第7章多路復(fù)用與數(shù)字復(fù)接7.1頻分多路復(fù)用（FDM）原理7.2時(shí)分多路復(fù)用（TDM）原理通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第1頁!頻分多路復(fù)用是指將多路信號(hào)按頻率的不同進(jìn)行復(fù)接并傳輸?shù)姆椒?。在頻分多路復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個(gè)相互不重疊的頻段，每路信號(hào)占用其中一個(gè)頻段，因而在接收端可采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號(hào)分開，從而恢復(fù)出所需要的原始信號(hào)，這個(gè)過程就是多路信號(hào)復(fù)接和分接的過程。

7.1頻分多路復(fù)用（FDM）原理

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第2頁!7.2時(shí)分多路復(fù)用（TDM）

TDM基本原理在模擬信號(hào)的數(shù)字傳輸中，抽樣定律告訴我們，一個(gè)頻帶限制在0到fx以內(nèi)的低通模擬信號(hào)x(t)，可以用時(shí)間上離散的抽樣值來傳輸，抽樣值中包含有x(t)的全部信息，當(dāng)抽樣頻率fs≥2fx時(shí)，可以從已抽樣的輸出信號(hào)中用一個(gè)帶寬為fx≤B≤fs-fx的理想低通濾波器不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。由于單路抽樣信號(hào)在時(shí)間上離散的相鄰脈沖間有很大的空隙，在空隙中插入若干路其他抽樣信號(hào)，只要各路抽樣信號(hào)在時(shí)間上不重疊并能區(qū)分開，那么一個(gè)信道就有可能同時(shí)傳輸多路信號(hào)，達(dá)到多路復(fù)用的目的。這種多路復(fù)用稱為時(shí)分多路復(fù)用（TDM）。通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第3頁!下面以PAM為例說明TDM原理。假設(shè)有N路PAM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用，系統(tǒng)框圖如圖所示。各路信號(hào)脈沖間隔為Ts，各路復(fù)用信號(hào)脈沖的間隔為Ts/N。由各個(gè)消息構(gòu)成單一抽樣的一組脈沖叫做一幀，一幀中相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔叫做時(shí)隙，未被抽樣脈沖占用的時(shí)隙叫做保護(hù)時(shí)間。

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第4頁!TDM信號(hào)的帶寬及相關(guān)問題

1.抽樣速率fs、抽樣脈沖寬度τ和復(fù)用路數(shù)N的關(guān)系按照抽樣定理，抽樣速率fs≥2fx，以話音信號(hào)x(t)為例，通常取fs為8kHz，即抽樣周期Ts=125μs，抽樣脈沖的寬度τ要比125μs還小。對(duì)于N路時(shí)分復(fù)用信號(hào)，在抽樣周期Ts內(nèi)要順序地插入N路抽樣脈沖，而且各個(gè)脈沖間要留出一些空隙作保護(hù)時(shí)間，若取保護(hù)時(shí)間tg和抽樣脈沖寬度τ相等，這樣抽樣脈沖的寬度τ=Ts/2N，N越大，τ就越小，但τ不能太小。因此，時(shí)分復(fù)用的路數(shù)也不能太大。通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第5頁!如果將信道表示為一個(gè)理想的低通濾波器，為了防止組合波形丟失信息，傳輸帶寬必須滿足上式表明，N路信號(hào)時(shí)分復(fù)用時(shí)每秒Nfx中的信息可以在Nfs/2的帶寬內(nèi)傳輸?？偟膩碚f，帶寬B與Nfs成正比。對(duì)于話音信號(hào)，抽樣速率fs一般取8kHz，因此，路數(shù)N越大，帶寬B就越大。通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第6頁!TDM與FDM的比較1.關(guān)于復(fù)用原理FDM是用頻率來區(qū)分同一信道上同時(shí)傳輸?shù)男盘?hào)，各信號(hào)在頻域上是分開的，而在時(shí)域上是混疊在一起的。TDM是在時(shí)間上區(qū)分同一信道上依次傳輸?shù)男盘?hào)，各信號(hào)在時(shí)域上是分開的，而在頻域上是混疊在一起的。FDM與TDM各路信號(hào)在頻譜和時(shí)間上的特性比較如圖所示。

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2.關(guān)于設(shè)備復(fù)雜性就復(fù)用部分而言，F(xiàn)DM設(shè)備相對(duì)簡單，TDM設(shè)備較為復(fù)雜；就分路部分而言，TDM信號(hào)的復(fù)用和分路都是采用數(shù)字電路來實(shí)現(xiàn)的，通用性和一致性較好，比FDM的模擬濾波器分路簡單、可靠，而且TDM中的所有濾波器都是相同的濾波器。FDM中要用到不同的載波和不同的帶通濾波器，因而濾波設(shè)備相對(duì)復(fù)雜?？偟谋容^，TDM的設(shè)備要簡單些。

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4.關(guān)于傳輸帶寬從前面關(guān)于FDM及TDM對(duì)信道傳輸帶寬的分析可知，兩種系統(tǒng)的帶寬是一樣的，N路復(fù)用時(shí)對(duì)信道帶寬的要求都是單路的N倍。通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第9頁!TDM—PCM方框圖(a)發(fā)送端方框圖；(b)接收端方框圖通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第10頁!幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第11頁!(2)話路比特的安排。每個(gè)話路時(shí)隙內(nèi)要將樣值編為8位二元碼，每個(gè)碼元占3.9μs/8=488ns，稱為1比特，編號(hào)為1～8。第1比特為極性碼，第2～4比特為段落碼，第5～8比特為段內(nèi)碼。

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第12頁!(4)TS16時(shí)隙的比特分配。若將TS16時(shí)隙的碼位按時(shí)間順序分配給各話路傳送信令，需要用16幀組成一個(gè)復(fù)幀，分別用F0、F1、…、F15表示，復(fù)幀周期為2ms，復(fù)幀頻率為500Hz。復(fù)幀中各子幀的TS16分配為：①F0幀：1～4碼位傳送復(fù)幀同步信號(hào)“0000”；第6碼位傳送復(fù)幀失步對(duì)局告警信號(hào)A2，同步為“0”，失步為“1”。5、7、8碼位傳送“1”碼。②F1～F15各幀的TS16前4比特傳1~15話路信令信號(hào)，后4比特傳17～31話路的信令信號(hào)。

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第13頁!TDM系統(tǒng)框圖及波形通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第14頁!

2.信號(hào)帶寬B與路數(shù)N的關(guān)系時(shí)分復(fù)用信號(hào)的帶寬有不同的含義。一種是信號(hào)本身具有的帶寬，從理論上講，TDM信號(hào)是一個(gè)窄脈沖序列，它應(yīng)具有無窮大的帶寬，但其頻譜的主要能量集中在0～1/τ以內(nèi)。因此，

從傳輸主要能量的觀點(diǎn)考慮

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第15頁!對(duì)于TDM信號(hào)，需要注意以下幾個(gè)問題：(1)時(shí)分復(fù)用后得到的總和信號(hào)仍然是基帶信號(hào)，只不過這個(gè)總和信號(hào)的脈沖速率是單路抽樣信號(hào)的N倍，即

這個(gè)信號(hào)可以通過基帶傳輸系統(tǒng)直接傳輸，也可以經(jīng)過頻帶調(diào)制后在頻帶傳輸信道中進(jìn)行傳輸。(2)在TDM系統(tǒng)中，發(fā)送端的轉(zhuǎn)換開關(guān)與接收端的分路開關(guān)必須嚴(yán)格同步，否則系統(tǒng)就會(huì)出現(xiàn)紊亂。

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第16頁!FDM與TDM各路信號(hào)在頻譜和時(shí)間上的特性比較

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3.關(guān)于信號(hào)間干擾在FDM系統(tǒng)中，信道的非線性會(huì)在系統(tǒng)中產(chǎn)生交調(diào)失真和高次諧波，引起話間串?dāng)_，因此，F(xiàn)DM對(duì)線性的要求比單路通信時(shí)要嚴(yán)格得多；在TDM系統(tǒng)中，多路信號(hào)在時(shí)間上是分開的，因此,對(duì)線性的要求與單路通信時(shí)的一樣，對(duì)信道的非線性失真要求可降低，系統(tǒng)中各路間串話比FDM的要小。

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第18頁!時(shí)分復(fù)用的PCM通信系統(tǒng)PCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎(chǔ)上經(jīng)過量化和編碼，把PAM中的一個(gè)抽樣值量化后編為k位二進(jìn)制代碼。通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第19頁!PCM30/32路典型終端設(shè)備介紹

1.基本特性話路數(shù)目：30。抽樣頻率：8kHz。壓擴(kuò)特性：A=87.6/13折線壓擴(kuò)律，編碼位數(shù)k=8，采用逐次比較型編碼器，其輸出為折疊二進(jìn)制碼。每幀時(shí)隙數(shù)：32?？倲?shù)碼率：8×32×8000=2048kb/s。

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2.幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)幀與復(fù)幀結(jié)構(gòu)見圖。(1)時(shí)隙分配。在PCM30/32路的制式中，抽樣周期為1/8000=125μs，它被稱為一個(gè)幀周期，即125μs為一幀。一幀內(nèi)要時(shí)分復(fù)用32路，每路占用的時(shí)隙為125/32=3.9μs，稱為1個(gè)時(shí)隙。因此一幀有32個(gè)時(shí)隙，按順序編號(hào)為TS0、TS1、…、TS31。時(shí)隙的使用分配為①

TS1~TS15、TS17~TS31為30個(gè)話路時(shí)隙。

②TS0為幀同步碼，監(jiān)視碼時(shí)隙。③

TS16為信令(振鈴、

占線、摘機(jī)……等各種標(biāo)志信號(hào))時(shí)隙。

通信原理第71章多路復(fù)用共23頁，您現(xiàn)在瀏覽的是第21頁!(3)TS0時(shí)隙比特分配。為了使收發(fā)兩端嚴(yán)格同步，每幀都要傳送一組特定標(biāo)志的幀同步碼組或監(jiān)視碼組。幀同步碼組為“0011011”，占用偶幀TS0的第2～8碼位。第1比特供國際通信用，不使用時(shí)發(fā)送“1”碼。奇幀比特分配為第3位為幀失步告警用，以A1表示。同步時(shí)送“0”碼，失步時(shí)送“1”碼。為避免奇幀TS0的第2～8碼位出現(xiàn)假同步碼