2015届学士学位论文 频分复用原理及其应用研究
频分复用原理及其应用研究 摘要频分复用(FDM)是通信系统中信号多路复用方式中的一种，本质上是依据频率来分隔信道的。频分复用技术在当今通信领域有着很重要的地位。根据性质和特点的不同频分复用还可以被细分为传统的频分复用(FDM)和正交频分复用(OFDM)。 本论文主要由以下几个部分组成。第一部分介绍频分复用基本原理，系统实现以及其应用特点；第二部分介绍正交频分复用的基本原理及DFT的实现；第三部分主要介绍在实际应用中当载波频率接近时，频谱会发生重叠，传统的频分复用解调效果容易出现失真，正交频分复用由于其载波的正交性特点,在频谱发生重叠时可以保证解调效果；最后通过MATLAB程序中的SIMULINK仿真图来表现正交频分复用的优越之处。 关键词频分复用；正交频分复用；MA TLAB仿真
Frequency division multiplexing principle and its application research Abstract Frequency division multiplexing (FDM) is a kind of signal multiplexing mode in communication system, which is divided by frequency channel essentially. Frequency division multiplexing technology is very widely used in today's communication. Frequency division multiplexing can also be divided into the traditional frequency division multiple(FDM) and orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) depending on the nature and characteristics. This paper consists of the following parts. The basic principle of frequency division multiplexing, system implementation and its application characteristics are introduced in the first part . The basic principle of orthogonal frequency division multiplexing and its realization of DFT are introduced in the second part .Due to its characteristics ,orthogonal frequency division multiplexing can guarantee the demodulation compare with the traditional frequency division multiplexing when the carrier frequency is close to in the practical application, spectrum overlap happens ,which is introduced in the third part .Finally by SIMULINK of MA TLAB simulation diagram to show the superiority of the orthogonal frequency division multiplexing. Keywords Frequency division multiplexing; Orthogonal frequency division Multiplexing ;MA TLAB simulation
E1时分复用设备在组网中的应用 摘要：文章主要对时分多路复用器、交叉连接复用设备组成及功能做简单介绍，并对时分多路复用器及交叉连接复用设备在组网中的典型应用举例说明。 关键词：时分多路复用技术时分多路复用器交叉连接复用设备路由器时隙 一、E1信道时分多路复用技术 在我国,不论是准同步数字体系（PDH）还是同步数字体系（SDH），都是以2.048Mb/s（E1）为基础群，随着我国国家信息基础设施建设的发展，我国已经拥有了丰富的E1信道资源。随着各种通信业务的迅猛发展，对传输不同速率特别是高速数据的需求日益增多；同时，不同的网络用户又需要在同一条广域网络链路上同时传输数据、会议电视、语音、传真等业务。这些需求要求我们考虑一下因素：（1）具有节约现有通信资源的意识，提高E1信道的利用率；（2）采用先进的网络技术，使集数据、会议电视、语音、传真和远程局域网通信于一体的集成业务数据网，在相对廉价的广域网数据链路上实现；（3）在PCM传输电路上方便、经济地实现N×64kbps如768kbps、384kbps或128、64kbps等高速数据的传输；（4）在现有网络建设基础上，发展低速数据用户（多个低速数据用户共用一个64kbps时隙）时，使用高性能/价格比的专用设备，将节约大量资金。多业务时分多路复用技术（TDM）是您解决这类应用的解决方案。 在E1信道中，8bit组成一个时隙（TS），由32个时隙组成了一个帧（F）,16个帧组成一个复帧（MF）。在一个帧中，TS0主要用于传送帧定位信号（FAS）、CRC-4（循环冗余校验）和对端告警指示，TS16主要传送随路信令（CAS）、复帧定位信号和复帧对端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。我们称TS1至TS15和TS17至TS31为“净荷”，TS0和TS16为“开销”。如果采用带外公共信道信令（CCS），TS16就失去了传送信令的用途，该时隙也可用来传送信息信号，这时帧结构的净荷为TS1至TS31，开销只有TS0了。 数据复用技术可分为三种：（1）N×64kbps高速数据的复用，对于常用的N×64kbps（CAS 时N=1至30；CCS时N=1至31），如64、128、192、256、384、512、768、1024kbps等的高速数据，可以使其占用E1电路中的N个时隙，很方便地复用到E1线路上去。（2）低速同步数据的复用，对于19.2kbps、9.6kbps、4.8kbps和2.4kbps同步数据，广泛采用 ITU X.50建议将它们复用到64kbps时隙上。为了与PCM时隙一致，采用（6+2）的包封格式，每一包封中含有1个帧比特、6个数据比特和1个状态比特，总共8比特（见图一）。可见，在这
时分多路通信系统 为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰，称多路复用。目前采用较多的是频分多路复用和时分多路复用。频分多路复用用于模拟通信，例如载波通信，时分多路复用用于数字通信，例如PCM通信。 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间隙进行通信。由抽样定理可知，抽样的一个重要作用，是将时间上连续的信号变成时间上离散的信号，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了条件。具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。 现在需要同时传输三路信号，其最高频率分别是10KHZ，10KHZ和20KHZ。 我将利用pcm编码进行设计这个时分多路信号的传输。Pcm是pulse code modulation的缩写，即脉冲编码调制是数字通信的编码方式之一。主要过程是将话音、图像等模拟信号每隔一定时间进行取样，使其离散化，同时将抽样值按分层单位四舍五入取整量化，同时将抽样值按一组二进制码来表示抽样脉冲的幅值。
图1是一个pcm时分多路通信系统的模型。 第1,2,3路分别输入x1（最高频为20KHZ），x2（最高频为10KHZ），x3(最高频为10KHZ)。 这三路信号先经过lp（低通滤波器）第1路为0-20KHZ，第2,3路为0-20KHZ。防止有噪音等干扰信号，滤掉可能的高于最高频信号是为了防止在进行抽样时，发生混叠现象。其实这三个只用取最高频的就行。抽样信号的奈奎斯特频率是一样的。 三路信号经过预滤波后，得到了标准的模拟信号m1（t），m2（t），m3（t）。这三路信号将分别通过各自的抽样门ST1（t），ST2（t），ST3（t）经行抽样。(抽样门的作用是将信号经行抽样和合路) 第1,2，3路的抽样脉冲是s1t，s2t，s3t。为达到占带宽最小抽样频率都是40KHZ。（但在实际应用应留有一定的防危带40.3KHZ较好）。 三路信号都是每隔25us抽取一次，但时间依次隔开。S1t,s2t,s3t三路信号形成合路的PAM信号。合路的PAM信号经过保持，量化编码。
《信息处理课群综合训练与设计》任务书学生姓名：黄在勇专业班级：通信1104班 指导教师：周建新工作单位：信息工程学院 题目: 频分复用 初始条件： Matlab软件、信号与系统、通信处理等。 要求完成的主要任务: 根据频分复用的通信原理，用matlab采集两路以上的信号（如语音信号），选择合适的高频载波进行调制，得到复用信号。然后设计合适的带通滤波器、低通滤波器，从复用信号中恢复出所采集的语音信号。设计中各个信号均需进行时域和频域的分析。 参考书： [1]陈慧慧、郑宾. 频分多址接入模型设计及MATLAB仿真计算（第三版）. 高等教育出版社，北京: 2000 [2]李建新、刘乃安、刘继平. 现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工 具箱. 西安电子科技大学出版社，西安: 2000 [3]邓华等. MATLAB通信仿真及应用实例详. 人民邮电出版社，北京: 2003 时间安排： 1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料； 2、课程设计时间为2周。 （1）理解相关技术原理，确定技术方案，时间2天； （2）选择仿真工具，进行仿真设计与分析，时间6天； （3）总结结果，完成课程设计报告，时间2天。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 1绪论 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计内容 (2) 1.3设计要求 (2) 2频分复用通信系统模型 (3) 3频分复用系统方案设计 (6) 3.1语音信号采样 (6) 3.2语音调制信号 (7) 3.3 系统的滤波器设计 (8) 3.4信道噪声 (9) 4频分复用原理实现与仿真 (11) 4.1 语音信号的时域和频域仿真 (11) 4.2 复用信号的频谱仿真 (12) 4.3 传输信号的仿真 (13) 4.4 解调信号的频谱仿真 (14) 4.5恢复信号的时域与频域仿真 (16) 5 心得体会 (18) 附录I 源程序 (19) 附录II 参考文献 (24)
高速光时分复用系统的全光解复用技术 李利军,陈 明,范 戈 (上海交通大学区域光纤通信网与新型光通信系统国家重点实验室,上海 200030) 摘要:作为高速光信号处理应用的一个分支,全光解复用技术涉及到半导体非线性光学多方面的问题,是实现高速光时分复 用(OT DM )系统的关键技术之一。文章对现有的OT DM 系统的全光解复用技术进行了综述,较为详细地描述了两类主流技术的工作原理,对两者的优缺点做了剖析。介绍了潜在的基于更高速全光开关的解复用新技术,并探讨了全光解复用技术的演进思路。 关键词:光时分复用系统;全光开关;解复用中图分类号:T N914 文献标识码:A 文章编号:1005-8788(2005)06-0027-04 A survey of a ll -opti ca l de m ulti plex i n g techn i ques for h i gh speed O TDM syste m s L IL i 2jun,CHEN M i n g,FAN Ge (Nati onal Laborat ory on Local Fiber 2Op tic Communicati on Net w orks,Shanghai J iaot ong University,Shanghai 200030,China )Abstract:A s a branch app licati on of high s peed op tical signal p r ocessing .The all 2op tical de multi p lexing technol ogy relates t o many as 2pects of se m iconduct or non 2linear op tics and is one of the key technol ogies t o realize the high 2s peed op tical ti m e 2dividi on multi p lexing (OT DM )syste m.This paper gave a survey of current all 2op tical de multi p lexing technol ogies,the p rinci p les of operati on of t w o p re 2dom inant technol ogies have been described in detail,their advantages and disadvantages were analyzed .The potential demulti p lexing technol ogy based on higher 2s peed op tical s witch was als o intr oduced and the evoluti on r oute of all 2op tical de multi p lexing technol ogy dis 2cussed in this paper . Key words:op tical ti m e -divisi on multi p lexing (OT DM )syste m s;all -op tical gate;de multi p lexing 光时分复用(OT DM )技术是一种能有效克服电子电路带宽“瓶颈”、充分利用低损耗带宽资源的扩容方案。与波分复用(WDM )系统相比,OT DM 系统只需单个光源,光放大时不受放大器增益带宽的限制,传输过程中也不存在四波混频等非线性参量过程引起的串扰,且具有便于用户接入、易于与现行的同步数字系列(S DH )及异步传输模式(AT M )兼容等优点。在多媒体时代,超高速(速率高于100Gbit/s )的OT DM 技术对超高速全光网络的实现具有重要意义,其中涉及的关键技术包括:超短光脉冲的产生、时分复用、同步/时钟提取和解复用。解复用可以由光开关来实现。适用于时分复用光信号的光开关有:机械光开关、热光开关、喷墨气泡光开关、液晶光开关和声光开关等。但这些窗口宽度从几百个ns 到几十个m s 的光开关并不适合于线路速率在100Gbit/s 以上的高速OT DM 系统,这是因为这些光开关在操作过程中引入了电的控制信号。基于光学非线性效应(如:光Kerr 效应、四波混频(F WM )效应和交叉相位调制(XP M )效应)的全光开关是实现高速OT DM 信号解复用技术的关键器件。 1 基于相移型全光开关的解复用技术 相移型光开关是一类干涉型光开关,这类光开 关的平衡状态对应器件的闭合状态,而它的非平衡状态是在非线性介质中用控制脉冲对被分割成两路的信号光的其中一路的相位进行半波调制,使得这两路信号光在光开关输出端干涉耦合的耦合量为最大值,从而使光开关导通。 相移型全光开关中的非线性介质可以是光纤也可以是半导体材料。光纤在非线性响应速度方面具有明显的优势(<10fs ),而且不存在载流子密度起伏和增益饱和等问题;然而由于半导体材料在集成度(有效长度低于1mm )、偏振稳定性、非线性强度(高于前者4个数量级)等方面具有更加明显的优势,因而在全光开关中得到了广泛的重视。 基于相移型全光开关的解复用技术是非常多的。基于光Kerr 效应的解复用最早报道于1987年[1] ,随后的非线性光环路镜(NOLM )、太赫兹光非对称解复用器(T OAD )和马赫-曾德尔干涉仪(MZI )则是基于XP M 效应的光开关。 半导体光放大器(S OA )的非线性效应很复杂,除了亚皮秒级的双光子吸收(TP A )、谱烧孔(SHB )和载流子加热(CH )外,还有p s 级的带间载流子起伏(I nterband Carrier Dyna m ics ),各种非线性机制的恢复时间也相差很大。尽管提高有源区载流子密度和添加辅助光可以把载流子寿命控制在几十个p s 收稿日期:2004-12-21 作者简介:李利军(1976-),男,山西寿阳人,博士,主要从事高速光通信技术研究。 7 22005年 第6期(总第132期) 光通信研究 ST UDY ON OPTI CAL COMMUN I CATI O NS 2005 (Sum.No .132)
时分复用和频分复用
时分复用频分复用 简介 数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过 传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大 大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。 举个例最简单的例子： 从A地到B地 坐公交2块。打车要20块 为什么坐公交便宜呢 这里所讲的就是“多路复用”的原理。 频分复用 (FDM) 频分复用按频谱划分信道，多路基带信号被调制在不同的频谱上。因此它们在频谱上不会重叠，即在频率上正交，但在时间上是重叠的，可以同时在一个信道内传输。在频分复用系统中，发送端的各路信号m1(t)，m2(t)，…,mn(t)经各自的低通滤波器分别对各路载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)进行调制,再由各路带通滤波器滤出相应的边带（载波电话通常采用单边带调制），相加后便形成频分多路信号。在接收端，各路的带通滤波器将各路信号分开，并分别与各路的载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)相乘，实现相干解调,便可恢复各路信号,实现频分多路通信。为了构造大容量的频分复用设备，现代大容量载波系列的频谱是按模块结构由各种基础群组合而成。根据国际电报电话咨询委员会(CCITT)建议,基础群分为前群、基群、超群和主群。①前群，又称3路群。它由3个话路经变频后组成。各话路变频的载频分别为12，16，20千赫。取上边带，得到频谱为12～24千赫的前群信号。②基群,又称12路群。它由4个前群经变频后组成。各前群变频的载频分别为84，96，108，120千赫。取下边带，得到频谱为 60～108千赫的基群信号。基群也可由12个话路经一次变频后组成。③超群, 又称60路群。它由5个基群经变频后组成。各基群变频的载频分别为420，468，516，564，612千赫。取下边带,得到频谱为312～552千赫的超群信号。④主群，又称300路群。它由5个超群经变频后组成。各超群变频的载频分别为1364,1612,1860，2108，2356千赫。取下边带,得到频谱为812～2044千赫的主群信号。3个主群可组成 900路的超主群。4个超主群可组
实验2脉冲编码调制PCM与时分复用实验（.）- 实验2脉冲编码调制和时分复用实验-实验目的 1。加深对脉码调制过程的理解； 2。熟悉PCM编解码专用集成电路的功能和用法；3.了解PCM系统的工作流程； 4。掌握时分复用的工作流程；用同步正弦波信号观察α律PCM八位编码 2，实验仪器 1。HD8621D实验盒1 2.20米双踪示波器1 3。铆钉孔线5 3，实验电路工作原理(PCM基本工作原理 脉冲调制是将模拟信号转换成数字信号，然后在通道中传输它脉码调制是模拟信号的过程所谓 采样，就是在采样脉冲到达的瞬间提取模拟信号，并及时将信号转换成信号所谓的 的量化意味着采样瞬时值的幅度，即一组指定的电平，被用来表示瞬时采样值在对模拟信号进行采样和量化之后，获得量化的脉冲幅度调制信号，该信号只是有限数量的值首先对
语音信号进行滤波、脉冲采样并转换成采样信号，然后将幅度连续的PAM信号通过舍入法量化成信号，再经过编码转换成信号对于语音电话通信，CCITT规定采样速率为8千赫。每个采样值都是编码的，即总共有量化值。因此，每个信道的脉码调制后的标准数字速率是每秒为了解决均匀量化时小信号量化误差大、音质差的问题，在实践中采用量化方法，即小信号量化特征密集分层，量化间隔小，大信号稀疏分层，大信号大 (2个PCM编解码器电路[PCM编解码器电路TP3067芯片)1。根据图4-4和4-5，解释了单通道PCM编解码器的工作原理。a: 定时，可实现编解码器的省电控制图4-5是短帧同步定时的波形图 4，实验内容 1。用同步正弦波信号观察模数转换八位编码的实验：2.脉码调制和系统实验； 3。PCM 8位编码时分复用输出波形观测实验:4.脉码调制时分复用定
实验6 时分复用/解复用（TDM）实验 一、实验目的 1．掌握时分多路复用的概念； 2．了解本实验中时分复用的组成结构。 二、实验仪器 1．复接/解复接、同步技术模块，位号：I 2．PCM/ADPCM编译码模块，位号：H 3．增量调制编译码模块，位号：D 4．时钟与基带数据发生模块，位号：G 5．20M双踪示波器1台 6．铆孔连接线9根 7．电话单机 1部 三、实验原理 在数字通信中，为扩大传输容量和提高传输效率，通常需要把若干低速的数据码流按一定格式合并为高速数据码流，以满足上述需要。数字复接就是依据时分复用基本原理完成数码合并的一种技术。在时分复用中，把时间划分为若干时隙，各路信号在时间上占有各自的时隙，即多路信号在不同的时间内被传送，各路信号在时域中互不重叠。 把两个或两个以上的支路数字信号按时分复用方式合并成单一的合路数字信号的过程称为数字复接，其实现设备称为数字复接器。在接收端把一路复合数字信号分离成各路信号的过程称为数字分接，其实现设备称为数字分接器。数字复接器、数字分接器和传输信道共同构成数字复接系统。本实验平台中，数据发送单元模块的39U01内集成了数字复接器，数据接收单元的39U01内集成了数字分接器，连接好光传输信道即构成了一个完整的数字复接系统。 数字复接的方法主要有按位复接、按字复接和按帧复接三种；按照复接时各路信号时钟的情况，复接方式可分为同步复接、异步复接与准同步复接三种。本实验中选择了按帧复接的方法和方式。下面介绍一下“按帧复接”方法和“准同步复接”方式的概念。 按帧复接是每次复接一个支路的一帧数据，复接以后的码顺序为：第1路的F0、第2路的F0、第3路的F0、第4路的F0、……，第1路的F1.第2路的F1.第3路的F1.第4路的F1.……，后面依次类推。也就是说，各路的第F0依次取过来，再循环取以后的各帧数据。这种复接方法的特点是：每次复接一支路信号的一帧，因此复接时不破坏原来各 个帧的结构，有利于交换。 同步复接指被复接的各个输入支路信号在时钟上必须是同步的，即各个支路的时钟频率完全相同的复接方式。为了接收端能够正确接收各支路信码及分接的需要，各支路在复接时，插入一定数量的帧同步码、告警码及信令等，PCM基群就是这样复接起来的。准同步复接是在同步复接分接的基础上发展起来的，相对于同步复接增加了码速调整和码速恢复环节。在复接前必须将各支路的码速都调整到规定值后才能复接。 本实验中数字复接系统方框图，如下图2-1： 帧同步
摘要 《信号与系统》课程是一门理论和技术发展十分迅速、应用非常广泛的前沿性学科，它的理论性和实践性都很强。复用是一种将若干个彼此独立的信号，合并为一个可在同一信道上同时传输的复合信号的方法。可以把它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不致相互影响，并能在接收端彼此分离开来。按频率区分信号的方法叫频分复用。我们在生活中接触到得大部分都是模拟信号，而计算机只能对数字信号进行处理。我们可以通过FFT变换，通过对模拟信号采样，使其变成数字信号，本设计就是通过FFT来实现的。Matlab语言是一种广泛应用于工程计算及数值分析领域的新型高级语言，Matlab功能强大、简单易学、编程效率高。它的工具箱里有很多函数可以方便的对信号进行分析与处理。本设计是用FFT实现对三个同频带信号的频分复用，就是通过Matlab语言来实现的。本设计报告分析了数字信号处理课程设计的过程。用Matlab进行数字信号处理课程设计的思路，并阐述了课程设计的具体方法、步骤和内容。 关键词：数字信号处理；滤波器设计；MATLAB；频谱分析 1 设计任务目的及要求 1.1设计目的 巩固已经学过的知识，加深对知识的理解和应用，加强学科间的横向联系，学会应用MATLAB对实际问题进行仿真，并设计MUI界面。 1.2设计要求 一、课程设计的内容 选择三个不同频段的信号对其进行频谱分析，根据信号的频谱特征设计三个不同的数字
滤波器，将三路信号合成一路信号，分析合成信号的时域和频域特点，然后将合成信号 分别通过设计好的三个数字滤波器，分离出原来的三路信号，分析得到的三路信号的时 域波形和频谱，与原始信号进行比较，说明频分复用的特点。 二、课程设计的要求与数据 （1）熟悉离散信号和系统的时域特性。 （2）掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法。 （3）掌握序列傅里叶变换的计算机实现方法，利用序列傅里叶变换对离散间可以分别调整。 （4）学会MATLAB的使用，掌握MATLAB的程序设计方法。 （5）掌握MATLAB设计FIR和IIR数字滤波器的方法。 （6）掌握GUI界面的设计方法 三、课程设计应完成的工作 （1）利用MATLAB语言产生三个不同频段的信号。 （2）对产生的三个信号进行FFT变换。 （3）将三路信号叠加为一路信号。 （4）根据三路信号的频谱特点得到性能指标，由性能指标设计三个滤波器。 （5）用设计的滤波器对信号进行滤波，并对其频谱图进行分析。 （6）分析得到信号的频谱，并画出滤波后信号的时域波形和频谱。 2 原理与模块介绍 2.1 快速傅里叶变换FFT原理 快速傅立叶变换(FFT)算法 长度为N的序列的离散傅立叶变换为：
时分多路复用（TDM）： 概念 时分多路复用（TDM：Time Division Multiplexing）是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信号在不同的时间内传送，将整个传输时间分为多时间间隔（Slot time，TS，又称为时隙），每个时间片被一路信号占用。TDM就是通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一条电路传送多路信号的。电路上的每一短暂时刻只有一路信号存在。因数字信号是有限个离散值，所以TDM技术广泛应用于包括计算机网络在内的数字通信系统，而模拟通信系统的传输一般采用FDM。TDM是以信道传输时间作为分割对象，通过多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现，因此时分多路复用更适用于数字信号的传输。它又分为同步时分多路复用和统计时分多路复用。采用基带传输的数字数据通信系统，如计算机网络系统、现代移动通信系统等； 原理 由于基带传输系统采用串行传输的方法传输数字信号，不能在带宽上划分。TDM技术在信道使用时间上进行划分，按一定原则把信道连续使用时间划分为一个个很小的时间片，把各个时间片分配给不同的通信过程使用；由于时间片的划分一般较短暂，可以想象成把整个物理信道划分成了多个逻辑信道交给各个不同的通信过程来使用，相互之间没有任何影响，相邻时间片之间没有重叠，一般也无须隔离，信道利用率更高。 通常采用的技术有：STDM同步十分多利复用技术和ATDM异步时分多路复用技术 同步时分复用采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定的时间段（一个周期），再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。 由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，这就形成了时隙浪费，其时隙的利用率很低，为了克服STDM的缺点，引入了异步时分复用技术。 异步时分复用（ATDM）技术又被称为统计时分复用技术（Statistical Time Division Multiplexing），它能动态地按需分配时隙，以避免每个时间段中出现空闲时隙。 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。 另外，在ATDM中，每个用户可以通过多占用时隙来获得更高的传输速率，而且传输速率可以高于平均速率，最高速率可达到电路总的传输能力，即用户占有所有的时隙。
1.1.1 时分复用/解复用（TDM）实验 一、时分复接观测 (1).同步帧脉冲及复接时钟观测 帧脉冲宽度125us 一帧数据包含时钟数32 复接后时钟速率256k (2).复接后帧头观测 我们将帧头设置为01111110，帧头处于每帧的第一个时隙且帧同步的上升沿为帧的开始位置。观测结果如下： (3).复接后8bit数据观测 我们将帧头设置为00000000,8bit数据为01010101，位于帧的第三个时隙，观测如下：
二、时分解复接观测 (1).解复用同步帧脉冲观测 ●发送与接收端帧头一样时结果如下，此时可以实现同步。 ●拔掉复接数据结果如下，当不解复用信号时无法实现同步，因为没有输入信号。
两端帧头不同时结果如下，解复用端无法找到相对应的帧头，所以无法实现同步，它无法识别出与其不同的帧头。 (2).解复用后8bit数据观测 我们设置01010101，结果如下. 在不断修改原始信号的过程中，我们发现解复用的信号也随之同步变化 (3).解复用后PCM译码观测
(4).解复用后CVSD译码观测
1.1.2 帧同步实验 一、帧同步提取观测及分析 (1).假同步测试 当8bit数据与帧头相同时，由于多次重复完成复接信号输入与断开操作，导致解复用端时与真正的帧头实现同步，但也会与8bit实现同步，出现同步错误。(2).后方保护测量（捕捉态） 经过改变加错信号，我们测得后方保护计数个数为3. 后方保护可以防止误同步，经过连续几次检测到帧头才进入同步状态可以让同步更准确。 (3).前向保护测试（维持态） 经过改变加错信号，测得前向保护计数为2。 前向保护可以避免因一次传输错误而导致帧头出错而引起的同步出错。 当加错开关位置为“0001000100010001”时，帧提取情况如下： 信号恢复如下：
时分复用是指将时间分成若干个时隙（time slot），每个时隙对应一个信道。如果该信道被某特定用户固定使用，如传统电路交换网中，也就是说不管有没有信息传送，该信道都不能被其他用户使用，这也是同步时分复用的特征。如果该信道能被多用户复用，则为统计时分复用。统计时分复用有两种方式：面向连接的虚电路方式和面向无连接方式。如ATM网络就是前者，IP网络就是后者。 如果一种服务具有下列特征,就认为它是面向连接的: 1.建立一条虚电路(如3次握手) 2.使用排序 3.使用确认 4.使用流量控制.流量控制的类型有:缓冲,窗口机制和拥堵避免. 具体是因为：统计时分复用利用公共信道“时隙”的方法与传统的时分复用方法不同，传统的时分复用接入的每个终端都固定地分配了一个公共信道的一个时隙，是对号入座的，不管这个终端是否正在工作都占用着这个时隙，这就使时隙常常被浪费掉了。因为终端和时隙是“对号入座”的，所以它们是“同步”的。而异步时分复用或统计时分复用是把公共信道的时隙实行“按需分配”，即只对那些需要传送信息或正在工作的终端才分配给时隙，这样就使所有的时隙都能饱满地得到使用，可以使服务的终端数大于时隙的个数，提高了媒质的利用率，从而起到了“复用”的作用。统计分析，统计复用可比传统的时分复用提高传输速率2-4倍。这种复用的主要特点是动态地分配信道时隙，所以统计复用又可叫做“动态复用”，有效提高了信道和设备利用率，所以更适合用于数据传输。 详细参考： 时分复用技术把公共信道按时间分配给用户使用，是一种按时间区分信号的方法。时分复用时先将多个用户设备通过时分多路复用器连接到一个公共信道上，时分多路复用器给各个设备分配一段使用公共信道的时间，这段时间也称为时隙（Time Slot）。当轮到某个设备工作时，该设备就同公共信道接通，而其它设备就同公共信道暂时断开。设备使用时间过后，时分多路复用器将信道使用权交给下一个设备，依此类推一直轮流到最后一个设备，然后再重新开始。这样既保证了各路信号的传输，又能让它们互不干扰。使用时分复用信道的设备一般是低速设备，时分复用器将不间断的低速率数据在时间上压缩后变成间断的高速率数据，从而达到低速设备复用高速信道的目的。
固定及变速率时分复用、解复用实验 第一部分固定速率时分复用/解复用实验 一、实验目的 1.掌握固定速率时分复用/解复用的同步复接/分接原理。 2.掌握帧同步码的识别原理。 3.掌握集中插入帧同步码时分复用信号的帧结构特点。 二、实验内容 1.搭建一个理想信道固定速率时分复用数字通信系统，使系统正常工作。 2.搭建一个理想信道固定速率时分解复用数字通信系统，使系统正常工作。 3.用示波器观察集群信号（FY_OUT）、位同步信号（BS）及帧同步信号（FS），熟悉它们的对 应关系。 4.观察信号源发光管与终端发光管的显示对应关系，直接观察时分复用与解复用的实验效果。 三、实验仪器 示波器，RC-GT-II型光纤通信实验系统。 四、基本原理 1．同步复接/分接原理 固定速率时分复用/解复用通常也称为同步复接/分接。在实际应用中，通常总是把数字复接器和数字分接器装在一起做成一个设备，称为复接分接器(缩写为Muldex)。 图1.1 数字复接器的基本组成图 1.2 数字分接器的基本组成图数字复接器的基本组成如图1.1所示。数字复接器的作用是把两个或两个以上的支路数字信号按时分复接方式合并成为单一的合路数字信号。数字复接器由定时、调整和复接单元所组成。定时单元的作用是为设备提供统一的基准时间信号，备有内部时钟，也可以由外部时钟推动。调整单元的作用是对各输入支路数字信号进行必要的频率或相位调整，形成与本机定时信号完全同步的数字信
号。复接单元的作用是对已同步的支路信号进行时间复接以形成合路数字信号。 数字分接器的基本组成如图1.2所示。数字分接器的作用是把一个合路数字信号分解为原来支路的数字信号。数字分接器由同步、定时、分接和恢复单元所组成。定时单元的作用是为分接和恢复单元提供基准时间信号，它只能由接收的时钟来推动。同步单元的作用是为定时单元提供控制信号，使分接器的基准时间与复接器的基准时间信号保持正确的相位关系，即保持同步。分接单元与复接单元相对应，分接单元的作用是把输入的合路数字信号(高次群)实施时间分离。分接器的恢复单元与复接器的调整单元相对应，恢复单元的作用是把分离后的信号恢复成为原来的支路数字信号。 将低次群复接成高次群的方法有三种；逐比特复接；按码字复接：按帧复接。在本实验中，由于速率固定，信息流量不大，所以我们所应用的方式为按码字复接，下面我们把这种复接方式作简单介绍。 按码字复接：对本实验来说，速率固定，信息结构固定，每8位码代表一“码字”。这种复接方式是按顺序每次复接1个信号的8位码，输入信息的码字轮流被复接。复接过程是这样的：首先取第一路信息的第一组“码字”，接着取第二路信息的第一组“码字”，再取第三信息的第一组“码字”，轮流将3个支路的第一组“码字”取值一次后再进行第二组“码字”取值，方法仍然是：首先取第一路信息的第二组码，接着取第二路信息的第二组码，再取第三路信息的第二组码，轮流将3个支路的第二组码取值一次后再进行第三组码取值，依此类推，一直循环下去，这样得到复接后的二次群序列（d）。这种方式由于是按码字复接，循环周期较长，所需缓冲存储器的容量较大，目前应用的很少。 图1.3 按码字复接示意图 （a）第一路信息；（b）第二路信息；（c）第三路信息；（d）复接后2．本实验所用的同步复接模块的结构原理 本实验所用到的固定速率时分复用端的原理方框图如图1.4所示。这些模块产生三路信号时分复用后的FY_OUT信号，信号码速率约为128KB，帧结构如图1.5所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此FY_OUT信号为集中插入帧同步码时分复用信号。同时通过发光二极管来指示码型状态：发光二极管亮状态表示1码，熄状态表示0码。本实验中用到的电路，除并行码产生器和8选一电路是由分
实验六基于simulink的时分多路复用系统的仿真 一、实验目的 1、掌握时分复用的概念； 2、理解时分复用的原理及简单实现方法； 3、进一步熟悉simulink在通信系统中的使用 二、实验原理 抽样定理：一个频带限制在0到f m 以内的低通模拟信号x(t),可以用时间上 离散的抽样值来传输，抽样值中包含有x(t)的全部信息。当抽样频率f s ≧2f m 时， 可以从已抽样的输出信号中用一个带宽为f m ≦B≦f s —f m 的理想低通滤波器不失 真地恢复出原始信号。 时分复用是建立在抽样定理基础上的。抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在单路抽样信号在时间上离散的脉冲间留出很大的空隙。因此，可以在空隙中插入若干路其他抽样信号，只要各路抽样信号在时间上不重叠并且能区分开，那么一个信道就可以能同时传输多路信号，达到多路复用的目的。这种多路复用技术称为时分多路复用，图6-1为基带信号的时分复用原理框图。 图6-1 基带信号时分复用原理 假设有N路PCM信号进行时分多路复用，系统框图及波形如图6-2和图6-3所示。各路信号首先通过相应的低通滤波器使之变为带线信号，然后送到抽样电子开关，电子开关每T s 秒将各路信号依次抽样一次，这样N个样值按先后顺序 错开插入抽样间隔T s， 之内，最后得到的复用信号是N个抽样信号之和，其波形 如图6-3所示。各路信号脉冲间隔为T s ，各路复用信号脉冲的间隔为T s /N。由 各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧，一帧中相邻两个脉冲之间的时间间
隔叫做时隙，未被抽样脉冲占用的时隙叫做保护时间。 图6-2 时分复用系统框图 图1.3 时分复用波形 （a）第一路波形（b）第二路波形（c）第三路波形（d）合成波形在接收端，合成的多路复用信号由与发送端同步的分路转换开关区分不同路的信号，把各路信号的抽样脉冲序列分离出来，再用低通滤波器恢复各路所用的信号。 多路复用信号可以直接送到某些信道传输，或者经过调制变换成适合于某些信道传输的形式在进行传输。传输接收端的任务是将接收到的信号经过解调或经
上海大学2013～2014学年冬季学期 “通信原理”课程项目报告 课程名称：《通信原理》课程编号：07275086 项目名称和内容：搭建一个在高斯信道中传输的时分（或频分或码分）复用频带传输系统，并测试其性能。（码速率、调制方式、时分复用路数、信号功率和噪声功率自定）。 要求： 1、搭建包括发送、信道、接收在内的完整系统。 2、系统性能用表格或曲线表达。 3、鼓励利用硬件完成。 4、撰写项目报告（含摘要、概述、内容、测试结果与分析、结论与感想）。 5、使用教学专用实验平台上交项目报告。 成绩: 任课教师: 评阅日期: 频分复用、时分复用系统MATLAB仿真 摘要：本文应用所学的通信原理的知识，在MATLAB上搭建了频分复用和时分复用这两个系统进行仿真实验，以期起到巩固知识点、加深原理理解、增强实践能力的效果。 1.频分复用 频分复用原理
频分复用（FDM）是信道复用按频率区分信号，即将信号资源划分为多个子频带，每个子频带占用不同的频率。然后把需要在同一信道上同时传输的多个信号的频谱调制到不同的频带上，合并在一起不会相互影响，并且能再接收端彼此分离开。 频分复用的关键技术是频谱搬移技术，该技术是用混频来实现的。混频的原理，如图所示。 图基带语音信号的频谱搬移 图双边带频谱结构 从图可以看出上、下边带所包含的信息相同，所以恢复原始数据信息只要上边带和下边带的其中之一即可。我们这里选择上边带。 频分复用系统仿真模型建立
图频分复用系统 如上图所示，我们为该系统做了GUI界面，各个阶段的波形与频谱可以很清楚地看到。该系统模拟了电话的传输，我们可以录入三段时间自定义的音频，然后这三段音频分别调制到4K、8K、12K频率上，通过带通滤波器发送至信道。我们这里用添加高斯白噪声的方法来模拟信道特性，信噪比可自定义。在接收端，先经过一个带通滤波器滤去噪声，然后相干解调，最后由低通滤波输出。 图音频原始频谱图音频接收频谱 2．时分复用
计算机网络应用时分多路复用 时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）是指将一条物理信道用于传输的时间划分成若干个时间片轮流的分配给多个信号使用，其每个用户得到一个时间片，在其占有的时间片内，该用户使用通信线路的全部带宽。 在时分多路复用通信中，各路信号在同一信道上占有不同的时间片而进行通信。例如，在多台计算机连接在同一条公共传输通道上，多路复用器在通道信道中将会按一定的次序轮流为每台计算机分配一个时间片，当轮到某台计算机时，该计算机就与通信通道接通，进行数据交换。而其他计算机与通信通道的联系均被切断，待分配时间片用完后，则通过时分多路转换开关把通道连接到下一台要连接的计算机上。在时分多路复用中，时间片是为它们特定的节点保留的，而不管该节点是否有数据要传输，如果一个节点没有要发送的数据，那么它的时间片就保留空白的。如果网络上的某些节点很少发送数据，那么该技术的效率会比较低。如图2-32所示，为时分多路复用示意图。 图2-32 时分多路复用示意图 时分多路复用（TDM）不仅仅局限于传输数字信号，也可以用于传输模拟信号。另外,对于模拟信号，有时可以把时分多路复用和频分多路复用技术结合起来使用。即一个传输系统中，可以先使用频分多路复用技术将信道分成多条子通道，然后在每条子通道中，再利用时分多路复用技术。如在宽带局域网络中经常使用这种混合技术。 目前，在计算机网络中，时分多路复用包括同步时分多路复用和异步时分多路复用两种。1．同步时分多路复用 同步时分多路复用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）又称为静态时分多路复用技术。它采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度连续地划分为特定的时间段，再将每一时间段划分成等长度的多个时间片，每个时间片以固定的方式分配给各通信设备，各通信设备在每一时间段都按顺序分配到一个时间片。 由于在通常情况下，与多路复用器相连接的是低速通信设备，多路复用器将低速通信设备传送的低速率数据压缩到对应时间片，使其变为在时间上间断的高速时分数据，以达到多路低速通信设备复用高速链路的目的。 同步时分多路复用具有控制简单，容易实现等优点。但由于其分配给每个设备的时间片都是固定的，因此，不管该设备是否有数据发送，分给该设备的时间片都不能被其他设备占用，从而造成时间片利用率较低。 2．异步时分多路复用 异步时分多路复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）又称为动态时分多路复用，与STDM基本相同，但它允许动态地分配时间片，即如果某个设备不发送数据，则其他的设备可以占用该设备的时间片，从而避免每个时间段中出现空闲时间片。