通信原理之多路复用和多址技术
多路复用的基本原理
多路复用的基本原理多路复用是计算机网络中的一种通讯技术，它是指在同一个物理通讯通道（例如一条网络电缆或光纤），在同一时间内，同时传输多个独立的信号，实现多个通讯线路共享一个物理通讯通道的方法。
多路复用使得网络使用率大大提高，提高了网络的可靠性和性能。
本文将从多路复用的基本原理入手，详细阐述多路复用的原理、分类、实现、优缺点以及应用场景。
一、多路复用的原理在计算机网络中，假设有多个用户A、B、C、D，需要同时与网络服务器通信，而服务器只有一条物理链路，如果每个用户都从服务器上获取一条物理链路，那么服务器的物理链路就会被占用。
于是，多路复用技术就有了应用的基础。
多路复用的原理是将多个用户的数据流复用在同一物理通讯线路上，形成一个混合流向目标地址传输。
在服务器端，对来自每个用户的数据进行分类处理，将它们区分开来，并打上标记码，发送到混合流中。
在客户端接收到混合流后，对它进行解复用，将其区分开来，并根据标记码将数据还原到原来的各自的用户数据流。
如下图所示：二、多路复用的分类多路复用根据传输数据的特点和处理方法，可以分为如下两种类型：1、频分多路复用（FDM）频分多路复用是将信号在频域上分成不同的频带，不同频带内的信号被分别转换成数字信号，再将数字信号按不同频率排列，通过调制传输到接收端，接收端采用解调的方法将各个频率上的数据恢复为原数据，实现多路复用。
在频分多路复用中，各个用户占用频带的带宽是相等的，但也有可能因为传输距离和信号衰减等原因导致传输质量的不均衡。
常用于有线电视信号传输。
2、时分多路复用（TDM）时分多路复用是将信号在时间域上分隔开，按不同时间段分配给不同通道，从而实现多路复用。
时分多路复用中，各个用户占用时间段的时间是相等的，但数据量不一定相等，需要在传输过程中进行适当的压缩和解压缩。
常用于数字电话、网路等数据传输。
三、多路复用的实现多路复用的实现需要网络的发送方和接收方都支持多路复用协议。
OFDM原理与应用_第八章
第八章 OFDM 多址接入技术
由于扩频后的信号带宽被限制在一个子带之内，因此它适用于上行 通信链路。
Cu (t )
Cu (t )
Cu (t )
图 8-7 MC/DS-CDMA 示意图
第八章 OFDM 多址接入技术
MT-CDMA 也利用给定扩频序列在时域内扩展经串/并转换后的数据流。 但是与一般的 DS-CDMA 相比，MT-CDMA 采用与载频数成比例的长扩频 序列。 在这种方案中，每个子载波的频谱不再满足正交状态。 2. 频域扩频 MC-CDMA 系统采用频域扩频的方式。 其基本过程是： 每个信息符号由一 个特定的扩频码片进行扩频，然后将扩频以后的每个符号调制到一个子 载波上； 因此，若扩频码的长度为 N ，那么对应这 N 个子载波传输的是相同 的信息数据。
第八章 OFDM 多址接入技术
8.1 OFDM 的多种接入方式 四种多用户通信系统 第一类多用户通信系统采用多址通信技术，即大量用户通过使用一 个公用通信信道向相同的接收机发送信息， 典型案例：移动蜂窝通信系统——某一个小区中的若干用户能够 向该小区的公共基站发送信息。 第二类多用户通信系统是一个广播网络； 在这类系统中，一个单独的发射机向多个接收机发送信息。 典型案例：公共无线电和电视广播系统。 第三类多用户通信系统是存储-转发网络；
第八章 OFDM 多址接入技术
四种主要的多址接入技术 频分多址（FDMA） 时分多址（TDMA） 码分多址（CDMA） 空分多址（SDMA） OFDM 和多址技术的结合能够允许多个用户同时共享有限的无线频谱， 从而获得较高的系统容量。 OFDM-FDMA（OFDMA） ； 跳频 OFDMA。 OFDM-TDMA； 多载波 CDMA；
通信原理_第6章信道复用和多址技术.
特点：简单，信道利用率低,不稳定。最大吞吐量仅为容 量的18.4%。
各种ALOHA方案网络吞吐量 S与提供负载 G的关系如图。
具有捕获效应的S-ALOHA 0.54
归一化信道吞吐量(S)
0.45 0.36 0.27 0.18 0.09 0.00 0.00 0.5
(a) 工作示意图。4个地球站，其中一个为基准站。
基准站任务：为其他各站发射定时信号。基准站也可由某一地球站兼 任。帧周期(帧)：所有地球站在卫星内占有的整个时间间隔。 分帧（子帧）:每个地球站占有的时隙帧。 (b) 帧结构。帧周期为125μs）或其整倍数。 帧:由所有分帧和一个基准站分帧组成。分帧的长度可以一样也可以 不一样。由前置码和数据两部分组成。
在FDMA中，是指各地球站占用转发器的频段；
在TDMA中，是指各站占用的时隙；
在CDMA中，是指各站使用的正交码组。
20/48
6.3.1 频分多址
FDMA按频率划分，把各站发射的信号配置在卫星频带内 的指定位置上,各中心频率留有保护频带。 示意图。
保护频带
转发器频带分配
f A fB
3/48
6.1.1 频分复用
低通滤波器 调制器 MOD 带通滤波器 BPF 带通滤波器 BPF 解调器 DEM 低通滤波器 LPF
f1 (t )
LPF
f1 (t )
01
f 2 (t )
消息输入 LPF MOD BPF
f S (t )
主调制器 MOD 信道 主解调器 DEM BPF
波分复用的两波道间隔为10 ~ 100nm。当间隔为1 ~ 10nm， 甚至1nm以下时，称为密集波分复用（DWDM）。
通信原理名词解释
通信原理名词解释通信原理是指在信息传输过程中所遵循的基本规则和原则，包括信息的产生、编码、传输、解码和接收等环节。
下面将对通信原理中的一些重要名词进行解释。
一、调制解调器（Modem）调制解调器是通信中的一种设备，用于将数字信号转换成模拟信号以进行传输，同时也负责将接收到的模拟信号转换成数字信号。
调制解调器是数字通信与模拟通信之间的桥梁，广泛应用于电话线、有线电视和移动通信等领域。
二、编码解码（Encoding/Decoding）编码解码是通信中的关键步骤，用于将信息从一种形式转换成另一种形式，以便在传输过程中能够准确地传递并在接收端恢复原始信息。
常见的编码解码方式包括二进制编码、曼彻斯特编码和差分编码等。
三、带宽（Bandwidth）带宽是指通信信道中能够传输的频率范围，通常以赫兹（Hz）为单位表示。
带宽越大，信道传输的信息量越多，传输速度也越快。
带宽在通信系统设计和优化中起到重要作用，能够决定信号的传输能力和质量。
四、信噪比（Signal-to-Noise Ratio）信噪比是指在通信过程中信号与噪声的比值，用于衡量信号的清晰度和可靠性。
信噪比越高，意味着信号的强度相对于噪声更大，通信质量也越好。
信噪比是评估通信系统性能的重要指标，在信号处理和电信网络设计中被广泛应用。
五、调制方式（Modulation）调制方式是指将原始信号与载波信号进行合成的过程，用于改变信号的频谱特性。
常见的调制方式包括调幅（Amplitude Modulation）、调频（Frequency Modulation）和调相（Phase Modulation）等。
不同的调制方式可以适应不同的通信场景和需求。
六、多路复用（Multiplexing）多路复用是指在有限通信资源内同时传输多个信号的技术，可以提高通信系统的利用率。
常见的多路复用方式包括时分复用（Time Division Multiplexing）、频分复用（Frequency Division Multiplexing）和码分复用（Code Division Multiplexing）等。
通信系统中的多路复用技术介绍
通信系统中的多路复用技术介绍多路复用技术指的是在通信系统中，通过将多个信号合并在一个信道中传输，以提高通信信道的利用率和传输效率的一种技术。
它可以将不同用户的信号同时传输在同一个信道中，从而实现多个用户同时进行通信。
下面将详细介绍多路复用技术的原理和步骤。
一、多路复用技术的原理1. 频分多路复用（FDM）：将传输信道频带划分为若干个不重叠的子信道，每个子信道用于传输一个用户的信号。
通过控制每个子信道的带宽，可以使不同用户之间的信号不会相互干扰。
2. 时分多路复用（TDM）：将传输信道的时间分成若干个时隙，每个时隙用于传输一个用户的信号。
用户的信号在不同的时隙进行传输，通过控制每个用户的传输速率，可以实现多用户同时传输。
3. 统计多路复用（SDM）：根据用户的传输需求和信道的使用情况，动态地分配信道资源。
当用户的传输需求较小或者其他用户没有传输时，可以将信道资源分配给其他用户使用。
二、多路复用技术的步骤1. 信号接入：将不同用户产生的信号接入到通信系统中。
用户的信号可以通过不同的方式接入，如数字化后通过信号结构器输入、模拟信号通过模数转换器转换为数字信号后输入等。
2. 信号编码：对每个用户的信号进行编码。
编码可以使得不同用户的信号在传输过程中相互独立，不会相互干扰。
常见的编码方式有频分编码、时分编码等。
3. 多路复用：将各个用户的信号按照多路复用技术的原理进行合并。
例如，对于频分多路复用技术，可以将每个用户的信号经过调制后分配到不同的频带中；对于时分多路复用技术，可以将每个用户的信号按照时间顺序分配到不同的时隙中。
4. 信号传输：将多路复用后的信号通过信道传输。
传输过程中需要保持信号的完整性和准确性，避免信号受到干扰或衰减。
5. 信号分解：在接收端，将传输的信号进行分解，分离出各个用户的信号。
分解可以使用与多路复用技术相对应的解复用技术，如频分解复用、时分解复用等。
6. 信号解码：对分离出的每个用户的信号进行解码。
通信原理有关的技术
通信原理有关的技术以下是与通信原理相关的一些技术：1. 调制解调技术（Modulation and Demodulation）：将数字信号转换为模拟信号进行传输，然后再将模拟信号转换回数字信号。
2. 多路复用技术（Multiplexing）：将多个信号通过不同的方式在同一传输介质上传输，以提高信道利用率。
3. 频分多址技术（Frequency Division Multiple Access）：将可用频带划分为不同的频道，每个用户在不同的频道上传输数据。
4. 时分多址技术（Time Division Multiple Access）：将时间划分为不同的时隙，不同用户在不同的时隙上传输数据。
5. 码分多址技术（Code Division Multiple Access）：通过在发送端使用不同的扩频码，将多个信号叠加在同一频带上传输。
6. OFDM技术（Orthogonal Frequency Division Multiplexing）：将高速数据流分为多个低速子载波，并在不同的子载波上传输数据。
7. 奈奎斯特采样定理（Nyquist Sampling Theorem）：根据信号的带宽进行恰当的采样，以有效还原原始信号。
8. 射频识别技术（Radio Frequency Identification）：使用射频通信进行身份识别、物品追踪等应用。
9. 卫星通信技术（Satellite Communication）：利用地球轨道卫星来传输长距离通信信号。
10. 光纤通信技术（Fiber Optic Communication）：使用光纤作为传输介质，通过光信号传输数据。
11. 无线通信技术（Wireless Communication）：使用无线电波进行数据传输，如蜂窝通信、Wi-Fi、蓝牙等。
12. 码型技术（Modulation Coding）：将数字比特流转化为符号序列，通过对不同编码方式的选择来提高传输效率和可靠性。
第七章 多路复用和多址技术
＝256bit，因此，传码率为 2568000 2.048M 波特，信息速率
为 2.048Mbit/s。
PCM 30/32路系统的一帧
❖ 前面讨论的7P.C3M.530P/3C2路M和高P次CM群24系路时统分多路系统，
称为数字基群（即一次群）。为了能使宽带信号（如电 视信号）通过PCM系统传输，就要求有较高的传码率 。因此提出了采用数字复接技术把较低群次的数字流汇 合成更高速率的数字流，以形成PCM高次群系统。 CCITT推荐了两种一次、二次、三次和四次群的数字等 级系列，如表7.3-1所示。 ❖ 表7.3-1所示的复接系列具有如下优点： ❖ 易于构成通信网，便于分支与插入。 ❖ 复用倍数适中，具有较高效率。 ❖ 可视电话、电视信号以及频分制载波信号能与某一高次 群相适应。
图7-8 基于PCM30/32路系列的数字复接体制
7.3.6 SDH的提出
对传输的新要求，必须从技术体制上对传输系统进行根本的改革，为此，CCITT 制订了TDM制的150Mb/s以上的同步数字系列（SDH）标准。它不仅适用于光纤 传输，亦适用于微波及卫星等其它传输手段。它可以有效地按动态需求方式改变 传输网拓扑, 充分发挥网络构成的灵活性与安全性， 而且在网路管理功能方面大 大增强。数字复接系列（同步数字系列）如表7.3-2所示。
[例7.3.1]
❖ 对10路最高频率为3400Hz的话音信号进行TDM-PCM传 输，抽样频率为8000Hz。抽样合路后对每个抽样值按照 8级量化，并编为自然二进码，码元波形是宽度为的矩形 脉冲，且占空比为0.5。计算TDM-PCM基带信号的第一 零点带宽。
[例7.3.2]
[例7.3.3]
通信原理思考题答案
通信原理思考题答案1. 什么是通信原理？通信原理是指通过某种媒介将信息从一个地方传输到另一个地方的基本原理。
在现代社会，通信原理已经成为人们日常生活中不可或缺的一部分，无论是手机通讯、互联网传输还是无线电广播，都是基于通信原理实现的。
2. 通信原理的基本原理是什么？通信原理的基本原理包括信号的产生、调制、传输、解调和接收等环节。
首先，信号的产生是指将要传输的信息转换成电信号或者无线电信号。
接着，通过调制将信号转换成适合传输的形式，比如将模拟信号转换成数字信号。
然后，信号通过传输介质传输到接收端，经过解调将信号还原成原始信息。
3. 通信原理中的调制技术有哪些？常见的调制技术包括幅度调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等。
幅度调制是通过改变信号的幅度来实现信息的传输，频率调制是通过改变信号的频率来传输信息，而相位调制则是通过改变信号的相位来传输信息。
4. 通信原理中的传输介质有哪些？通信原理中常见的传输介质包括有线传输介质和无线传输介质。
有线传输介质包括电缆、光纤等，而无线传输介质则包括无线电波、红外线等。
不同的传输介质适用于不同的通信场景，有线传输介质适用于固定通信，而无线传输介质适用于移动通信。
5. 通信原理中的信道编码有什么作用？信道编码是为了提高通信系统的抗干扰能力和纠错能力而采用的一种技术。
通过信道编码，可以在传输过程中对信号进行编码和解码，从而提高信号的可靠性和稳定性，减少传输过程中的误码率。
6. 通信原理中的多路复用技术有哪些？多路复用技术是指将多个信号通过同一个传输介质进行传输的技术。
常见的多路复用技术包括时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、码分复用（CDM）等。
这些技术可以有效地提高传输介质的利用率，实现多个信号同时传输。
7. 通信原理中的调制解调器有什么作用？调制解调器是通信系统中的重要设备，它可以将数字信号转换成模拟信号进行传输，并在接收端将模拟信号转换成数字信号。
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返回
13
9.3 时分复用(TDM)
基本原理见下图。
14
s1(t) 低通1
低通1
s1(t)
s2(t) si(t) sN(t)
低通2
N
低通 N
信道
N
同步旋转开关
低通2
s2(t)
低通
sN(t)
N
时分多路复用原理
32个时隙
TS31 TS30 TS29 TS28 TS27 TS26 TS25 TS24 TS23 TS22 TS21 TS20 TS19 TS18 TS17 TS16 TS15 TS14 TS13 TS12 TS11 TS10 TS9 TS8 TS7 TS6 TS5 TS4 TS3 TS2 TS1 TS0
偶帧TS0
*0011011
帧同步码
奇帧TS0
* 1 A1 1 1 1 1
保留
话路(CH1 ~ CH15)
TS16 信令
8 bit
(1 bit = 488.3ns)
话路(CH16~CH30)
8 bit
(1 bit = 488.3ns)
22
• 随路信令：
帧
比特
1 2345 6 7 8
钟统一和定时问题。
6
9.1 概述
三、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。
返回
7
9.2 频分复用(FDM)
• 方法：采用SSB调制搬移频谱， 以节省频带。
• 3路频分复用电话通信系统原理:
20
五次复用
4路 139.264 Mb/s
复用 设备 五次群
四次复用
565.148
Mb/s
1
复用
4路 34.368 Mb/s
三次复用 4
设备 四次群
139.264 Mb/s
1
4路 8.448 Mb/s
4 二次复用
复用 设备 三次群
34.368
1
Mb/s
4路 2.048 Mb/s
复用
低通
4 kHz
f1 相乘
3400 Hz
低通
12.3 ~ 15.4 kHz
带通
f1 8 kHz
3400 Hz
相乘
低通
f1 12 kHz
(b)接收端原理方框图
话音输出1 话音输出2 话音输出3
10
9.2 频分复用(FDM)
• 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.
s1(t)
信号s (t)的采样
s2(t)
1
T/N
时隙1
T+T/N
2T+T/N
3T+T/N
信号s (t)的采样
2
1帧
旋转开关采集到的信号
15
9.3 时分复用(TDM)
• 基本条件：
－－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；
12 kHz
1
16 kHz 20 kHz
2
3
4 kHz
56 kHz
12
12路群的频谱图
f (kHz)
11
9.2 频分复用(FDM)
超群--由5个基群组成; 60路; 占用240 kHz带宽;
主群--由10个超群组成; 600路。
12
9.2 频分复用(FDM)
•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；
通信原理之多路复用和多址 技术
主要内容
➢ 9.1 概述 ➢ 9.2 频分复用 ➢ 9.3 ➢ 9.4 码分复用 ➢ 9.5 多址技术 ➢ 小结 ➢ 思考题、习题
2
9.1 概述
一、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）
8
9.2 频分复用(FDM)
话音输入1
300 ~ 3400 Hz
低通
相乘
4.3 ~ 7.4 kHz
带通
话音输入2
300 ~ 3,400 Hz
低通
4 kHz
f1
8.3 ~ 11.4 kHz
相乘
带通
话音输入3
300 ~ 3,400 Hz
低通
8 kHz
f2
相乘
带通
12 kHz
f3
(a) 发送端原理方框图
6.312
T
T -3
体 T –4
系
32.064（日本） 44.736（北美） 97.728（日本） 274.176（北美）
T－5
397.200（日本）
560.160（北美）
路数（路 64kb/s） 30 120 480
1920 7680
24 96 480 672 1440 4032 5760 8064
3
9.1 概述
1 f
2 f
N f
(a)频分制
1 t
2 t
N t
(b)时分制
1 t
2 t
N t
(c)码分制
4
9.1 概述
• 3种多路复用新方法： 空分复用(SDW) 极化复用(PDW) 波分复用(WDM)
5
9.1 概述
二、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
4
设备 二次群
8.448
1
PCM
Mb/s
复用设
30
备 一次群
(30路 64 kb/s)
2.048 Mb/s
图9.3.2 E体系结构图
21
• PCM 一次群的帧结构：
1帧 125s
1复帧＝16帧
F0 F1 F2 F3 F4 F5 F6 F7 F8 F9 F10 F11 F12 F13 F14 F15
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。
19
层次
比特率（Mb/s）
E -1
2.048
E9.3.1E -准2 同步数字8.448
体体 系(EP- D3 H)
34.368
系 E-4
139.264
E -5
565.148
T -1
1.544
T -2
多路信号输出
基带语音 4 kHz 信号
8 kHz
12 kHz
0 300 – 3,400 Hz 4.3 – 7.4kHz
8.3 – 11.4 kHz 12.3 – 15.4 kHz
f9
9.2 频分复用(FDM)
多路信号输入
4.3 ~ 7.4 kHz
带通
8.3 ~ 11.4 kHz
带通
相乘
3400 Hz
－－成本较高。
16
9.3 时分复用(TDM)
• 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。
17
9.3 时分复用(TDM)
• 国际电信联盟(ITU)建议： －－准同步数字体系PDH； －－同步数字体系 SDH。
18