备分配一段使用公用信道的时间。当轮到某个设备使用的逻辑联系被暂公用信道的时间。当轮到某个设备使用的逻辑联系被暂时切断,待指定的通信设备占用信道的时间一到,则同时切断,待指定的通信设备占用信道的时间一到,则同步时分多路复用器就将信道切换给下一个被指定的设备。步时分多路复用器就将信道切换给下一个被指定的设备。以此类推,一直轮流到最后一个设备,然后又重新继续以此类推,一直轮流到最后一个设备,然后又重新继续开始。开始。n在接收端,时分多路复用器也是按照一定的次序轮流地在接收端,时分多路复用器也是按照一定的次序轮流地接通各路输出,并
5、且与输入端的时分多路复用器保持同接通各路输出,并且与输入端的时分多路复用器保持同步。步。课件制作人:陈伟 刘会衡1同步时分多路复用同步时分多路复用TDM的工作特点是:的工作特点是:n第一,通信双方是按照预先指定的时隙进行通信的,第一,通信双方是按照预先指定的时隙进行通信的,而且这种时间关系是固定不变的;而且这种时间关系是固定不变的;n第二,就某一瞬时来看,公用信道上仅传输某一对第二,就某一瞬时来看,公用信道上仅传输某一对设备的信号,而不是多路复合信号,但就一段时间设备的信号,而不是多路复合信号,但就一段时间而言,公用信道上传输着按时间分隔的多路复合信而言,公用信道上传输着按时间分隔的多路复合信
6、号。号。课件制作人:陈伟 刘会衡1同步时分多路复用同步时分多路复用TDM有两种有两种:比特交错:比特交错TDM、字符交错、字符交错TDM课件制作人:陈伟 刘会衡比特交错比特交错TDM和字符交错和字符交错TDMn比特交错比特交错TDM通常用于同步终端系统,而字符通常用于同步终端系统,而字符交错交错TDM则用于异步终端系统。则用于异步终端系统。n当以比特为基础进行交错时,复用器允许每路当以比特为基础进行交错时,复用器允许每路每次输入一比特,然后将各路输入的比特组合每次输入一比特,然后将各路输入的比特组合成帧进行传输。显然,如一帧中含有多个字符,成帧进行传输。显然,如一帧中含有多个字符,由于减少了同
7、步字符的个数,从而提高了传输由于减少了同步字符的个数,从而提高了传输效率。另外,如采用时隙大小与每个字符宽度效率。另外,如采用时隙大小与每个字符宽度成比例的技术,虽增加了技术的复杂性和成本,成比例的技术,虽增加了技术的复杂性和成本,但其传输效率将能达到最大值。但其传输效率将能达到最大值。课件制作人:陈伟 刘会衡比特交错比特交错TDM和字符交错和字符交错TDMn因为字符交错因为字符交错TDM所需的缓冲区大,所以字符交错所需的缓冲区大,所以字符交错TDM的的成本比比特交错成本比比特交错TDM要略微高一些。如果能够考虑到字符要略微高一些。如果能够考虑到字符交错交错TDM具有按顺序保存字符位的特点,那
8、么可以取消字具有按顺序保存字符位的特点,那么可以取消字符中的控制位符中的控制位(如起始位、停止位如起始位、停止位),而仅仅传输数据位和校,而仅仅传输数据位和校验位,这样也有利于传输效率的提高。验位,这样也有利于传输效率的提高。n对于比特交错对于比特交错TDM来说,除了实现较为便宜外,它还能提来说,除了实现较为便宜外,它还能提供较快的同步和较短的传输延迟,这是因为复用器接收到供较快的同步和较短的传输延迟,这是因为复用器接收到每一比特数据就可传输的缘故。每一比特数据就可传输的缘故。n而字符交错而字符交错TDM中,复用器则需将若干比特汇集成字符后中,复用器则需将若干比特汇集成字符后方可传输。另外,字
9、符交错方可传输。另外,字符交错TDM还具有较强的抗突发干扰还具有较强的抗突发干扰的能力。的能力。课件制作人:陈伟 刘会衡2统计时分多路复用统计时分多路复用n在在传统的传统的TDM系统中,以固定分配时隙的方式对系统中,以固定分配时隙的方式对来自多个设备的数据流进行组合,然后在单一的公用来自多个设备的数据流进行组合,然后在单一的公用信道上传输。这种时分多路复用技术既便宜又可靠,信道上传输。这种时分多路复用技术既便宜又可靠,并能降低通信费用。但是,把它用于高速通信时效率并能降低通信费用。但是,把它用于高速通信时效率较低。较低。n为了提高时隙的利用率,可以采用按需分配时隙的为了提高时隙的利用率,可以采
10、用按需分配时隙的技术,即动态地分配所需时隙,以避免每帧中出现空技术,即动态地分配所需时隙,以避免每帧中出现空闲时隙的现象。以这种动态分配时隙方式工作的闲时隙的现象。以这种动态分配时隙方式工作的TDM称为称为统计时分多路复用统计时分多路复用(STDM)。课件制作人:陈伟 刘会衡传统传统TDM与与STDM图中有图中有4个数据源,并在个数据源,并在4个不同时刻个不同时刻(t0t3)出现数据。出现数据。课件制作人:陈伟 刘会衡2统计时分多路复用统计时分多路复用STDM两种子帧的格式:两种子帧的格式:n每帧一源的格式:帧末尾标志与总帧末尾标志相同。每帧一源的格式:帧末尾标志与总帧末尾标志相同。n每帧多源
11、的格式:在一帧中包含多个数据源的数据,每帧多源的格式:在一帧中包含多个数据源的数据,此时除了需要指明数据源的地址外,还要给出数据字此时除了需要指明数据源的地址外,还要给出数据字长长。课件制作人:陈伟 刘会衡2统计时分多路复用统计时分多路复用nSTDM存在的一些潜在的技术缺陷:存在的一些潜在的技术缺陷:时时延问题延问题。nSTDM常用的三种缓冲控制技术:常用的三种缓冲控制技术:n同信道信号传输同信道信号传输n异信道信号传输异信道信号传输n降低时钟,减缓数据吞吐量。降低时钟,减缓数据吞吐量。前两种技术可用于控制异步终端的数据流,而前两种技术可用于控制异步终端的数据流,而后一种技术适用于同步终端。后
12、一种技术适用于同步终端。课件制作人:陈伟 刘会衡4.1.3波分复用波分复用(WDM)波分复用就是波分复用就是光的频分复用光的频分复用。目前一根单模光纤的传输。目前一根单模光纤的传输速率可达到速率可达到2.5Gb/s。如采用色散补偿技术,则一根单模光。如采用色散补偿技术,则一根单模光纤的传输速率可达到纤的传输速率可达到10Gb/s。图图4.9波分复用的概念波分复用的概念 课件制作人:陈伟 刘会衡4.1.3波分复用波分复用(WDM)n图图4.9示出了示出了8路传输速率均为路传输速率均为2.5Gb/s的光载波的光载波(其波长均为其波长均为1310nm),经光调制后,它们的波长变换到,经光调制后,它们
13、的波长变换到15501557nm,相邻两个光载波相隔,相邻两个光载波相隔1nm。这。这8个波长很接近的光载波经个波长很接近的光载波经过光复用器后,在一根光纤中传输。过光复用器后,在一根光纤中传输。n但光信号传输一段距离后会衰减,因此对衰减了的光信号必但光信号传输一段距离后会衰减,因此对衰减了的光信号必须进行放大后才能继续传输。须进行放大后才能继续传输。n现在已经有了很好的掺铒光纤放大器现在已经有了很好的掺铒光纤放大器(EDFA),它是一种光放,它是一种光放大器。大器。EDFA不需要进行光电转换而直接对光信号进行放大。不需要进行光电转换而直接对光信号进行放大。n两个光纤放大器之间的光缆线路长度可
14、达两个光纤放大器之间的光缆线路长度可达120km,而光复用,而光复用器和光分用器之间的无光电转换的距离可达器和光分用器之间的无光电转换的距离可达600km(只需放入只需放入4个光纤放大器个光纤放大器)。课件制作人:陈伟 刘会衡4.1.4码分复用码分复用(CDM)n码分复用码分复用(CDM),更常称为码分多址,更常称为码分多址(CDMA)。n每每个个用用户户可可以以在在同同样样的的时时间间使使用用同同样样的的频频带带进进行行通通信信。由由于于各各用用户户使使用用经经过过特特殊殊挑挑选选的的不不同同码码型型,因因此此各各用用户户之之间间不不会会造成干扰。造成干扰。nCDMA系系统统发发送送的的信信
15、号号有有很很强强的的抗抗干干扰扰能能力力,其其频频谱谱类类似似于白噪声。于白噪声。n最最早早应应用用于于军军事事通通信信中中,随随着着技技术术的的进进步步,CDMA设设备备的的价价格格和和体体积积都都大大幅幅度度下下降降,现现已已广广泛泛使使用用在在民民用用的的移移动动通通信信中。中。课件制作人:陈伟 刘会衡CDMA工作原理工作原理n每个比特时间再划分为每个比特时间再划分为m个短的间隔,称为个短的间隔,称为码片码片(chip)。通常。通常m的值是的值是64或或128。nCDMA的每个站被指派一个唯一的的每个站被指派一个唯一的m bit码片序列码片序列。要发送比特要发送比特1,则发送它自己的,则
16、发送它自己的m bit码片序列;要发码片序列;要发送比特送比特0,则发送该码片序列的二进制反码。,则发送该码片序列的二进制反码。例如,指派给例如,指派给S站的站的8 bit码片序列是码片序列是00011011。当。当S站发送比特站发送比特1时,就发送序列时,就发送序列00011011,而当发送比,而当发送比特特0时,就发送序列时,就发送序列11100100。n习惯上,习惯上,S站的码片序列记为站的码片序列记为(-1-1-1+1+1-1+1+1)。课件制作人:陈伟 刘会衡CDMA工作原理工作原理nS站数据率为站数据率为bb/s。由于每个比特的信息要转成。由于每个比特的信息要转成m个比特的码片,个
17、比特的码片,S站实际据率提高到站实际据率提高到mbb/s,同时,同时S站站所占用的频带也提高到原来的所占用的频带也提高到原来的m倍。即倍。即扩频扩频。n扩频通信通常有两大类:一种是直接序列(扩频通信通常有两大类:一种是直接序列(DS-CDMA);另一种是跳频);另一种是跳频(frequencyhopping)扩频方扩频方式(式(FH-CDMA)。)。nCDMA系统的一个重要特点就是各站的码片序列系统的一个重要特点就是各站的码片序列不仅必须各不相同,而且还必须互相正交。不仅必须各不相同,而且还必须互相正交。n在实用的系统中使用的是伪随机码序列。在实用的系统中使用的是伪随机码序列。课件制作人:陈伟
18、 刘会衡CDMA工作原理工作原理用数学公式表示码片序列的正交关系:用数学公式表示码片序列的正交关系:n两个不同站的码片序列正交,就是向量两个不同站的码片序列正交,就是向量S和和T的的规格化内积规格化内积(innerproduct)为为0。n向量向量S和各站码片序列二进制反码的向量的规格和各站码片序列二进制反码的向量的规格化内积也是化内积也是0。n任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积为积为1。n一个码片向量和该码片序列二进制反码的向量的一个码片向量和该码片序列二进制反码的向量的规格化内积是规格化内积是-1。课件制作人:陈伟 刘会衡CDMA工作原理
19、的一个例子工作原理的一个例子nS站发送数据站发送数据110,码片序列为,码片序列为(-1-1-1+1+1-1+1+1)nT站发送数据站发送数据110,码片序列为,码片序列为(-1-1+1-1+1+1+1-1)课件制作人:陈伟 刘会衡4.1.5空分复用空分复用(SDM)n空分复用空分复用(SDM)是利用空间分割构成不同信道是利用空间分割构成不同信道的一种多路复用方法。的一种多路复用方法。n比如较常用的适用于比如较常用的适用于100Mb/s的高速数据传输的高速数据传输的的5类线。类线。课件制作人:陈伟 刘会衡空分复用技术在无线传输领域的应用举例空分复用技术在无线传输领域的应用举例课件制作人:陈伟
20、刘会衡MIMO技术技术nMIMO(Multiple-InputMultiple-Output)是在空分复是在空分复用技术上衍生来的的多输入用技术上衍生来的的多输入-多输出的方式多输出的方式nMIMO系统可将多径衰落作为一个有利因素加以利系统可将多径衰落作为一个有利因素加以利用。用。nMIMO是一种近于最优的空域时域联合的分集和干是一种近于最优的空域时域联合的分集和干扰对消处理技术。扰对消处理技术。nMIMO信道容量信道容量C:B为信号带宽;为接收端平均信噪比;为信号带宽;为接收端平均信噪比;min(M,N)为为M和和N的较小者。的较小者。课件制作人:陈伟 刘会衡4.2信道共享技术信道共享技术4
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- 04 多路复用 信道 共享 技术
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