第9章 多路9复用和多址技术
多路复用和多址技术
低 取样 量化 通 合路 编码
解码 分路 恢复
滤 波 多路信号时分复用的工作过程
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m1(t)
m2(t)
信号m1(t)的采样
T/N
时隙1
T+T/N
2T+T/N 3T+T/N
信号m2(t)的采样
1帧
旋转开关采集到的信号
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•假设信号取样频率为fs •则取样时间间隔 T=1/fs •帧周期等于 T=1/fs •在复用N路时，每一路时隙宽度Tc为
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外部 时钟
定时
同
步
1码 2速 复
3 4 支路
调 整
接 合路
复接器
定时
1 分恢 2 接复 3
4 支路 分接器
数字复接系统组成原理
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• 多址
– 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。
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• 多路复用和多址技术的联系与区别
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m1(t)
m2(t)
两个基带信号时分复用原理
时分复用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。
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时分复用原理
m1(t)
抽样开关
LPF
同步
m1(t) LPF
… …
… …
m2(t) LPF
mN(t) LPF
传输 系统
x(t)
y(t)
m2(t) LPF
mN(t) LPF
– 相同：二者都是为了通信资源共享 – 区别：
• 多路复用中，用户对资源共享的需求是固定的， 或者至多是缓慢变化的，资源是预先分配给各用 户。
9、多路复用技术
5.码分多路复用
码分多路复用CDMA（Code Division Multiple Access)码分多路是采用地址码和时间、 频率共同区分信道的方式。CDMA的特征是个每个用户有特定的地址码，而地址码之 间相互具有正交性，因此各用户信息的发射信号在频率、时间和空间上都可能重叠， 从而使用有限的频率资源得到利用。CDMA是在扩频技术上发展起来的无线通信技术， 即将需要传送的具有一定信号带宽的信息数据，从一个带宽远大于信号带宽的高速伪 随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端也 使用完全相同的伪随机码，对接受的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数 据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。不同的移动台（或手机）可以使用同一个频 率，但是每个移动台（或手机）都被分配带有一个独特的“码序列”，该序列码与所 有别的“序列码”都不相同，因为是靠不同的“码序列”来区分不同的移动台（或手 机），所以各个用户相互之间也没有干扰从而达到了多路复用的目的。
1.多路复用技术的概念
多路复用技术需要用到的设备： 1、多路复用器（Multiplexer） 在发送端根据约定规则把多个低带宽信号复合成一个高带宽信号。 2、多路分配器（Demultiplexer） 根据约定规则再把高带宽信号分解为多个低带宽信号。 这两种设备统称为多路器（MUX）
2.频分多路复用
ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给 它；当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可 用于其他用户的数据传输。
3.时分多路复用
时分多路复用技术TDM（Time Division Multiplexing）时分多路复用是以信道传输时间作为分割对象，通过为多个 信道分配互不重叠的时间片段的方法来实现多路复用。时分多路复用将用于传输的时间划分为若干个时间片段，每 个用户分得一个时间片。时分多路复用通信，是各路信号在同一信道上占有不同时间片进行通信。由抽样理论可知， 抽样的一个重要作用，是将时间上连续的信号变成时间上的离散信号，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号 沿同一信道传输提供条件。具体说就是把时间分成一些均匀的时间片，通过同步（固定分配）或统计（动态分配） 的方式，将各路信号的传输时间配分在不同的时间片，以达到互相分开，互不干扰的目的。至2011年9月，应用最广 泛的时分多路复用是贝尔系统的T1载波。T1载波是将24路音频信道复用在一条通信线路上，每路音频信号在送到多 路复用器之前，要通过一个脉冲编码调制编码器，编码器每秒抽样8000次。24路信号的每一路，轮流将一个字节插 入到帧中，每个字节的长度为8位，其中7位是数据位，1位用于信道控制。每帧由24×8=192位组成，附加1bit作为帧 的开始标志位，所以每帧共有193bit。由于发送一帧需要125ms，一秒钟可以发送8000帧。因此T1载波数据传输速率 为：193bit×8000=1544000bps=1544Kbps=1.544Mbps
《多址技术》PPT课件
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FDMA典型应用
• 美国AMPS系统：FDMA/FDD，模拟窄带调 频（NBFM），按需分配频率；
• 同时支持的信道数： N＝（Bt +B保护）/ (Bc + B保护）
Bt 系统带宽，Bc信道带宽， B保护为分配频率时 的保护带宽。
例：如Bt为12.5MHz， B保护 为10KHz，Bc为 30KHz，求FDMA系统的有效信道数。
h2h3源自一、多路复用和多址接入多路复用：多路复用是利用一条信道同时传输 多路信号的一种技术，可以解决在同一信道内同时 传送多个信号的问题。
常见的多路复用方式有
– 频分复用FDM – 时分复用TDM – 码分复用CDM – 波分复用WDM
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多址接入：指多个通信站的射频信号在射频信道 上的复用，以实现各个通信站之间的通信。
• 一个信息分帧对应一个地球站的突发信号。 信息分帧中的信道定向采用逐字复用的时分 多路复用方式(TDM)。这样，一个地球站发 射的信号可由该站的消息分帧在一帧中的位 置来确定。
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TDMA的效率
• 系统效率：在发射数据中信息所 占的百分比，不包括系统开销；
• 帧效率：发送数据比特在一帧中 所占的百分比；
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FDMA的优点
✓ 技术成熟、设备简单、不需网同步、工作 可靠、可直接与地面频分制线路接口、工 作于大容量线路时效率高，特别适用于站 少而容量大的场合。
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FDMA的缺点：
– 任一地球站为了能接收其他地球站的信号，都必 须设有除本站外的所有下行频率的接收电路；
– 转发器要同时放大多个载波，容易形成互调干扰。 为了减少互调干扰，必须进行电平“回退”补偿， 功率利用率不高；
通信原理第九章多路复用和多址技术
第九章 多路复用和多址技术9. 1 频分复用（FDM ）将若干路独立的信号在同一信道中传输的技术称为复用技术，最常用的是频分复用(FDM)和时分复用(TDM)。
FDM 是在频域上对信道进行分割，而TDM 则是在时域上对信道进行分割。
FDM 系统的发端用相加器将各路已调信号复接在一起，在收端则用中心频率不同的带通滤波器将各路信号进行分接处理。
频分复用原理图如下所示。
A点B点复接分接f c1f cn保护频带信道带宽信号带宽:f :F :B ∆∆fB Fn max ∆+∆=9.2 时分复用和多路数字电话系统一、 时分复用（TDM ）原理时分复用基本原理是：将传输时间分割为若干个互不重叠的时隙，各个信号按照一定的顺序占用各自的时隙。
在发端，按照这一顺序将各个信号进行复接；在收端，按照这一顺序再将各个信号进行分接。
TDM 的优点如下：① 分接器和复接器都是数字电路，易于实现； ② 不会因为传输系统不理想而引起串话。
设各个信源都为模拟信源，则时分复用通信系统原理如下图所示m 1m n 1(t)n (t)...D(t)结合PCM 编译码实验来说明有关基本概念 1VF x I ：音频信号 FS x ：抽样信号8kHz BCLK x ：发位时钟信号64kHz ~ 2048kHzx xFS x 对输入信号抽样，在BLCK x 8个脉冲作用下对抽样值进行编码，得到8位PCM 信号。
BCLK x 频率增大，每组8bit 数据占有时间减少，两组数据之间空余时间增加。
R ：译码器输入PCM 信号 R ：路同步信号8 kHz R ：收位同步信号64kHz ~ 2048kHz R O ：译码输出音频模拟信号工程上，BCLK R 和FS R 都需从接收到的PCM 码流中提取，为了得到FS R 信号，在发端必须将帧同步码与PCM 数据复接在一起。
TP3507中包含有编码器和译码器。
设帧同步码为8位，当BCLK 为128kHz 时，传输一路数字话音的PCM 信号帧结构为：3、 P CM 编译码实验方框图各编码器的时钟完全相同，故PCMA 、PCMB 的速率完全相同；复接器输入端各信号速率完全相同。
多路复用技术完整ppt课件
传输时延与抖动
传输时延
指信号从发送端传输到接收端所需的 时间，通常以毫秒（ms）为单位。传 输时延与信号传播速度、传输距离和 信道带宽等因素有关。
抖动
指信号在传输过程中产生的时间不确 定性，通常以微秒（μs）为单位。抖 动会导致信号在接收端产生时间上的 偏移，影响通信系统的性能。
04
多路复用技术应用实例
看。
数字电视多路复用
数字电视采用时分多路复用技术 ，将音频、视频、数据等多种信 息复用到同一数字信号中进行传 输，提高信号传输效率和节目质
量。
05
多路复用技术性能评估与 优化
性能评估指标及方法
吞吐量
衡量系统处理能力的关 键指标，表示单位时间 内成功传输的数据量。
时延
数据从发送端到接收端 所需的时间，反映系统
多路复用技术完整 ppt课件
演讲人： 日期：
contents
目录
• 多路复用技术概述 • 多路复用技术分类 • 多路复用技术关键参数 • 多路复用技术应用实例 • 多路复用技术性能评估与优化 • 多路复用技术发展趋势与挑战
01
多路复用技术概述
定义与基本原理
定义
多路复用技术是一种将多个信号 组合在一条物理信道上进行传输 的技术，接收端再将复合信号分 离出来。
缺点
设备生产比较复杂，会因滤波器件特 性不够理想和信道内存在非线性而产 生路间干扰。
信道复用率高，允许复用的路数多， 同时它的分频方便。
时分多路复用
原理
将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用 的一个信号占用，而不像FDM那样，同一时间同时发送多路信号。
优点
传输的是数字信号，差错可控；安全性高。
(信息与通信)第九章时分多址TDMA
移动通信系统中的TDMA技术
移动通信系统概述
移动通信系统是利用无线电波传输信息的通信方式，广泛应用于手机、车载电话等移动终 端。
TDMA在移动通信系统中的应用
TDMA是一种时分复用技术，它将一个信道分为多个时隙，通过时隙的分配实现对多个用 户的同时服务。在移动通信系统中，TDMA技术主要用于数字蜂窝移动通信系统，如欧洲 的GSM系统。
案例分析
以GSM系统为例，TDMA技术通过将时间轴划分为多个时隙，实现了对语音和数据业务 的复用，提高了频谱利用率和系统容量。
卫星通信系统中的TDMA技术
01
卫星通信系统概述
卫星通信系统是利用人造地球卫星作为中继站实现地球站之间通信的通
信方式。
02 03
TDMA在卫星通信系统中的应用
在卫星通信系统中，TDMA技术主要用于多址接入，允许多个地球站共 享卫星信道。通过分配不同的时隙给不同的地球站，可以实现多个地球 站同时通信。
信道分配可以根据业务需求动态调整， 以满足不同用户的数据传输需求。通 过合理的信道分配，可以提高TDMA 系统的频谱利用率和数据传输效率。
03 TDMA系统的关键技术
定时与同步
定时同步
TDMA系统中的定时同步是确保 各用户信号在时间上对齐的关键 技术，通过提取时间基准信号， 使各用户信号在时间上保持一致 。
TDMA与其他多址技术的结合
TDMA与CDMA结合
将TDMA和CDMA技术相结合，实现更灵活和 高效的多址接入。
TDMA与OFDMA结合
将TDMA和OFDMA技术相结合，实现频谱资源 的更灵活分配和高效利用。
TDMA与MIMO结合
将TDMA和MIMO技术相结合，提高信号传输的可靠性和传输速率。
多路复用技术_计算机网络技术_
多路复用技术_计算机网络技术_多路复用技术——计算机网络技术的关键支撑在当今数字化的时代，计算机网络已经成为我们生活和工作中不可或缺的一部分。
无论是浏览网页、观看视频、进行在线游戏，还是企业的远程办公和数据传输，都离不开高效稳定的网络支持。
而在计算机网络技术中，多路复用技术扮演着至关重要的角色，它就像是一位高效的调度员，能够充分利用有限的网络资源，实现数据的快速、准确传输。
那么，什么是多路复用技术呢？简单来说，多路复用技术是一种将多个信号或数据流合并到一个单一的通信信道上进行传输，然后在接收端再将它们分离出来的技术。
想象一下，有许多辆车（信号或数据流）都想要通过一条狭窄的道路（通信信道），如果没有合理的调度，必然会导致交通拥堵。
而多路复用技术就是那个聪明的交通警察，它能安排好这些车辆的通行顺序，使得道路资源得到充分利用，交通得以顺畅进行。
多路复用技术主要有以下几种常见的类型：时分多路复用（TDM）、频分多路复用（FDM）、波分多路复用（WDM）和码分多址（CDMA）。
时分多路复用是按照时间片来分配信道资源的。
就好比把一天的时间分成很多个小时段，每个小时段分配给不同的任务。
在 TDM 中，将通信信道的传输时间划分成若干个固定长度的时隙，每个时隙分配给一个信号源。
例如，在一个电话通信系统中，如果有 8 个用户需要通话，那么系统会将每个用户的通话时间分成 8 个等长的时隙，每个用户在自己的时隙内进行通话，轮流使用信道，从而实现多个用户共享同一信道的目的。
频分多路复用则是根据频率来划分信道资源的。
我们可以把它想象成一个广播电台，不同的电台使用不同的频率进行广播，听众可以通过调谐到不同的频率来收听自己喜欢的节目。
在 FDM 中，通信信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每个频段分配给一个信号源。
每个信号源使用自己分配到的频段进行传输，从而在同一信道上实现多个信号的同时传输。
波分多路复用是在光纤通信中常用的技术。
《多路复用》课件
在电话通信中，时分多路复用 技术将时间划分为若干个时隙 ，每个时隙传输一路信号。
通过高速数字信号处理技术和 同步传输，实现多路语音信号 在同一条电话线上的传输。
波分多路复用在光纤通信中的应用
波分多路复用（WDM）是一种 利用不同波长光信号进行多路复
用的技术。
在光纤通信中，波分多路复用技 术可以将多个不同波长的光信号
时分多路复用（TDM）
总结词
通过将时间分割成多个时间段，每个时间段对应一个信道，实现多个信号的复用 传输。
详细描述
时分多路复用是将时间分割成多个时间段，每个时间段对应一个信道，每个信道 在分配的时间段内进行传输。这种技术广泛应用于数字通信、网络通信等领域。
波分多路复用（WDM）
总结词
利用光的波长差异，将不同的波长光信号在同一根光纤中同 时传输，实现多号合并为一个高速数据流，然后通过单一的通信线路发送到接收端。在接收端， 多路复用器将高速数据流还原为原始的信号或数据流。
02
多路复用类型
频分多路复用（FDM）
总结词
通过将整个传输频带分割成多个小的频带，使每个信道在分配的频带内进行传 输。
详细描述
频分多路复用是将整个传输频带分割成多个小的频带，每个频带被分配给一个 信道，每个信道在分配的频带内进行传输。这种技术广泛应用于无线电广播、 电视广播等领域。
时分多路复用通过将时间划分为多个 时隙，并将每个时隙分配给一个信号 ，从而实现多路信号的同时传输。
广播与电视
频分复用（FDM）
在广播和电视领域，频分复用技术用于将多个节目调制到不同的载波频率上，从而实现多个节目的同 时传输。
时分复用（TDM）
时分复用技术用于将一个节目的音频和视频信号分别编码为数字信号，并按时间顺序进行传输，从而 实现高质量的数字电视信号传输。
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第九章多路复用和多址技术
思考题
9.1试问多路复用主要有哪３种方法？
9.2试述多路复用、多路复接和多址接入的异同点。
9.3试述频分复用的原理和优缺点。
9.4试问频分复用中一般采用哪种调制方式？
9.5试述时分复用的优点。
9.6试问国际电信联盟(ITU)为时分制多路电话系统制定了哪两种体系标准？
9.7试问我国采用哪种准同步数字体系(PDH)？此体系的路数等于多少？9.8试问在PDH中复接时的开销主要用于何处？
9.9试问在PDH中为什么需要进行码速调整？
9.10试述正码速调整的原理。
9.11试问在同步数字体系（SDH）中，各等级的传输速率分别等于多少？9.12何谓容器和虚容器？它们有何功能？
9.13试画出SDH的帧结构图。
9.14试写出码组正交的必要和充分条件。
9.15试问何谓超正交？
9.16试写出阿达玛矩阵递推公式。
9.17何谓正规阿达玛矩阵？
9.18试问对阿达玛矩阵的阶数有何限制？
9.19何谓沃尔什矩阵？试写出4阶的沃尔什矩阵。
9.20试问为什么称m序列为伪随机序列？
9.21试问m序列的长度取决于哪些条件？
9.22试述递推方程的物理意义。
9.23试述特征方程的物理意义。
9.24试述本原多项式必须满足的条件。
9.25试问m序列中“0”和“1”的数目有何关系？
9.26何谓游程？试问m序列中的游程有何规律？
9.27试问m序列的自相关性有何规律？
9.28试问频分多址技术有何优缺点？
9.29试问时分多址技术有何优缺点？
9.30试问纯ALOHA系统需要避免冲突的最小时间间隔是多少？
9.31试问S-ALOHA系统需要避免冲突的最小时间间隔是多少？
9.32何谓消息的总业务到达率？试问它的单位是什么？
9.33何谓归一化总业务量？试问它的取值范围是多少？它的单位是什么？9.34何谓归一化通过量？试问它的取值范围是多少？它的单位是什么？
9.35试问R-ALOHA系统有哪几种工作模式？
9.36试比较S-ALOHA系统和R-ALOHA系统的性能。
9.37试问在卫星通信系统中采用多路TDMA体制有何优缺点？
9.38试述CSMA/CD体制的基本原理。
9.39试画出以太网中采用的数据格式。
9.40试述以太网的多址接入步骤。
9.41 试问令牌环形网和以太网的结构主要有哪些区别？
9.42 试述令牌环形网的工作过程。
试比较令牌环形网和以太网的性能。
习题
9.1 设在一个纯ALOHA 系统中，分组长度20ms τ=，总业务到达率10/t pkt s λ=，试
求一个消息成功传输的概率。
9.2 若上题中的系统改为S-ALOHA 系统，试求这时消息成功传输的概率。
9.3 在上题的S-ALOHA 系统中，试求一个消息分组传输时和另一个分组碰撞的概率。
9.4 在一个通信系统中共有10个站，每个站的平均发送速率等于2分组/每秒，每个分组包含1350比特，系统的最大传输速率（容量）50R kb s =，试计算此系统的归一化通过量。
9.5 试问在3中ALOHA 系统（纯ALOHA 、S-ALOHA 和R-ALOHA ）中，哪种ALOHA 系统能满足上题的归一化通过量要求。
9.6 在一个纯ALOHA 系统中，信道容量为64kb s ，每个站平均每10秒发送一个分组，即使前一分组尚且未发出（因碰撞留在缓存器中），后一分组也照常产生。
每个分组包含3000比特。
若各站发送的分组按泊松分布到达系统，试问该系统能容纳的最多站数。
9.7 一个纯ALOHA 系统中共有3个站，系统的容量为64kb s 。
3个站的平均发送速率分别为：7.5kb s ，10kb s 和20kb s 。
每个分组长100比特。
分组的到达服从泊松分布。
试求出此系统的归一化总业务量、归一化通过量、成功发送概率和分组成功到达率。
9.8 试证明纯ALOHA 系统的归一化通过量最大值为12e ，此最大值发生在归一化总业务
量等于0.5处。
9.9
设在一个S-ALOHA 系统中有6000个站，平均每个站每小时需要发送30次，每次发送占一个500s μ的时隙。
试计算该系统的归一化总业务量。
9.10 设在一个S-ALOHA 系统中每秒共发送120次，其中包括原始发送和重发。
每次发送
需占用一个12.5ms 的时隙。
试问：
（1）系统的归一化总业务量等于多少？
（2）每一次发送就成功的概率等于多少？
（3）在一次发送成功前，刚好有两次碰撞的概率等于多少？
9.11 设在一个S-ALOHA 系统中测量表明有20％的时隙是空闲的。
试问：
（1）该系统的归一化总业务量等于多少？
（2）该系统的归一化通过量等于多少？
（3）该系统有没有过载？
9.12 设一个令牌环形网中的令牌由10个码元组成，信号发送速率为10Mb s ，信号在电
缆上的传输速度是200m s μ。
试问使信号延迟1码元的电缆长度等于多少米？当网中只有3个站工作（其他站都关闭）时，需要的最小的电缆总长度为多少米？
9.13 设一条长度为10km 的同轴电缆上，接有1000个站，信号在电缆上传输速度为
200m s μ，信号发送速率为10Mb s ，分组长度为5000比特。
试问：
（1）若用纯ALOHA 系统，每个站的最大可能发送分组速率等于多少？
（2）若用CSMA/CD 系统，每个站的最大可能发送分组速率等于多少？
9.14 设有一个3级线性反馈移存器的特征方程为()23
1f x x x =++，试验证它为本原多项式。
9.15 设有一个4级线性反馈移存器的特征方程为()234
1f x x x x =+++，试证明此移存器产生的不是m 序列。
9.16 设有一个9级线性反馈移存器产生的m 序列，试写出其一个周期内不同长度游程的个
数。