为了提高信道利用率,使多路信号沿同一信道传输而互不干扰的技术。

为了提高信道利用率，使多路信号沿同一信道传输而互不干扰的技术。MUX1link,nchannelsn输入n输出•多路复用•多路复用(multiplexing)为什么多路复用？数据速率越高传输设施的成本就越有效；大多数个人数据通信设备要求相对低的数据率；信号之间的差别实现多路复用的关键把多路信号汇合到一条信道上之后，在接收端必须能正确地分割出各种信号。分割信号的依据多路复用技术频分多路复用时分多路复用(同步TDM)统计TDM(异步TDM或智能TDM)频率上的不同信号出现时间上的不同信号码型结构上的不同•多路复用•多路复用(multiplexing)•频分多路复用Time宽带模拟传输技术每个数据信号被调制到具有不同频率的载波上，所有的信号在一个信道上同时传送。•多路复用(FrequencyDivisionMultiplexing)Transmiterfcs(t)=FDMmc(t)发送器ssc1(t)ssc2(t)sscN(t)子载波fscn子载波fsc1子载波fsc2mN(t)m1(t)m2(t)一般描述•多路复用•频分多路复用|Mc(f)|B0组成信号的频谱fsc2Bsc2Ffsc1Bsc1fscNBscN•多路复用•频分多路复用Receivers(t)接收器带通滤波器,fsc1带通滤波器,fsc2带通滤波器,fscnm1(t)m2(t)mN(t)解调器,fsc1解调器,fsc2解调器,fscn•多路复用•频分多路复用例1：在一个媒体上同时传送三路语音信号|Mi(f)|f(Hz)030034004000646068f(kHz)f(kHz)UppersidebandLowersideband60646872Lowersideband,Ssc1(t)Lowersideband,Ssc3(t)(a)Mi(f)的频谱(b)fsc1=64kHz的频谱(c)使用子载波64,68,72的合成信号频谱1248kHz60-108kHz基群基群60240kHz312-552kHz超群超群(5*12)(5*48)3001.232MHz812-2044kHz主群(5*60)(5*240+4*8)6002.52MHz564-3084kHz主群北美及国际FDM载波标准语音信道数带宽频谱AT&TCCITT•多路复用•频分多路复用f12=108f11=104f2=68f1=64f5=552f4=504f3=456f2=408f1=360f5=2044f4=1804f3=1556f2=1308f1=1060•CCITT的FDM层次结构60646468100104104108基群超群主群2#1#11#12#360312360408408456456504504552812106010601308130815561556180418042052•多路复用•频分多路复用•时分多路复用以时间作为分割信号的依据。它利用每个信号在时间上交叉，可在一个传输通路上传输多个数字信号(或运载数字数据的模拟信号)。Time基带传输技术•多路复用(TimeDivisionMultiplexing)•同步TDM的一般描述发送器接收器Buffer1Buffer2Buffernm2(t)m1(t)mN(t)mc(t)扫描操作TDM帧Frame123NFrame123NBuffer1Buffer2Buffernm2(t)m1(t)mN(t)mc(t)•多路复用•时分多路复用TDM的实质m1(t)m2(t)mn(t)低通滤波m1(t)低通滤波m2(t)低通滤波mn(t)n路时分复用系统的关键收发端旋转开关必须严格的同步，即同频同相，才能保证正常的通信。利用了采样原理。复用器输出线路容量＝∑复用器输入线路容量总时间T划分的时间片数N=复用器输入端的低速线路数•多路复用•时分多路复用例2.Bell系统的T1载波能处理复用在一起的24条话路。使用了PCM和TDM技术。通道1通道2通道24Frame(193b)/125us数据位数据位数据位控制位控制位控制位控制位•多路复用•时分多路复用∴每条信道获得7×8000＝56000bps数据位1×8000＝8000bps控制位每次采样还有一附加位(用于帧同步)。∴T1载波的总数据率24×56000＋24×8000＋8000=1.544Mbps注意：当用于数据传输时，只有23个信道被用于数据。按照奈氏定理，每秒8000次对24路话音通道依次采样产生7个数据位和1个控制位。•多路复用•时分多路复用例3：高速数字线路的多路复用T1(1.544Mbps)T2(6.312Mbps)T3(44.736Mbps)T4(274.176Mbps)利用多路复用技术，T载体服务允许小容量载体(比如T1)的位流进入容量更大的载体。041526371.544MbpsT10123454:16.312MbpsT27:144.736MbpsT36:1274.176MbpsT4•多路复用•时分多路复用一边是一组I/O线路另一边是一条高速复用线路;每条I/O线路有一缓冲区;对于n条I/O线路在TDM帧中只有k个时间槽可用;输入时多路复用器的功能是扫描输入缓冲区收集数据直到一帧为满，就发送出去;输出时，多路复用器接收一帧，将各时间槽的数据分发到相应的输出缓冲区。•统计时分多路复用动态地按照需要来分配时隙的多路复用方式。工作原理输出线路容量＜∑输入线路容量即低速线路数n＞高速线路的时隙数k•多路复用统计TDM与同步TDM比较ABCDt0t1t2t3t4A1C1B1D1A2B2C2D2同步TDMA2C2FirstcycleSecondcycleA1B1B2C2统计TDM额外的可用带宽FirstcycleSecondcycleToremotecomputer•多路复用每个时隙不但要传送数据，同时还要传送相应的地址信息，每个时隙会有一定的开销。FLAGFLAGAddressControlStatisticalTDMsubframeFCS统计TDM的帧AddressData(a)每一帧只有一个源AddressLengthDataAddressLengthData(b)每一帧具有多个源统计TDM的关键•多路复用•波分多路复用频分多路复用在光纤信道的使用。电子FDM能量光纤1频谱能量光纤2频谱能量共享光纤频谱衍射光栅是完全无源的，因而可靠性高。共享光纤棱柱/衍射光栅光纤1光纤2光纤4光纤3•多路复用(Wavelengthdivisionmultiplexing)关于码分多路复用CDMA扩频通信技术是一种信息传输方式，其信号所占有的频带宽度远大于所传信息必需的最小带宽；频带的扩展是通过一个独立的码序列来完成，用编码及调制的方法来实现的，与所传信息数据无关；在接收端则用同样的码进行相关同步接收、解扩及恢复所传信息数据”。信息论中关于信息容量的仙农(Shannon)公式为：C＝WLog2(1十S/N)数据的每一位分别在不同的并行信道上同时传输。即一组二进制位同时在一根电缆的一束线路上并行传输。SenderReceiverDataline优点：传输速率高缺点：采用多条线路成本高•并行传输和串行传输并行传输方式1001•同步技术构成数据代码的若干位串行排列成数据流，在一条信道上传输。同步问题SenderReceiverDataline串行传输方式优点：成本低，长距离传输时比并行传输更可靠。缺点：要解决同步问题，速率低接收方如何在到达的数据流中正确地区分出发送端所发出的一个个代码。1001•同步技术•并行传输和串行传输接收端必须知道每一位的起止时刻并正确地识别出每一个位。•同步技术载波同步接收端需要一个与发送端载波同频同相的相干载波参与解调工作。位同步区分每个完整的信号块或帧(报文)的开始和结束位。帧同步要求通信网内各交换转接点的时钟频率和相位统一协调。网同步•同步技术•位同步在接收端设法产生一个与发送端发送来的位速率相同且在时间上对准最佳判决点的定时脉冲序列。外同步法它要求在发送端发送数据的同时也发送位定时信息。开辟专门的传输位定时信息的信道在发送的数据中叠加上位定时信息。使得不包含位定时信号的位序列中也有定时信息的成份•同步技术把接收解调后的基带信号从不归零波形变换成归零形式的二进制信号，使得信号的频谱中出现位定时信号的频谱分量。整形(限幅)e1(t)微分e2(t)整流(全波)e3(t)整形(展宽)e4(t)e5(t)(a)变换的工作过程窄带滤波移相脉冲形成准定时脉冲位定时脉冲(b)用滤波方法获得位定时脉冲要求接收端直接从接收的数字信号中提取出位定时信号。自同步法•同步技术•位同步ttttte1(t)e2(t)e3(t)e4(t)e5(t)(c)波形变换过程•同步技术•位同步帧•帧同步同步字符法及标志法对所接收的位序列进行检测，正确找出帧的开始与结束。帧同步通常把专门格式的数据块称为“帧”。帧同步的主要方法同步传输异步传输起止同步法•同步技术同步通信与异步通信的区别取决于发送和接收设备的时钟是独立的（异步），还是同步的。•异步传输每个字符独立传输，收方在收到每一个新字符的开始位后重新同步。工作方式不发送长的无间断的位流以避免时钟问题；一次只发送一个字符，每个字符5至8位长。通过起始和结束码在每个字符内维持时钟和同步；接收端有机会在下个字符的开始时重新同步。•同步技术保持空闲或下一个起始位1111000111010011起始位停止位(b)8位异步字符流起始位停止位两个字符之间不可预测的时间间隔接收器检测新字符的开始每位中心抽样5-8数据位起始位奇、偶或没用1-2位时间停止10(a)字符格式线路空闲状态•同步技术•异步传输例如：假设停止位长度为1位时间，要发送ASCII字符串ABC。A10000010B10000100C10000111b6b5b4b3b2b1b0Parity起始位停止位起始位停止位起始位停止位，线路空闲01000001010010000101011000011111111发送原则：从最低有效位开始A：10000010B：01000010C：11000011发送模式(增加起始位和停止位)：•同步技术•异步传输接收端的同步是利用起始位的从1到0的固定跃变，启动内部的时钟电路，然后对各个位依次抽样判决而取得同步的。字符之间的不确定方式起始位停止位停止位停止位起始位起始位同步原理实现简单，无需预先建立系统的同步；缺点优点传输效率低•同步技术•异步传输12345678StopStart010020030040050060070080093186279372465558651744异步传输适用于传输速率不高，特别是交互会话式的通信系统。发送端时钟接收端时钟数据率为10000bps，每一位时间长0.1毫秒(100微秒)。如果接收端差7％，则接收器每隔93us(基于发送器的时钟)对入境字符取样。假设：最后一个样值出错•同步技术•异步传输防止发送器和接收器之间时间漂移方式•同步传输大量的位以稳定流发送，没有起始位也没有停止位。发送器和接收器必须同步它们的时钟才能使接收器知道新字节的开始。在发送器和接收器之间提供单独的时钟线将时钟信息嵌入到数据信号中同步传输中的另一级同步使接收器确定一块数据的开始和结束。同步传输以固定的时钟节拍来发送数据信号，字符间无间隙。每个比特与时钟信号严格一一对应。•同步技术preamblepostambledata同步通信的分类面向字节协议面向比特协议数据块(帧)：数据＋前后同步码＋控制信息首先，接收端要从接收到的数据流中正确区分每个比特，即位同步。然后，在位同步的基础上实现帧同步。采用ASCII字符(如SYN，SOH及ETX)来控制数据块的传输。以一个稳定的位流来传输数据。采用一个特殊的标志01111110来定界帧。•同步技术•同步传输发送器在每个字符块之前插入两个或多个控制字符•