《通信原理教程》(第3版)-樊昌信-编著----第九章--ppt幻灯片

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1、1,第9章 多路复用和多址技术,9.1 概述 多路复用 目的：在一条链路上传输多路独立信号 基本原理：正交划分方法 3种多路复用基本方法： 频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用（CDM）,2,3种多路复用新方法： 空分复用(SDW)、极化复用(PDW)、波分复用(WDM) 复接 目的：解决来自若干条链路的多路信号的合并和区分。 关键技术问题 多路TDM信号时钟的统一和定时问题。 多址接入 目的：多个用户共享信道、动态分配网络资源。 方法：频分多址、时分多址、码分多址、空分多址、极化多址以及其他利用信号统计特性复用的多址技术等。,3,9.2 频分复用(FDM) 方法：采用SSB调制搬

2、移频谱，以节省频带。 3路频分复用电话通信系统原理,4,5,国际电信联盟(ITU)建议： 基群 12路，占用48 kHz带宽，位于12 60kHz之间； 超群 60路，由5个基群组成，占用240 kHz的带宽； 主群 600路，由10个超群组成。 频分复用的主要缺点： 要求系统的非线性失真很小，否则将因非线性失真而产生各路信号间的互相干扰； 用硬件实现时，设备的生产技术较为复杂，特别是滤波器的制作和调试较繁难； 成本较高。,6,9.3 时分复用(TDM) 基本原理：见右图,7,基本条件： 各路信号必须组成为帧。 一帧应分为若干时隙。 在帧结构中必须有帧同步码。 当各路信号不是用同一时钟抽样时，

3、必须容许各路输入信号的抽样速率（时钟）有少许误差。 主要优点： 便于信号的数字化和实现数字通信。 制造调试较易，更适合采用集成电路实现。 生产成本较低，具有价格优势。 国际电信联盟(ITU)建议： 准同步数字体系PDH 同步数字体系 SDH,8,9.3.1 准同步数字体系(PDH) E体系： 我国大陆、 欧洲采用。 T体系： 美国、日本 等地采用。,9,E体系结构图,10,PCM 一次群的帧结构：,11,随路信令：,12,9.3.2 复接与码速调整 复接 目的：解决来自若干条链路的多路信号的合并和区分。 将低次群合并成高次群的过程称为复接；反之，将高次群分解为低次群的过程称为分接。 关键技术问

4、题 多路TDM信号时钟的统一和定时问题。 码速调整 低次群合成高次群时，需要将低次群信号的时钟调整一致，再作合并。 为此，要增加一些开销。 例如，一次群的速率是2.048Mb/s，4路一次群的总速率应该是8.192Mb/s，但是实际上二次群的速率是8.448 Mb/s，这额外的256kb/s中就包括码速调整所需的开销。 码速调整的方案：有多种 正码速调整、负码速调整、正/负码速调整、,13,正码速调整法： 原理：复接设备对各路输入信号抽样时，抽样速率比各路码元速率略高。出现重复抽样的情况时，需减少一次抽样，或将所抽样值舍去。,14,ITU建议的 8.448Mb/s二次群的复接帧结构,15,复接

5、帧结构图,16,9.3.3 同步数字体系(SDH) SDH的体系结构 在SDH中，信息是以 “同步传送模块STM” 传送的。 同步传送模块(STM)由信息有效负荷和段开销SOH 组成块状帧结构，其重复周期为125s。 SDH分为若干等级： STM的基本模块是STM-1。STM-1包含一个管理单元群AUG和段开销SOH。,17,SDH和PDH的关系 通常都是将若干路PDH接入STM-1内，即在155.52Mb/s处接口。这时，PDH信号的速率都必须低于155.52Mb/s，并将速率调整到155.52上。 例如，可以将63路E-1，或3路E-3，或1路E-4，接入STM-1中。 SDH的结构以及和

6、PDH连接关系图：,18,SDH的结构： 容器（C-n）：是一种信息结构，它为后接的虚容器(VC-n)组成与网络同步的信息有效负荷。 虚容器（VC-n）：也是一种信息结构，它由信息有效负荷和路径开销信息组成帧。每帧长125s或500s。 支路单元（TU-n）：也是一种信息结构，它为低阶路径层和高阶路径层之间进行适配。,19,SDH的帧结构,20,9.4 码分复用(CDM) 9.4.1 基本原理 码组正交的概念：设 x 和 y 表示两个码组： 式中， i = 1, 2, , N 互相关系数定义： 两码组正交的必要和充分条件: 例：,(c) 码分制,21,用“1”和“0”表示二进制码元方法： “1

7、” “-1” “0” “+1” 互相关系数定义式 式中，A x 和 y 中对应码元相同的个数； D x 和 y 中对应码元不同的个数。 上例中， 优点： 映射关系 “” “”,22,码组自相关系数定义：设xi取值+1或-1， 式中，x的下标 i + j 应按模N运算，即xN+i xi 。 例：设 x = (x1, x2, x3, x4) = (+1, -1, -1, +1) 则其自相关系数为,23,若设xi取值“0”或“1”，则有自相关系数 式中，A为xi和xi+j中对应码元相同的个数； D为xi和xi+j中对应码元不同的个数。 的取值范围： 按照互相关系数值的不同， 当 = 0时，称码组为正

8、交编码 当 0时，称码组为准正交码 当 0时，称其为超正交码，例： 正交编码和其反码还可以构成双正交码，例 (0, 0, 0, 0) (1, 1, 1, 1) (0, 0, 1, 1) (1, 1, 0, 0) (0, 1, 1, 0) (1, 0, 0, 1) (0, 1, 0, 1) (1, 0, 1, 0),24,四路码分复用原理方框图,25,9.4.2 正交码 阿达玛(Hadamard)矩阵：是一种方阵，仅由元素+1和-1构成。简称H矩阵。 最低阶的阿达玛矩阵是2阶的，如下式 为简单起见，将上式写为： 阶数为2的幂的阿达玛矩阵可以用下面的递推公式求出： 式中， 直积。,26,直积的算法

9、：将矩阵HN/2中的每个元素都用矩阵H2代替。例： 正规阿达玛矩阵：由上法构造出的H 矩阵是对称矩阵，而且其第一行和第一列中的元素全为“+”，称为正规H矩阵。,27,H矩阵的性质： 若交换正规H矩阵的任意两行或两列，或者改变任一行（或列）中的全部元素的符号，此矩阵仍为H矩阵。 高于2阶的H矩阵的阶数一定是4的倍数。 目前，除N = 447 = 188外，所有N200的H矩阵都已经找到。 沃尔什(Walsh)矩阵：将H矩阵中各行按符号改变次数由少到多排列，得出沃尔什矩阵（简称W矩阵）。例： W矩阵仍保有正交性。,28,9.4.3 伪随机码 伪随机码 又称伪随机序列 具有类似白噪声的随机特性但是又

10、能重复产生。 具有良好的相关特性，可以用于码分复用、多址接入、测距、密码、扩展频谱通信和分离多径信号等许多用途。 伪随机序列有多种，其中以m序列最为重要。 m序列 m序列 由线性反馈移位寄存器产生的周期最长的序列。,29,m序列的产生举例：4级m序列产生器及其状态 4级移存器共有24 =16种可能状态，其周期 p 最长等于15。,30,一般的线性反馈移存器方框图 图中，ai (i = 0 n) 移存器状态。ai = 0或1。 ci 反馈状态。ci = 0表示反馈线断开， ci = 1表示反馈线连通。,31,递推方程 设：此移存器的初始状态为a-1, a-2, , a-n+1, a-n 则 经1

11、次移位后，状态变为 a0, a-1, , a-n+2, a-n+1 经k次移位后，状态变为 ak-1, ak-2, , ak-n+1, ak-n (当前状态) 当再次移位时，移存器左端的输入ak为 称为递推方程，它给出移存器输入ak与移存器各级状态的关系。,32,特征方程 ci的值决定了反馈线的连接状态 在上式和后面的公式中都将“”简写为“+” 式中xi本身并无实际意义，它仅指明其系数是ci的值 例： 表示上式中仅x0, x1,和x4的系数c0 = c1 = c4 = 1，而其余系数c2 = c3 = 0。 构成的方框图如右： 特征方程f(x)决定了一个线性反馈移存器的结构，从而决定了它产生的

12、序列的构造和周期。,33,本原多项式 使一个线性反馈移存器产生最长周期序列的充分必要条件是其特征方程f(x)为本原多项式。 本原多项式是指满足下列条件的多项式： 是既约的，即不能分解因子的； 可以整除(xm + 1)，m = 2n 1；即是(xm + 1)的一个 因子； 除不尽(xq + 1)，q m。 例：设计一个4级m序列产生器的特征方程 f (x)。 现在，级数n = 4，故m = 2n 1 = 15。所以，按照上述第项要求，其特征方程 f (x)应该是(x15 + 1)的一个因子。现将(x15 + 1)分解因子如下：,34,因要求设计的移存器有4级，故其特征方程式的最高次项应为x4项。

13、上式右端前3个因子都符合这一要求。但是，可以验证前两个因子是本原多项式，而第3个因子不是本原多项式，因为 因此，前两个因子和都可以作为特征多项式，用以产生m序列。 寻找本原多项式不易。将常用本原多项式列表供查用；,35,表中除了给出本原多项式的代数式外，还给出了其8进制数字表示形式。例如，当n = 4时，表中给出的8进制数字是“23”，它的意义如下： 即c0 = c1 = c4 = 1，c2 = c3 = c5 = 0。 由于反馈线和模2加法电路的数量决定于本原多项式的项数，为了使电路简单，所以应当选用项数最少的那些因子。由表可见，许多本原多项式的项数最少为3项。这时仅需用一个模2加法电路。

14、本原多项式的逆多项式也是本原多项式。例如， 和 所以表中每个本原多项式可以构成两种m序列产生器。,36,m序列的性质 均衡性：在m序列的一个周期中，“0”和“1”的个数基本相等。准确地说，“1”的个数比“0”的个数多一个。 游程分布：游程是指序列中取值相同的一段元素。并把这段元素的个数称为游程长度。例如， 在上面的一个周期中，共有8个游程，其中长度为4的游程有1个，即“1111”；长度为3的游程有1个，即“000”；长度为2的游程有两个，即“11”和“00”；长度为1的游程有4个，即两个“1”和两个“0”。 一般说来，在m序列中，长度为1的游程数目占1/2；长度为2的游程数目占1/4；长度为3

15、的游程占1/8；。 或者说，长度为k的游程数目占游程总数的2-k，1 k (n - 1)，并且长度为k (1 k (n - 2)的游程中，连“1”游程数目和连“0”游程数目相等。,37,移位相加特性 设：Mp是一个m序列，它经过任意次延迟移位后成为Mr，则 式中，Ms是Mp的某次延迟移位序列。 例：1110010 0111001 = 1001011 上式右端是1110010向右移位5次的结果。 自相关特性 周期性,38,功率谱密度 功率谱密度和自相关系数构成一对傅里叶变换。 求出如下： 由于当m大时，m序列的均衡性、游程分布、自相关特性和功率谱密度等都近似白噪声的特性，但是它又有规律，可以重复

16、产生，所以m序列属于一种伪噪声序列。,39,9.5 多址技术 9.5.1 频分多址(FDMA) 每载波多路(MCPC)体制：预先分配的FDM/FM/FDMA体制 INTELSAT II和III卫星系统中采用。 缺点：话路分配不灵活。,40,按需分配多址(DAMA)体制 INTELSAT IV卫星中采用的DAMA体制为每载波单路按需分配多址(SPADE)体制。 SPADE体制特点： 1.载波只受单路64 kb/s的PCM信号调制 QPSK； 2.信道间隔为45 kHz，一个卫星转发器的带宽可以容纳800路载波，其中留有6个载频位置空闲备用，故可提供794路载波使用； 3.各载波动态地按需分配； 4.用一个160 kHz带宽的公共信令信道作动态分配用，其