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1、 10 1频分复用 FDM 10 2时分复用 TDM 10 3数字复接技术10 4SDH复用原理 第10章复用和数字复接技术 返回主目录 第10章复用和数字复接技术 10 1频分复用 FDM 10 1 1频分复用原理所谓频分复用 Frequency divisionMultiplexing FDM 是指按照频率的不同来复用多路信号的方法 在频分复用中 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 因而在接收端可以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信号 图10 1频分复用系统组成原理图 频分复用系统组成原理图如图10 1所示 图中 各路基带信号首先通过低通
2、滤波器 LPF 限制基带信号的带宽 避免它们的频谱出现相互混叠 然后 各路信号分别对各自的载波进行调制 合成后送入信道传输 在接收端 分别采用不同中心频率的带通滤波器分离出各路已调信号 解调后恢复出基带信号 频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的 若相邻信号之间产生相互干扰 将会使输出信号产生失真 为了防止相邻信号之间产生相互干扰 应合理选择载波频率fc1 fc2 fcn 并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔 若基带信号是模拟信号 则调制方式可以是DSB SC AM SSB VSB或FM等 其中SSB方式频带利用率最高 若基带信号是数字信号 则调制方式可以是ASK FSK PS
3、K 等各种数字调制 复用信号的频谱结构示意图如图10 2所示 图10 2复用信号的频谱结构示意图 10 1 2模拟电话多路复用系统目前 多路载波电话系统是按照CCITT建议 采用单边带调制频分复用方式 北美多路载波电话系统的典型组成如图10 3所示 图10 3 a 是其分层结构 由12路电话复用为一个基群 BasicGroup 5个基群复用为一个超群 SuperGroup 共60路电话 由10个超群复用为一个主群 MasterGroup 共600路电话 如果需要传输更多路电话 可以将多个主群进行复用 组成超主群 每路电话信号的频带限制在300 3400Hz 为了在各路已调信号间留有保护间隔 每
4、路电话信号取4000Hz作为标准带宽 图10 3北美多路载波电话系统的典型组成 一个基群 BasicGroup 由12路电话复用组成 其频谱配置如图10 3 c 所示 每路电话占4kHz带宽 采用单边带下边带调制 LSB 12路电话共48kHz带宽 频带范围为60 108kHz 或采用单边带上边带调制 USB 频带范围为148 196kHz 一个基本超群 BasicSupergroup 由5个基群复用组成 共60路电话 其频谱配置如图10 3 d 所示 5个基群采用单边带下边带合成 频率范围为312 552kHz 共240kHz带宽 或采用单边带上边带合成 频率范围为60 300kHz 一个基
5、本主群 BasicMastergroup 由10个超群复用组成 共600路电话 主群频率配置方式共有两种标准 L600和U600 其频谱配置如图10 4所示 L600的频率范围为60 2788kHz U600的频率范围为564 3084kHz 图10 4主群频谱配置图 10 1 3调频立体声广播 FMStereoBroadcasting 调频立体声广播系统占用频段为88 108MHz 采用 FDM方式 在调频之前 首先采用抑制载波双边带调制将左右两个声道信号之差 L R 与左右两个声道信号之和 L R 实行频分复用 立体声广播信号频谱结构如图10 5所示 图中 0 15kHz用于传送 L R
6、信号 23 53kHz用于传送 L R 信号 59 75 kHz 用作辅助通道 在19kHz处发送一个单频信号 用于接收端提取相干载波和立体声指示 调频立体声广播系统发送与接收原理图如图10 6所示 图10 5立体声广播信号频谱结构 图10 6调频立体声广播系统发送与接收原理图 a 发送端 b 接收端 10 2时分复用 DM 10 2 1时分复用原理时分复用 Time divisionMultiplexing TDM 是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法 在FDM系统中 各信号在频域上是分开的而在时域上是混叠在一起的 在TDM系统中 各信号在时域上是分
7、开的 而在频域上是混叠在一起的 图10 7给出了两个基带信号进行时分复用的原理图 图中 对m1 t 和m2 t 按相同的时间周期进行采样 只要采样脉冲宽度足够窄 在两个采样值之间就会留有一定的时间空隙 图10 7两个基带信号时分复用原理 如果另外一路信号的采样时刻在时间空隙 则两路信号的采样值在时间上将不发生重叠 在接收端只要在时间上与发送端同步 则两个信号就能分别正确恢复 上述概念也可以推广到n个信号进行时分复用 图10 8给出了一个具有三个模拟信源的时分复用 PCM系统原理图 首先 抽样电子开关以适当的速率交替对输入的三路基带信号分别进行自然抽样 得到TDM PAM波形 TDM PAM脉冲
8、波形宽度为 图10 8三路模拟信号的TDM PCM系统原理图 式中 Ts为每路信号的抽样时间间隔 满足奈奎斯特间隔 然后对PAM波形进行编码 得到TDM PCM信号 TDM PCM信号脉冲宽度为 在接收端 输入的TDM PCM信号经过译码器输出 TDM PAM波形 与发送端抽样开关相同步的接收抽样开关对输入的TDM PAM波形同步抽样并正确分路 于是 三路信号得到分离 各分离后的PAM信号通过低通滤波器 从而恢复出发送的三路基带信号 在时分复用系统中 除了采用PCM方式编码外 还可以采用增量调制方式编码 从而构成TDM M系统 与FDM方式相比 TDM方式主要有以下两个突出优点 1 多路信号的
9、复接和分路都是采用数字处理方式实现的 通用性和一致性好 比FDM的模拟滤波器分路简单 可靠 2 信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和高次谐波 引起路间串话 因此 要求信道的线性特性要好 而 TDM系统对信道的非线性失真要求可降低 10 2 2 PCM基群帧结构 目前国际上推荐的PCM基群有两种标准 即PCM30 32路 A律压扩特性 制式和PCM24路 律压扩特性 制式 并规定 国际通信时 以A律压扩特性为标准 我国也规定采用PCM30 32路制式 PCM30 32 路制式基群帧结构如图10 9所示 共由32路组成 其中30路用来传输用户话语 2路用作勤务 每路话音信号抽样速率fs 80
10、00Hz 故对应的每帧时间间隔为125 s 一帧共有32个时间间隔 称为时隙 各个时隙从0到31顺序编号 分别记作TS0 TSl TS2 TS31 图10 9 PCM30 32路制式基群帧结构 其中 TS1至TS15和TS17至TS31这30个路时隙用来传送30路电话信号的8位编码码组 TS0分配给帧同步 TS16专用于传送话路信令 每个路时隙包含8位码 一帧共包含256个比特 信息传输速率为 fb 8000 30 2 8 2 048Mb s 10 2 3 每比特时间宽度为每路时隙时间宽度为 l 8 b 3 91 s 帧同步码组为X0011011 它插入在偶数帧的TS0时隙 其中第一位码 X
11、保留作国际电话间通信用 接收端识别出帧同步码组后 即可建立正确的路序 TS16为信令时隙 插入各话路的信令 在传送话路信令时 若将TS16所包含的总比特率集中起来使用 则称为共路信令传送 若将TS16按规定的时间顺序分配给各个话路 直接传送各话路所需的信令 则称为随路信令传送 当采用共路信令传送方式时 必须将16个帧构成一个更大的帧 称为复帧 复帧的重复频率为500Hz 周期为2ms 复帧中各帧顺次编号为F0 F1 F15 PCM24路制式基群帧结构如图10 10所示 由24路组成 每路话音信号抽样速率fs 8000Hz 每帧时间间隔为125 s 一帧共有24个时隙 图10 10PCM24路制
12、式基群帧结构 各个时隙从0到23顺序编号 分别记作TS0 TS1 TS2 TS23 这24个路时隙用来传送24路电话信号的8位编码码组 为了提供帧同步 在TS23路时隙后插入1比特帧同步位 第193比特 这样 每帧时间间隔125 s 共包含193 个比特 信息传输速率为 fb 8000 24 8 1 1 544Mb s 10 2 6 每比特时间宽度为 b 0 647 s 10 2 7 每路时隙时间宽度为 l 8 b 5 18 s PCM24路制式与PCM30 32 路制式的帧结构不同 12帧构成一个复帧 复帧周期为1 5ms 12帧中奇数帧的第193比特构成101010帧同步码组 而偶数帧的第
13、193比特构成复帧同步码000111 这种帧结构同步建立时间要比PCM30 32帧结构长 10 2 3 PCM高次群以上我们讨论的 PCM30 32路与PCM24路时分多路数字电话系统 称为数字基群或一次群 如果要传输更多路的数字电话 则需要将若干个一次群数字信号通过数字复接设备复合成二次群 二次群复合成三次群等 我国和欧洲各国采用以PCM30 32路制式为基础的高次群复合方式 北美和日本采用以PCM24路制式为基础的高次群复合方式 北美采用的数字TDM的一种等级结构如图10 11所示 每路PCM数字话速率为64kb s 表示为DS 0 由24路PCM数字话复接为一个基群 或称一次群 表示为D
14、S 1 一次群包括24路用户数字话 传输速率为1 544Mb s 由4个一次群复接为一个二次群 表示为DS CD 2 2 二次群包括96路用户数字话 传输速率为6 312Mb s 由7个二次群复接为一个三次群 表示为DS 3 三次群包括672路用户数字话 传输速率为44 736Mb s 由6个三次群复接为一个四次群 表示为DS 4 四次群包括4032路用户数字话 传输速率为274 176Mb s 由2个四次群复接为一个五次群 表示为DS 5 五次群包括8064路用户数字话 传输速率为560 160Mb s 表10 1给出了北美数字TDM标准一览表 表中包括传输速率 话路数和采用的传输媒质 图1
15、0 11北美采用的数字TDM等级结构 表10 1北美数字TDM标准一览表 ITU T CCITT 建议的数字TDM等级结构如图10 12所示 它是我国和欧洲大部分国家所采用的标准 ITU T建议的标准与北美标准类似 由30路PCM用户话复用成一次群 传输速率为2 048Mb s 由4个一次群复接为一个二次群 包括120路用户数字话 传输速率为8 448Mb s 由4个二次群复接为一个三次群 包括480路用户数字话 传输速率为34 368Mb s 由4个三次群复接为一个四次群 包括1920路用户数字话 传输速率为139 264Mb s 由4个四次群复接为一个五次群 包括7680路用户数字话 传输
16、速率为 565 148Mb s ITU T建议标准与北美标准的每一等级群路可以用来传输多路数字电话 可以用来传送其他相同速率的数字信号 如可视电话 数字电视等 图10 12ITU T建议的数字TDM等级结构 10 3数字复接技术 在数字通信系统中 为了扩大传输容量 通常将若干个低等级的支路比特流汇集成一个高等级的比特流在信道中传输 这种将若干个低等级的支路比特流合成为高等级比特流的过程称为数字复接 完成复接功能的设备称为数字复接器 在接收端 需要将复合数字信号分离成各支路信号 该过程称为数字分接 完成分接功能的设备称为数字分接器 由于在时分多路数字电话系统中每帧长度为125 s 因此 传输的路数越多 每比特占用的时间就越少 实现的技术难度也就越高 我国在1995年以前 一般均采用准同步数字序列 PDH 的复用方式 1995年以后 随着光纤通信网的大量使用 开始采用同步数字序列 SDH 的复用方式 原有的PDH数字传输网可逐步纳入SDH网 10 3 1数字复接原理 数字复接实质上是对数字信号的时分多路复用 数字复接系统组成原理如图10 13所示 数字复接设备由数字复接器和数字分接器组成
