时分复用及帧同步
2.1.1 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. RZ9681实验平台
2. 实验模块： ? 主控模块
? 基带数据产生与码型变换-A2 ? 信源编码与时分复用模块-A3 ? 信源译码与时分解复用模块-A6 3. 100M 双通道示波器 4. 信号连接线
5. PC 机（二次开发）
三、实验原理 时分复用是将整个信道传输信息的时间划分成不同时隙，利用不同的时隙来传输不同信号，以扩大传输容量和提高传输效率。 3.1 数字复接 数字复接技术是把两个或两个以上的低速信号按照时分复用的方式合并成一个高速信号。 按帧复接是指将每一路并行数据的每一帧按照信道的顺序循环逐一排列，得到一路的串行数据。按照按帧复接的方式，每次复接一路信号的一帧数据，因此复接时不会破坏原来各个帧的自身内部的顺序，有利于交换。
准同步复接指各并行信道使用各自的时钟，但各支路的时钟被限制在一定的容差范围内。 这种复接方式在复接前必须将各支路的码速都调整到统一的规定值后才能复接。在这种复接方式中需要进行码速调整。 本实验中数字复接系统方框图，如下图所示：
图1 时分复用解复用方框图
本实验中同步复接的帧结构如下图所示：
发定时
调 整
复 接
收定时
分 接
恢
复
同 步
PCM 8bit CVSD
PCM 8bit CVSD
帧头PCM 8bit CVSD
一帧4路数据
图2 时分复用帧结构
在本实验中，一帧分为四个时隙，第一个时隙传输一个8bit 的帧头，用于同步以及确定每一帧的起始点；第二个时隙传输PCM 的8bit 的量化信号，第四个时隙传输CVSD 的量化信号，但由于采样值不是固定的，因此每一帧传送的PCM 和CVSD 的信号都是不同的；第三个时隙传输一个8bit 的自定的数据，可以通过解复用模块A6的8个LED 的亮灭来观察。一帧高速串行数据的传输速率为256Kb s ?，由于在一帧中有4个时隙，因此每一路低速并行数据的传输速率为256Kb s ?÷4=64Kb s ?。
3.2 数字分接（解复用） 数字分解是指将一路高速串行输入信号按照一定的顺序，将复接信号分离出多路低速并行同步输出信号。一般情况下，帧同步提取有时会出现漏同步和假同步现象。
四、实验框图及测量点说明 4.1 实验框图说明
图3 时分复用原理框图
框图说明：
本实验中需要用到以下功能单元：
由信源编码与复用模块（A3）完成时分复用功能；由信源译码与解复用模块
（A6）完成解复用功能。
时分复用时接入四路信号，分别是帧头、PCM 、8bit 设置数据、CVSD 数据，PCM 和CVSD 是信源编码数据，由模块A3的处理器和FPGA 分别对3P1和3P2输入的数据完成模数转换、PCM 和CVSD 编码，之后由FPGA 同时将帧头、PCM 数据、8位设置数据、CVSD 数据进行时
分复用；在图中，3P1和3P2均连接了DDS1，但实际使用时，两个编码输入端可以分别接入不同的模拟信号，如P02的电话语音信号。
时分解复用由模块A6完成，A6模块中的FPGA主要完成位同步、帧同步、数据分接、信源译码等，信源译码后的数据直接转化成模拟信号在6P2输出PCM译码数据，在6P4输出CVSD数据。
4.2 各模块测量点说明
（1）信源编码与复用模块-A3
●3P1：PCM编码模拟信号输入
●3P2：CVSD编码模拟信号输入
●3P7：复用帧同步输出
●3P8：复用数据时钟输出，速率256K
●3P9：复用数据输出
（2）信源译码与解复用模块-A6
●6P8：解复据输入
●6P4：CVSD译码输出（模拟）
●6P2：PCM译码输出（模拟）
●6P6：帧同步脉冲输出
五、实验内容及步骤
5.1 时分复接观测
（1）同步帧脉冲及复接时钟观测
图4 同步帧脉冲及复接时钟观测（1）
图5 同步帧脉冲及复接时钟观测（2）
图6 同步帧脉冲及复接时钟观测（3）
由图4，通过示波器的Cursor功能，可以读出帧脉冲宽度为4μs；图5我们看出复接后的时钟速率为256KHz；通过图6可以数出一帧数据中大约有32个复接时钟脉冲。
（2）复接后帧头观测
用示波器一个通道测3TP7帧脉冲，并作同步；另一个通道测3TP9，观测帧头数据，分析帧头的起始位置；单击复接模块“帧头”按钮，尝试改变帧头数据，观察帧头起始位置和帧同步的关系。可以尝试修改一些比较特殊的帧头，例如：“01111110（0x7E）”，“11100100（7巴克码+1bit 0）”。
01111110
图7 复用数据输出（帧头“01111110”，8bit“00011101”）
111000100 00011101
图8 复用数据输出（帧头“11100100”，8bit“00011101”）上图7，8红框中框出了8bit的帧头。
（3）复接后8bit数据观测
用示波器一个通道测3TP7帧脉冲，并作同步；另一个通道测3TP9，观察复用信道时隙关系，并根据实验原理所述，定位到3时隙8bit数据位置，单击“8bit”按钮，尝试修改8bit 编码开关，观测3TP9的数据变化情况。
01100110
图9 复用数据输出（帧头“11100100”，8bit“01100110”）
上图8和上图9中的黄色框中即为8bit数据。
（4）修改各路数据观测复接变化
用示波器一个通道测3TP7帧脉冲，并作同步；另一个通道测3TP9，观察复用信道时隙2的PCM编码数据和时隙4的CVSD数据；可以尝试修改或拔掉3P1和3P2上的信号，观察两路复接数据是否变化。由于PCM和CVSD数据一直变化，因此不太容易观察，需要仔细对比。
图10 复用数据输出
图11 复用数据输出（拔掉PCM通道）
图12 复用数据输出（拔掉CVSD通道）
图13 复用数据输出（拔掉PCM和CVSD通道）
当拔掉了PCM或者CVSD通道，在理想状况下，一帧数据的第二时隙（PCM帧）和第四时隙（CVSD帧）应该均为0。然而，观察图11—13，第二时隙和第四时隙均仍然存在数据的传送，因为虽然没有了输入信号，但是信道中仍然存在着信道噪声。通过解复用之后的信号我们可以看出第二时隙和第四时隙的信号近似为白噪声。
5.2 时分解复用观测
（1）解复用同步帧脉冲观测
单击解复用“帧头”按钮，将其修改为和复用端一样的帧头数据。用示波器一个通道测3TP7帧脉冲，并作同步；另一个通道测6TP6，观察解复用端提取的帧同步脉冲，并分析其是否同步。同时可以观测A6模块上“FS”指示灯状态，常亮状态为同步状态，常灭状态为非同步状态
图14 帧脉冲和帧同步脉冲
图15 A6模块FS指示灯状态
在图14中使用Cursor测量出帧同步脉冲和帧脉冲的延时，延时约为34μs。我们知道一帧的时间为125μs，分为4个时隙之后，每个时隙的时间长度为125μs÷4=31.25μs。也就是说，当解复用端接收到帧头之后经过确认后，给出了帧同步信号。上图15中的红色框中即为“FS”指示灯，在示波器上能够观察到帧同步脉冲的时候，“FS”指示灯也是常亮的。
尝试拔掉6P8接口上的复接数据，观测6TP6是否还有帧同步脉冲，以及“FS”指示灯是否常亮，思考其原因。
图16 A6模块FS指示灯状态（拔掉6P8后）
当6P8的解复用数据输入被拔掉后，解复用模块没有接收到高速串行数据流，也就是说没有接收到8bit的帧头。因此也不会有帧同步脉冲，因此“FS”指示灯为常灭状态，即为非同步状态。但是没有帧同步信号，解复用模块上的8bit LED灯也应该处于长灭状态，而且8bit
数据流也没有信号输入，因此8bit LED灯不应该有亮灯状态，但是在实际实验观察中，8bit LED灯没有刷新，保持着原来的8bit 数据流的数据。当我们多次重复实验，发现8bit LED灯处于乱闪状态。
尝试修改解复用“帧头”数据，将其修改为和复用端不同的帧头数据，观测6TP6是否还有帧同步脉冲，以及“FS”指示灯是否常亮，思考其原因。
图17 帧脉冲和帧同步脉冲
图18 A6模块FS指示灯状态（修改帧头后）
修改发送端帧头为“01101110”，由图17和图18我们可以看到，无帧同步脉冲且“FS”指示灯处于长灭状态。由于解复用端在接收信号的数据流中找不到匹配的帧头，因此解复用模块无法找到帧起始的位置，所以也就没有帧同步脉冲发出，也因此“FS”指示灯长灭。
结束该步骤时，恢复帧头同步状态，继续完成下面步骤
（2）解复用后8bit 数据观测
鼠标点击“8-LED”按钮，选择“8-bits”，如右图所示，此时A6模块中部8个LED小灯
用亮灭指示解复用得到的第3时隙“8bit”数据。
图19 8bit 数据观测
（3）解复用后PCM译码观测和CVSD译码观测
用示波器分别观测3P1（PCM编码前），6P2（解复用后PCM译码数据），观测波形是否相同；修改3P1输入信号，观测6P2变化；用示波器分别观测3P2（CVSD编码前），6P4（解复用后CVSD译码数据），观测波形是否相同；修改3P2输入信号，观测6P4变化
图20 编码前PCM和译码后PCM（2KHz，2Vpp）
图21 编码前PCM和译码后PCM（3KHz，2Vpp）
图22 编码前CVSD和译码后CVSD（2KHz，2Vpp）
图23 编码前CVSD和译码后CVSD（3KHz，2Vpp）
对比观察图20和图21以及图22和图23，我们可以发现，改变原始信号频率，译码后的输出信号频率都与原始信号近似相同，但是输入输出信号的峰峰值相差较大。但是对比图20和图21以及图22和图23的输出信号，可以发现，峰峰值都近似不变。结合PCM编译码实验和CVSD编译码实验中的输出频率响应图像，峰峰值不变可能是由于输入信号的频率处于输出频响图像的平顶位置。
对比图20、21和图22、23，可以发现，在相同情况下，PCM的译码输出比CVSD的译码输出的波形好。
当输入信号的频率增加到3500~3600Hz以上时，输出波形出现明显失真。可以通过这个特性推算出AD采样速率。
六、实验报告要求
1. 叙述时分复用信号处理流程，从3P9测试点波形分析数据发送顺序。
下图24展示了时分复用信号处理流程。
4路并行信号先传输8bit数据（一路信号的一帧），被锁存器锁存之后，经过4选1多路选择器，依次将8bit帧头、PCM、8bit自定信号和送入输出端，再次锁存之后，继续重复上述输出过程。
图24 时分复用信号处理流程
2. 叙述时分解复用信号处理流程，说明帧头作用。
图25 时分解复用信号处理流程
当解复用的装置接收并检测到帧头时，知道接收到一帧的数据，因此每接收8bit锁存一次，分别按顺序送入PCM，8bit和CVSD通路，从而每一路可以按顺序恢复出原始信号。
七、思考题
如果希望时分复用8路数据，一个时隙作帧头，基它七个时隙用于传PCM数据，推出复用数据速率？
复用数据速率= 8个时隙×PCM传输速率= 8×64Kb s?=512Kb s?
2.1.2 帧同步实验
一、实验目的
1. 掌握巴克码识别原理
2. 掌握同步保护原理
3. 掌握假同步、漏同步、捕捉态、维持态的概念
二、实验仪器
1. RZ9681实验平台
2. 实验模块：
?主控模块
?信源编码与时分复用模块-A3
?信源译码与时分解复用模块-A6
3. 100M双通道示波器
4. 信号连接线
5. PC机（二次开发）
三、实验原理
3.1 帧同步概念
数字通信系统传输的是一个接一个按节拍传送的数字信号单元，即码元，因而在接收端必须按与发送端相同的节拍进行接收，否则，会因收发节拍不一致而导致接收性能变差。此外，为了表述消息的内容，基带信号都是按消息内容进行编组的，因此，编组的规律在收发之间也必须一致。在数字通信中，称节拍一致为“位同步”，称编组一致为“帧同步”。
在我们这次的实验中，由于PCM的编码方式，需要确定PCM传输的帧的起始位置，从而能够准确判断出一个采样值的极性和绝对值。而对于CVSD而言，由于它只是表示一个相对值，因此不需要知道每一帧具体的起始位置，只需要对准每一个bit的位置就可以了。也就是说，对于PCM需要满足帧同步，对于CVSD只需要满足位同步就可以了，但是由于PCM和CVSD是在一路高速串行信号中传输接收的，因此对于实验系统必须要满足帧同步才能保证每一路信号都能够完整正确的恢复出原始信号。
为了能实现帧同步，则我们需要在每一帧传输帧的起始位置加一段特定的同步码，当解复用端识别到这段特定的码元序列时，即可知道接收到一帧的起始位置，从而实现帧同步。
3.2 帧同步码组
帧同步码组的要求是它们的自相关函数尽可能尖锐，便于从随机数字信息序列中识别出这些帧同步码组。但是由于增加了帧头，相当于减小了传输效率，因此在选择帧头的时候，希望尽可能使用长度较短的帧头码组。
四、实验框图及测量点说明
4.1 实验框图说明
下图为帧同步原理的实验框图：
图26 帧同步原理实验框图
框图说明：
本实验中需要用到以下功能单元：
由信源编码与复用模块（A3）完成时分复用功能；由信源译码与解复用模块（A6）完成帧同步提取及时分解复用功能。
4.2 各模块测量点说明
(1).信源编码与复用模块-A3
●3P1：PCM编码模拟信号输入；
●3P2：CVSD编码模拟信号输入；
●3P7：复用帧同步输出；
●3P8：复用数据时钟输出，速率256K；
●3P9：复用数据输出；
(2).信源译码与解复用模块-A6
●6P8：解复用数据输入；
●6P4：CVSD译码输出（模拟）；
●6P2：PCM译码输出（模拟）；
●6P6：帧同步脉冲输出。
五、实验内容及实验步骤
5.1 帧同步提取观测及分析
（1）假同步测试
假同步指，在传输的数据中检测到和帧头完全相同的码元序列，系统误以为检测到了帧头进行了同步，但实际上数据是错位的。
设置复接发送端8bit数据，使其和“帧头”数据相同，多次重复完成3P9和6P8信号
线的断开/连接操作。用示波器同时观测3TP7和6TP6，观察6TP6是否每次都可以输出帧同步脉冲？用示波器观测原始信号3P1和复接-译码恢复信号6P2，是否每次都相同？如不相同，分析其原因。
图27 帧脉冲和帧同步脉冲（1）
图28 帧脉冲和帧同步脉冲（2）
通过观察帧脉冲和帧同步脉冲中间的延时我们可以发现，系统会随机地把原本的帧头或者自己设置的8bit数据识别做帧头。
图29 编码前PCM和译码后PCM（把8bit识别为帧头）
图30 编码前CVSD和译码后CVSD（把8bit识别为帧头）
当系统把8bit识别为帧头时，把输入端的CVSD数据送到了解复用端的PCM端，把输入端的PCM数据送到了解复用端的CVSD端，因此，这两个数据流都不能正确的译码，导致输出的模拟信号的波形恢复不出原始的输入信号。
（2）后方保护测试（捕捉态）
在帧同步提取中，为了减少系统的假同步的量，系统增加了后方保护。只有当系统连续捕获到n（n为后方保护计数）次帧同步码后，才能认为系统已真正进入到了同步状态。
图31 3bit正确帧头个数
图32 4bit正确帧头个数
图33 11bit正确帧头个数
图34 12bit正确帧头个数
图35 15bit正确帧头个数PCM译码信号
图36 16bit正确帧头个数PCM译码信号
通过上图31—图36可以看出，当正确帧头个数为3bit时，“FS”指示灯常亮，但是在示波器上观察不到帧同步脉冲，可能是由于能检查到的同步的次数过少，所以示波器上很难观测到。但是当正确帧头个数增加到4bit时，示波器上出现了周期性的帧同步信号（图32），但是没有和帧脉冲数完全对应。当正确帧头数增加到12个时，通过示波器观察到帧同步脉冲和帧脉冲能够完全对应，但是只有当16bit的帧头全部都正确时，恢复出的译码信号才是
与发送的输入信号波形失真最小的，因为只要有帧头有错误时，就会存在某些帧的PCM的数据无法正确被接收，对于PCM的恢复信号，只要在接收的信号中出现了一帧的错误或者顺序的错误，都会使PCM无法正确恢复信号。
后方保护时间是指：从捕捉到第一个同步码到系统进入同步状态这段时间称为后方保护时间，可表示为Td；尝试分析后方保护时间Td？
通过实验观察到当正确帧头数为3时，系统即可进入同步状态。则后方保护时间为
3×125μs=375μs
（3）前向保护测试（维持态）
当同步系统检测不到同步码时，并不立即进入捕捉态，而是当连续m次（m称为前方保护计数）检测不到同步码后，才判为系统真正失步，然后进入捕捉状态，重新开始捕捉同步码。
图37 错误帧头数为9bit帧脉冲和帧同步脉冲
图38 错误帧头数为13bit帧脉冲和帧同步脉冲
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。
摘要 时分多路复用是一种数字复用技术，在数字通信系统中，模拟信号的数字传输或数字基带信号的多路传输一般都采用时分多路复用方式来提高系统的传输效率。时分复用是将不同源端的数字数据合并到一个时间共享的链路上，适用于媒体数据速率容量超过要传输的几路数字信号总速率的情况。本次课程设计利用MATLAB/Simulink仿真软件实现对时分多路复用系统的模拟仿真，达到对输入信号实现复用和解复用的效果。 关键词：时分复用；Simulink；仿真
目录 第1章时分多路复用系统仿真的基本原理 (1) 1.1 Simulink简介 (1) 1.2 时分多路复用系统的基本原理 (1) 第2章时分复用系统仿真模型 (4) 2.1 Simulink仿真框图搭建 (4) 2.2 仿真参数设置 (5) 第3章时分多路复用的Simulink仿真及结果分析 (11) 3.1 时分多路的Simulink仿真 (11) 3.2 仿真结果分析 (13) 总结 (14) 参考文献 (15) 致谢 (16)
第1章时分多路系统仿真的基本原理 1.1 Simulink简介 Simulink（动态系统仿真）是MATLAB中一个建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境，是一个对动态系统进行建模、仿真并对仿真结果进行分析的软件包。使用Simulink可以更加方便地对系统进行可视化建模，并进行基于时间流的系统级仿真，使得仿真系统建模与工程中的方框图统一起来。并且仿真结果可以近乎“实时”地通过可视化模块，如示波器模块、频谱仪模块以及数据输入输出模块等显示出来，使得系统仿真工作大为方便。Simulink具有适应面广结构（线性系统、非线性系统、离散系统、连续及系统混和系统）、流程清晰仿真精细和提供大量函数模块等优势特点。由于matlab和simulink是集成在一起的，因此用户可以在两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改。不用命令行编程，由方框图产生.mdl文件（s函数）当创建好的框图保存后，相应的.mdl文件就自动生成，这个.mdl文件包含了该框图的所有图形及数学关系信息。框图表示比较直观，容易构造，运行速度较快。 Simulink的仿真原理是当在框图视窗中进行仿真的同时，MATLAB 实际上是运行保存于simulink内存中s函数的映象文件，而不是解释运行该mdl文件。Simulink的模型在视觉上表现为方框图，在文件上则是扩展名为mdl的ASCII 代码；在数学上体现为一组微分方程或差分方程；在行为上模拟了物理器件构成的实际系统的动态特性。 Simulink 的一般结构： 输入→系统→输出 1.2 时分多路复用系统的基本原理 抽样定理：一个频带限制在0到fm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fs≧2fm 时，可以从已抽样的输出信号中用一个带宽为fm≦B≦fs—fm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
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
波分复用/解复用器 知多少？ 随着数据业务的飞速发展，现代生活对传输网的带宽需求越来越高，而光纤资源已经固定且再次铺设费用昂贵，这就需要设备制造商提供有保障、低成本的解决方案。鉴于城域网具有一定的传输距离、较多的业务种类等许多不同于骨干网的特点，波分复用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)技术就十分适用于光纤扩容。 什么是光波分复用技术？ 在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，称为光波分复用技术，简称WDM。光波分复用包括频分复用和波分复用。光频分复用（FDM）技术和光波分复用（WDM）技术无明显区别，因为光波是电磁波的一部分，光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解，光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分，光信道相隔较远，甚至处于光纤不同窗口。 什么是波分复用/解复用器？ 我们知道波分复用(WDM)是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器，Multiplexer)汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术；在接收端，经解复用器(亦称分波器或称去复用器，Demultiplexer)将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。 波分复用/解复用器的工作原理是什么？ 在FDM系统中，波分复用器用于发射端将多个波长的信号复合在一起并注入传输光纤中，而波分解复用器则用于在接收端将多路复用的光信号按波长分开分别送到不同的接收器上，波分复用/解复用器可以分成两大类，即有源（主动）和无源（被动）型，我们这里只介绍被动型的器件，它按照工作原理可以分成三类，最简单的一种波分复用器是基于角度散射元件，例如棱镜和衍射光栅，另外两种波分复用器为光滤波器和波分复用定向耦合器。从原理上讲，一个波分解复用器反射过来用即为波分复用器，但应该注意的是在FDM系统中对它们的要求不一样，波分解复用器严格要求波长的选择性，而复用器不一定要求波长选择性，因为它的作用只是将多路信号复合在一起。
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
幻灯片1 4.4 统计时分多路复用（STDM） 为了提高时间利用率，采用按需分配时间片的技术，以避免每帧中出现空闲时间片的现象，即每一个时间片都可被任何一个有数据发送的输入线路所使用。这种动态分配时间片的技术称为统计时分多路复用（Statistical TDM）或称异步TDM（Asynchronous TDM）或智能TDM（Intelligent TDM）。 ●两个码组，如果对应位相同的个数和不同的个数相等，则为正交码组 ●CDMA的特点： ●抗干扰能力强 ●通过码型来区分用户，不容易互相干扰 ●保密性强 ●信号频谱类似于白噪声 ●占用频带宽 ●发送的数据率是信息数据率的m倍(m为码片的位数)：原来发送1比特的时间里， 现在要发送m比特。属于扩频通信中的直接序列扩频DS-CDMA(Direct Sequence)通信方式。 ●多用于无线广播信道 如移动电话、卫星通信等 幻灯片17 4.6 多路复用技术比较 1、FDM与TDM比较 FDM在适合模拟通信技术，效率高，能够充分利用传输媒介带宽资源，但随输入信号源增加设备趋于复杂。 TDM适合数字通信技术，见P122。 2、比特交错与字符交错技术比较 字符交错技术：效率高（以字符为单位进行传输除掉其中的起始位和停止位）。抗突发、噪声性能好。 比特交错技术：传输延迟小。 幻灯片18 3、同步TDM与STDM比较 时间片上：N条输入线路 ①TDM：帧内时间片数为M=N ②STDM：帧内时间片数M <= N 复用过程： ①TDM：时间片固定（包括个数，与数据源的对应），帧长度固定。 ②STDM：帧长度可以是固定的也可以是不固定的；时间片位置也可以是不固定的。 效率上： ①TDM：效率低，但技术可靠，通信费用低 ②STDM：效率高，技术先进，但缓冲的容量较大，需用地址信息以便解复用器确定数据流向。 幻灯片19 假设8人（分成4组）在同一房间中说话
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
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：
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
多路复用技术的综述 现代社会科学技术飞速发展，各种技术之间相互依赖、相互促进。计算机和集成电路的出现为整个科技的发展提供了强有力的推进器，而大量计算机之间的交流需要依靠网络的连接，因此网络间的通信传输就显得尤为重要。 计算机网络是地理上分散的多台独立自主的的计算机遵循约定的通信协议，通过软、硬件互连以实现交互通信、资源共享、信息交换、协同工作以及在线处理等功能的系统。网络间传递的信息主要是依靠数据的传输和交换，随着全球网络技术的应用和推广，不同实体之间的数据传输就显得尤为重要。为了更为有效地利用传输系统，人们希望通过同时携带多个信号来高效率地使用传输介质，这就是多路复用技术。配置多路复用线路有许多种不同方法，多路复用器的类型也各异，常用的有频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）、码分多路复用（CDM）等。本文就是就多路复用技术的主要分类、方法以及应用领域等做一简单介绍。 首先来说说为什么要采用多路复用技术。一是通信工程中用于通信线路架设的费用相当高，需要充分利用通信线路的容量；而是网络中传输介质的传输容量都会超过单一信道传输的通信量。为了充分利用传输介质的带宽，需要在一条物理线路上建立多条通信信道。 另外，多路复用最常用的两个设备是：一、多路复用器，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；二、多路分配器，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）。 下面我们再对常用的类型及其原理做一个总结描述。 一、频分多路复用（FDM） 一般的通信系统的信道所能提供的带宽往往要比传送一路信号所需的带宽宽得多。因此，如果一条信道只传输一路信号是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，提出了信道的频分复用。频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。它的基本原理是在一条通信线路上设置多个信道，每路信道的信号以不同的载波频率进行调制，各路信道的载波频率互不重叠，这样一条通信线路就可以同时传输多路信号。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个超主群可组成3600路的巨群。
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
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。
第三章时分多路复用与复接技术 1 时分多路复用 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。由前述的抽样理论可知，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。图3－1为时分多路复用示意图，各路信号经低通滤波器将频带限制在3400Hz以下，然后加到快 速电子旋转开关(称分配器)开关不断重复地作匀速旋转，每旋转一周的时间等于一个抽样周期T，这样就做到对每一路信号每隔周期T时间抽样一次。由此可见，发端分配器不仅起到抽样的作用，同时还起到复用合路的作用。合路后的抽样信号送到 PCM编码器进行量化和编码，然后将数字信码送往信道。在收端将这些从发送端送来的各路信码依次解码，还原后的PAM信号，由收端分配器旋转开关K2依次接通每一路信号，再经低通平滑，重建成话音信号。由此可见收端的分配器起到时分复用的分路作用，所以收端分配器又叫分路门。 当采用单片集成PCM编解码器时，其时分复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分别解码和重建信号。 要注意的是：为保证正常通信，收、发端旋转开关必须同频同相。同频是指的旋转速度要完全相同，同相指的是发端旋转开关连接第一路信号时，收端旋转开关K2也必须连接第一路，否则收端将收不到本路信号，为此