第五章-通信原理..

第5章信道复用本章学习要求：掌握：信道的定义掌握：无线信道与有线信道掌握：复用技术和多址技术掌握：频分复用FDM和时分复用TDM了解：分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA和混合多址等几种方式5．1通信信道概述信道定义：以传输媒质为基础的信号通道。狭义信道:信号的传输媒质广义信道:包括有关的变换装置调制信道：编码信道：有线信道：明线,电缆,光纤,波导管等。无线信道：地波、短波电离层反射、超短波或微波视距中继、人造卫星中继等。关心的是调制器输出的信号形式、解调器输入端信号与噪声的最终特性。编码器输出端到译码器输入端的部分。编码器收端转换器解调器译码器媒质发端转换器调制器狭义信道调制信道编码信道明线5双绞线568A标准：绿白，绿，橙白，蓝，蓝白，橙，棕白，棕568B标准：橙白，橙，绿白，蓝，蓝白，绿，棕白，棕抗干扰能力较差。带宽和传输距离：决定于铜线的粗细同轴电缆(CoaxialCable)同轴电缆的分类基带同轴电缆：50欧姆电缆，用于数字传输。数据传输速率：10Mb/s，信号传输距离：1-1.2km。宽带同轴电缆：75欧姆电缆，用于模拟传输。CATV中标准传输电缆，带宽可达：300-450MHz,传输距离：100km。同轴电缆的优缺点抗干扰能力强带宽宽，数据传输速率高，传输距离远。价格贵，很重，无法结构化布线应用：电视网络、近距离计算机网络、长途电话传输光纤、光缆轴心：玻璃材质,用来传送光波讯号。被覆层：折射率极低的物质。外皮：不透光的材质,用以隔绝外在的干扰源,保护脆弱的轴心。光纤结构纤芯包层按折射率分类阶跃型梯度型按模式分类多模光纤单模光纤折射率n1n2折射率n1n27～10125折射率n1n2单模阶跃折射率光纤(a)(b)(c)光电转换器光纤的类型单模光纤：轴心直径较细,约5~10微米,传输距离长,散射率小,传输效能极佳。多模光纤：轴心直径较宽,约50~100微米,传输距离短,传输效能略差。光纤工作波段目前，在试验室中光纤带宽超过50Tbps；82.5Gbps，810Gbps，3210Gbps的光纤传输已经实用常用的三个波长窗口（光纤波段）0.85um：衰减（attenuation)大，传输速率和距离受限制，但价格便宜1.30um：衰减小，无色散（dispersion）补偿、功率放大情况下，最大传40km（最坏情况）1.55um：衰减小，无色散补偿、功率放大情况下，最大传80km（最坏情况）无线信道无线信道电磁波的频率－受天线尺寸限制地球大气层的结构对流层：地面上0~10km平流层：约10～60km电离层：约60～400km地面对流层平流层电离层10km60km0km电离层对于传播的影响反射散射大气层对于传播的影响散射吸收电磁波的分类：地波频率2MHz有绕射能力距离：数百或数千千米天波频率：2~30MHz特点：被电离层反射一次反射距离：4000km寂静区：17传播路径地面图3-1地波传播地面信号传播路径图3-2天波传播复用技术MultiplexingTechniques一般来说，正在通信的两个站点不会完全用尽数据链路的全部带宽。“复用”(multiplexing)就是使一条数据链路能同时传输多路信号的一组技术。复用技术最常用在使用大容量光纤、同轴电缆或微波链路的长途通信方面，以及广域网的主干连接。P105图6.1复用与无复用Multiplexingvs.NoMultiplexing链路和通道（信道）LinkandChannel在多路复用技术中，“链路”一词指的是物理路线。“通道”（信道）一词指的链路的一部分，它能在一对给定的线路间实现数据的传输。一条链路可以有许多(n)条通道。Inmultiplexing,thewordlinkreferstothephysicalpath.Thewordchannelreferstotheportionofalinkthatcarriesatransmissionbetweenagivenpairoflines.Onelinkcanhavemany(n)channels.在多路复用技术中，“链路”一词指的是物理路线。“通道”（信道）一词指的链路的一部分，它能在一对给定的线路间实现数据的传输。一条链路可以有许多(n)条通道。Note复用技术种类CategoriesofMultiplexing异步时分复用:亦称统计时分复用(STDM)5.2频分复用(FDM)Frequency-divisionMultiplexing频分复用FrequencyDivisionMultiplexingFDM是一种模拟技术，用于链路带宽大于要传输的几路信号带宽之和的情况。每路信号都被调制到一个不同的载波频率上，然后组合成一个复合信号。各载波频率之间应有一定间隔（防护频带），保证各路信号不会重叠。应用示例：广播电台和有线电视信道分配后，即使没有数据传送也被占用。FDM：模拟复用技术FDM:AnalogMultiplexingTechnique如果源端发送的是数字信号，复用前要先转换为模拟信号。频分复用是一种模拟多路复用技术，用于将多路模拟信号合成为一路复合信号。FDMisananalogmultiplexingtechniquethatcombinesanalogsignals.Note频分复用示意图FrequencyDivisionMultiplexingDiagram频分复用：“齐头并进”型复用P106图6.3频分复用系统FDMSystem复合基带调制信号的频谱SpectrumofCompositebasebandmodulatingsignalFDM复用过程时域图FDMMultiplexing,TimeDomain复用器FDM解复用过程时域图FDMDemultiplexing,TimeDomainP106图6.5FDM复用过程频域图FDMMultiplexing,FrequencyDomainFDM解复用过程频域图FDMDemultiplexing,FrequencyDomain例5个通道,带宽均为100kHz，如果通道间需要10kHz的防护频带，求链路的最小带宽。解：5×100+4×10=540kHz模拟载波系统AnalogCarrierSystems由美国AT&T公司推出的分级的FDM结构基群12路话音信道(每路4kHz)=48kHz频谱60kHz～108kHz超群60路话音信道由5个基群信号通过FDM二次调制形成–超群复用器主群10个超群组成（600路话音信道）-主群复用器巨群由６个主群组成模拟载波系统层次结构示意图AnalogHierarchyP108图6.9应用示例:ADSLExampleofFDMApplicationADSL(非对称数字用户线路）利用现有电话线(实际带宽1.1MHz)实现宽带网络连接非对称(Asymmetric)的含义下行速率大于上行采用频分复用技术最低的25kHz用于传统电话话音传输使用回声抵消或FDM技术来分配两个频带(上行和下行)在频带内部使用FDM技术距离可达5.5千米ADSL信道设置ADSLChannelConfiguration6.2波分复用Wavelength-divisionMultiplexing波分复用示意图Wavelength-divisionMultiplexingDiagram波分复用：光纤通道上的频分复用波分复用WavelengthDivisionMultiplexing不同频率的多路光线在同一光纤上传输，即在一根光纤上采用频分复用技术，承载若干不同频率的光信号。FDM的一种形式。每一种颜色（波长）的光承载一个数据信道。波分复用与分离过程中棱镜的作用PrismsinWavelength-divisionMultiplexingandDemultiplexingWDM技术非常复杂，原理却非常简单：光源的组成与分离由棱镜完成。P109图6.115.3时分复用Time-DivisionMultiplexingTDM：数字复用技术TDM:DigitalMultiplexingTechnique如果源端发送的是模拟信号，复用前要先转换为数字信号。时分复用是一种数字多路复用技术，用于将多个低速通道组合成为一个高速通道。TDMisadigitalmultiplexingtechniqueforcombiningseverallow-ratechannelsintoonehigh-rateone.Note时分复用示意图TimeDivisionMultiplexingTDM:“交替前进”型多路复用同步时分复用SynchronousTDMTDM是一种数字复用技术，它将不同源端的数字数据合并到一个时间共享的链路上，适用于媒体数据速率容量超过要传输的几路数字信号总速率的情况。几路数字信号可以通过交替使用不同的“时隙”(timeslot,亦译成“时间片”或“时槽”)在一条传输线路上传送。交替可以按位、按字节块或大数据块进行。时隙被预先固定分配给每个数据源。即使某个数据源并没有数据传送，该时隙也得分配给它。每个数据源对应的时隙数量可以是不同的。TDM帧TDMFrames交替Interleaving同步时分复用技术SynchronousTDM复用器将不同的输入交替组合成帧，然后送入传输链路。传输链路的容量必须能容纳所有的输入。如果上图中每路输入的带宽是9.6kbps，传输链路所需总带宽至少要48kbps。复用过程MultiplexingProcess因为将每个时隙分配给特定的输入线路，如果这些输入线路没有全部进入工作状态，就会出现空闲的时隙。上图中，只有前三个帧是完全填满的。而24个时隙中有6个空闲未用，意味着链路传输能力的四分之一被浪费了。同步TDM系统分离过程DemultiplexingProcess5.6多址通信方式基本概念多址接入与信道分类频分多址(FDMA),频道划分,频带独享,时间共享时分多址(TDMA),时隙划分,时隙独享,频率共享码分多址(CDMA),码型划分，时隙、频率共享空分多址(SDMA),空间角度划分,频率/时隙/码共享53多址概念：—以信道区分通信对象，一个信道只容纳一个用户进行通话，不同的用户同时进行通话，互相以信道来区分。多址接入：—如何建立用户之间的无线信道的连接。多址方式是移动通信网体制范畴，关系到系统容量，小区构成，频谱和信道利用效率以及系统复杂性。54FDMATDMACDMA数分多址概念CDMA基本原理55共52页56200λaRfififififififififififif1：工作频点a：波束夹角R：波束覆盖的半径fi图５－６空分多址示意图200λaRfififififififififififif1：工作频点a：波束夹角R：波束覆盖的半径fi200λaRfififififififififififi200λaRfififififififififififif1：工作频点a：波束夹角R：波束覆盖的半径fi图５－６空分多址示意图SDMAFDMATDMACDMA频分多址(FDMA),频道划分,频带独享,时间共享时分多址(TDMA),时隙划分,时隙独享,频率共享码分多址(CDMA),码型划分，时隙、频率共享空分多址(SDMA),空间角度划分,频率/时隙/码共享57频分多址方式系统原理•频分多址（FrequencyDivisionMultipleAccess-FDMA):•频道划分，频带独享，时间共享共52页58频分多址方式信道1信道2信道3信道N代码频率时间7.2频分多址方式FDMA系统的频谱管理FDD,FrequencyDivisionDuplex共52页59......反向信道保护频带前向信道保护频隙f1’f2’fN’f1f2fN共52页60频分多址方式FDMA系统的特点1.单路单载波传输：每个