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1、第7章多路复用与数字复接,7.1 频分多路复用（FDM）原理7.2 时分多路复用（TDM）原理,频分多路复用是指将多路信号按频率的不同进行复接并传输的方法。在频分多路复用中，信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的原始信号，这个过程就是多路信号复接和分接的过程。,7.1频分多路复用（FDM）原理,7.2 时分多路复用（TDM）,TDM基本原理在模拟信号的数字传输中，抽样定律告诉我们，一个频带限制在0到fx以内的低通模拟信号x(t)，可以用时间上离散的抽样值来传输，抽样值中包含有x(t)的全部信息，当抽
2、样频率fs2fx时，可以从已抽样的输出信号中用一个带宽为fxBfs-fx的理想低通滤波器不失真地恢复出原始信号。由于单路抽样信号在时间上离散的相邻脉冲间有很大的空隙，在空隙中插入若干路其他抽样信号，只要各路抽样信号在时间上不重叠并能区分开，那么一个信道就有可能同时传输多路信号，达到多路复用的目的。这种多路复用称为时分多路复用（TDM）。,下面以PAM为例说明TDM原理。假设有N路PAM信号进行时分多路复用，系统框图如图所示。各路信号脉冲间隔为Ts，各路复用信号脉冲的间隔为Ts/N。由各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧，一帧中相邻两个脉冲之间的时间间隔叫做时隙，未被抽样脉冲占用的时隙叫做保护
3、时间。,TDM系统框图及波形,TDM信号的带宽及相关问题1.抽样速率fs、抽样脉冲宽度和复用路数N的关系按照抽样定理，抽样速率fs2fx，以话音信号x(t)为例，通常取fs 为8 kHz，即抽样周期Ts=125s，抽样脉冲的宽度要比125s还小。对于N路时分复用信号，在抽样周期Ts内要顺序地插入N路抽样脉冲，而且各个脉冲间要留出一些空隙作保护时间，若取保护时间tg和抽样脉冲宽度相等，这样抽样脉冲的宽度=Ts/2N，N越大，就越小，但不能太小。因此，时分复用的路数也不能太大。,2.信号带宽B与路数N的关系时分复用信号的带宽有不同的含义。一种是信号本身具有的带宽，从理论上讲，TDM信号是一个窄脉冲
4、序列，它应具有无穷大的带宽，但其频谱的主要能量集中在01/以内。因此，从传输主要能量的观点考虑,如果将信道表示为一个理想的低通滤波器，为了防止组合波形丢失信息，传输带宽必须满足,上式表明，N路信号时分复用时每秒Nfx中的信息可以在Nfs/2的带宽内传输。总的来说，带宽B与Nfs成正比。对于话音信号，抽样速率fs一般取8 kHz，因此，路数N越大，带宽B就越大。,对于TDM信号，需要注意以下几个问题：(1)时分复用后得到的总和信号仍然是基带信号，只不过这个总和信号的脉冲速率是单路抽样信号的N倍，即,这个信号可以通过基带传输系统直接传输，也可以经过频带调制后在频带传输信道中进行传输。(2)在TDM
5、系统中，发送端的转换开关与接收端的分路开关必须严格同步，否则系统就会出现紊乱。,TDM与FDM的比较1.关于复用原理FDM是用频率来区分同一信道上同时传输的信号，各信号在频域上是分开的，而在时域上是混叠在一起的。TDM是在时间上区分同一信道上依次传输的信号，各信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。FDM与TDM各路信号在频谱和时间上的特性比较如图所示。,FDM与TDM各路信号在频谱和时间上的特性比较,2.关于设备复杂性就复用部分而言，FDM设备相对简单，TDM设备较为复杂；就分路部分而言，TDM信号的复用和分路都是采用数字电路来实现的，通用性和一致性较好，比FDM的模拟滤波器分路简单
6、、可靠，而且TDM中的所有滤波器都是相同的滤波器。FDM中要用到不同的载波和不同的带通滤波器，因而滤波设备相对复杂。总的比较，TDM的设备要简单些。,3.关于信号间干扰在FDM系统中，信道的非线性会在系统中产生交调失真和高次谐波，引起话间串扰，因此，FDM对线性的要求比单路通信时要严格得多；在TDM系统中，多路信号在时间上是分开的，因此,对线性的要求与单路通信时的一样，对信道的非线性失真要求可降低，系统中各路间串话比FDM的要小。,4.关于传输带宽从前面关于FDM及TDM对信道传输带宽的分析可知，两种系统的带宽是一样的，N路复用时对信道带宽的要求都是单路的N倍。,时分复用的PCM通信系统 PC
7、M和PAM的区别在于PCM要在PAM的基础上经过量化和编码，把PAM中的一个抽样值量化后编为k位二进制代码。,TDMPCM方框图(a)发送端方框图；(b)接收端方框图,PCM 30/32路典型终端设备介绍,1.基本特性话路数目：30。抽样频率：8 kHz。压扩特性：A=87.6/13折线压扩律，编码位数k=8，采用逐次比较型编码器，其输出为折叠二进制码。每帧时隙数：32。总数码率：8328000=2048 kb/s。,帧与复帧结构,2.帧与复帧结构帧与复帧结构见图。(1)时隙分配。在PCM30/32路的制式中，抽样周期为1/8000=125s，它被称为一个帧周期，即125s为一帧。一帧内要时分
8、复用32路，每路占用的时隙为125/32=3.9 s，称为 1 个时隙。因此一帧有32个时隙，按顺序编号为TS0、TS1、TS31。时隙的使用分配为 TS1TS15、TS17TS31为30个话路时隙。TS0为帧同步码，监视码时隙。TS16为信令(振铃、占线、摘机等各种标志信号)时隙。,(2)话路比特的安排。每个话路时隙内要将样值编为8位二元码，每个码元占3.9s/8=488 ns，称为1比特，编号为18。第1比特为极性码，第24比特为段落码，第58比特为段内码。,(3)TS0时隙比特分配。为了使收发两端严格同步，每帧都要传送一组特定标志的帧同步码组或监视码组。帧同步码组为“0011011”，占
9、用偶帧TS0的第28码位。第1比特供国际通信用，不使用时发送“1”码。奇帧比特分配为第3位为帧失步告警用，以A1表示。同步时送“0”码，失步时送“1”码。为避免奇帧TS0的第28码位出现假同步码组，第2位码规定为监视码，固定为“1”，第48位码为国内通信用，目前暂定为“1”。,(4)TS16时隙的比特分配。若将TS16时隙的码位按时间顺序分配给各话路传送信令，需要用16帧组成一个复帧，分别用F0、F1、F15表示，复帧周期为2 ms，复帧频率为500 Hz。复帧中各子帧的TS16分配为：F0帧：14码位传送复帧同步信号“0000”；第6码位传送复帧失步对局告警信号A2，同步为“0”，失步为“1”。5、7、8码位传送“1”码。F1F15各帧的TS16前4比特传115话路信令信号，后4比特传1731话路的信令信号。,数字复接的概念和方法数字复接器是把两个以上的低速数字信号合并成一个高速数字信号的设备；数字分接器是把高速数字信号分解成相应的低速数字信号的设备。一般把两者做成一个设备，简称数字复接器。,
