第讲信道复用与数字传输技术.ppt
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1、第 4讲 信道复用与数字传输技术,知识回顾,数据通信模型 一些术语 信道、信号、单工通信、双工通信、半双工通信、模拟信号、数字信号 物理层的传输媒体 导向传输媒体 非导向传输媒体,本讲内容及教学目标,掌握时分复用、频分复用的基本原理。 理解波分复用基本原理。 了解码分复用的基本原理 理解PCM的工作机制。 了解SONET和SDH的传输机制。 了解宽带接入技术的常用方法。,共享信道,频分复用、时分复用和频分复用,为了提高通信系统信道的利用率,话音信号的传输往往采用多路复用通信的方式。多路复用通信方式通常是指:在一个信道上同时传输多个话音信号的技术,有时也将这种技术简称为复用技术。 复用(mult
2、iplexing)是通信技术中的基本概念。,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,信道,信道,A1,A2,B1,B2,C1,C2,复用,分用,(a) 不使用复用技术,(b) 使用复用技术,频分复用 FDM,频分复用(Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和,同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰,应在各子信道之间设立隔离带。 时分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作,每一路信号传输时可不考虑传输时延,因而频分复用技术取
3、得了非常广泛的应用。 用户在分配到一定的频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(请注意,这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率)。,Frequency Division Multiplexing,(a) The original bandwidths. (b) The bandwidths raised in frequency. (b) The multiplexed channel.,时分复用TDM,是将不同的信号相互交织在不同的时间段内,沿着同一个信道传输;在接收端再用某种方法,将各个时间段内的信号提取出来还原成原始信号的通信技
4、术。这种技术可以在同一个信道上传输多路信号 是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM 帧)。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现(其周期就是 TDM 帧的长度)。 TDM 信号也称为等时(isochronous)信号。 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。,时分复用,频率,时间,B,C,D,B,C,D,B,C,D,B,C,D,A 在 TDM 帧中 的位置不变,时分复用,A,B,C,D,a,a,b,b,c,d,b,c,a,t,t,t,t,t,4 个时分复用帧,#1,a,c,b,c,d,时分复用,#2,#3,#4,
5、用户,使用时分复用系统传送计算机数据时,由于计算机数据的突发性质,用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。,Time Division Multiplexing,The T1 carrier (1.544 Mbps).,Time Division Multiplexing (Cont.),Multiplexing T1 streams into higher carriers.,统计时分复用 STDM,用户,A,B,C,D,a,b,c,d,t,t,t,t,t,3 个 STDM 帧,#1,a,c,b,a,b,b,c,a,c,d,#2,#3,统计时分复用,波分复用,波分复用(wavelength
6、-division multiplexing, WDM)是将一系列载有信息、但波长不同的光信号合成一束,沿着单根光纤传输;在接收端再用某种方法,将各个不同波长的光信号分开的通信技术。这种技术可以同时在一根光纤上传输多路信号,每一路信号都由某种特定波长的光来传送,这就是一个波长信道。 密集波分复用(DWDM, Dense Wavelength Division Multiplexing)技术,指的是一种光纤数据传输技术,这一技术利用激光的波长按照比特位并行传输或者字符串行传输方式在光纤内传送数据。 DWDM首先把引入的光信号分配给特定频带内的指定频率(波长,lambda),然后把信号复用到一根光
7、纤中去,采用这种方式就可以大大增加已铺设光缆的带宽。 由于引入(incoming)信号并不在光层终止,接口的速率和格式就可以保持独立,这样就允许服务供应商把DWDM技术和网络中现有的设备集成起来,同时又获得了现有铺设光缆中没有得以利用的大量带宽.,1550 nm 0 1551 nm 1 1552 nm 2 1553 nm 3 1554 nm 4 1555 nm 5 1556 nm 6 1557 nm 7,0 1550 nm 1 1551 nm 2 1552 nm 3 1553 nm 4 1554 nm 5 1555 nm 6 1556 nm 7 1557 nm,波分复用 WDM,波分复用就是光
8、的频分复用。这是FDM在光纤信道的一个变例。是指在一根光纤上不只是传送一个载波,而是同时传送多个波长不同的光载波。则原来在一根光纤上只能传送一个光载波的单一信道变为可传送多个不同波长光载波的信道,从而使得光纤的传输能力成倍增加。,8 2.5 Gb/s 1310 nm,20 Gb/s,复 用 器,分 用 器,EDFA,120 km,光调制器,光解调器,掺铒光纤放大器,Erbium Doped Fiber Amplifier (EDFA) 制作光纤时,采用特殊工艺,在光纤芯层沉积中掺入极小浓度的铒离子,制作出相应的掺铒光纤。光纤中掺杂离子在受到泵浦光激励后跃迁到亚稳定的高激发态,在信号光诱导下,产
9、生受激辐射,形成对信号光的相干放大。 EDFA工作在1550窗口。已商用的EDFA噪声低,增益曲线好,放大器带宽大,与波分复用(WDM)系统兼容,泵浦效率高,工作性能稳定,技术成熟,在现代长途高速光通信系统中备受青睐。目前,“掺铒光纤放大器(EDFA)+密集波分复用(DWDM)+非零色散光纤(NZDF)+光子集成(PIC)”正成为国际上长途高速光纤通信线路的主要技术方向。,Wavelength Division Multiplexing,Wavelength division multiplexing.,码分复用 CDM,常用的名词是码分多址 CDMA 各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此彼
10、此不会造成干扰。 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现。 每一个比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片(chip)。 CDMA的特点 每个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须互相正交(orthogonal)。 在实用的系统中是使用伪随机码序列。 这种技术多用于移动通信, 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“码序列”都有不同,所以各个用户相互之间也没有干扰。因为是靠不同的“码序列”来区分不同的移动台(或手机),所以又叫做“码分多址”技术。,码片序列(chip sequ
11、ence),每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。 如发送比特 1,则发送自己的 m bit 码片序列。 如发送比特 0,则发送该码片序列的二进制反码。 例如,S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。 发送比特 1 时,就发送序列 00011011。 发送比特 0 时,就发送序列 11100100。 S 站的码片序列:(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1),码片序列的正交关系,例如 令向量 S 为(1 1 1 +1 +1 1 +1 +1),向量 T 为(1 1 +1 1 +1 +1 +1 1)。 把向量 S 和 T 的各分量值代入(2-3)式就可看出这两个码片序列是正交
12、的。 令向量 S 表示站 S 的码片向量,令 T 表示其他任何站的码片向量。 两个不同站的码片序列正交,就是向量 S 和T 的规格化内积(inner product)都是 0.一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 1。,CDMA 的工作原理,S 站的码片序列 S,1,1,0,t,t,t,t,t,t,m 个码片,t,S 站发送的信号 Sx,T 站发送的信号 Tx,总的发送信号 Sx + Tx,规格化内积 S Sx,规格化内积 S Tx,数据码元比特,发 送 端,接 收 端,CDMA Code Division Multiple Access,(a) Binary chip sequen
13、ces for four stations (b) Bipolar chip sequences (双极性编码,+1表示1,0表示沉默,-1表示0) (c) Six examples of transmissions (d) Recovery of station Cs signal,PCM历史和基本原理,脉码调制,由A.里弗斯于1937年提出的,这一概念为数字通信奠定了基础,60年代它开始应用于市内电话网以扩充容量,使已有音频电缆的大部分芯线的传输容量扩大2448倍。到70年代中、末期,各国相继把脉码调制成功地应用于同轴电缆通信、微波接力通信、卫星通信和光纤通信等中、大容量传输系统。80年代
14、初,脉码调制已用于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机,并在用户话机中采用。 为了将模拟电话信号转变为数字信号,必须对电话信号进行取样。即每隔一定的时间间隔,取模拟信号的当前值作为样本。该样本代表了模拟信号在某一时刻的瞬时值。一系列连 续的样本可用来代表模拟信号在某一区间随时间变化的值。 取样的频率可根据奈氏取样定理 确定。奈氏取样定理表述为,只要取样频率大于模拟信号最高频率的2倍,则可以用得到的样本空间恢复原来的模拟信号。即,脉码调制(PCM),现在的数字传输系统都是采用脉码调制(Pulse Code Modulation) 体制。PCM最初并非传输计算机数据用的,而是使交换机之间
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- 信道 数字 传输 技术
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