第 5 章 多路复用与差错控制

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第 5 章 多路复用与差错控制

复用的基本思想当信道的传输能力大于每个信源的平均传输需求时，多个信息源可共享一个公共信道。把公共信道划分成多个子信道，每个子信道传输一路数据，称为多路复用。

一、多路复用技术

1 、概述

DEMUX

复用器 解复用器

共享信道MUX信源

信宿

一、多路复用技术

• 多路复用技术是将多个信源的彼此无关的信号，组合在一条传输信道上进行传送的技术。

• 多路复用的目的是充分利用昂贵的通信线路，尽可能地容纳较多的用户传输较多的信息。

• 常用的多路复用技术有： 1. 频分多路复用 ( FDM， Frequency Division Multiplexin

g ） 2. 时分多路复用（ TDM， Time Division Multiplexing ） 3. 波分多路复用（ WDM，Wavelength Division

Multiplexing ） 4. 和码分多址（ CDMA， Code Division Multiple Acces

s ）

定义当传输信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽足够多的情况下，可将该传输信道的总带宽划分成若干个与传输单个信号带宽相同 ( 或略宽 ) 的子频带，将多路原始信号的频谱移到传输信道频谱的不同频段上，以实现频谱上的不重叠，从而达到共用一个信道的目的。

2 、频分多路复用 FDM

一、多路复用技术

f

t频带 1

频带 2

频带 3

频带 4

频带 5 在频分复用中，传输信道的频

带被分成若干个相互不重叠的频段，每个频段构成一个子信道，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。

按频域分割信道按频域分割信道

一、多路复用技术

用途主要用于模拟信道的复用。

举例：三路音频模拟信号复用一个带宽为 12KHz 的物理信道

一、多路复用技术

1Channel 3

300 3100

1Channel 2

1Channel 1

60 64 68 72

60 64 68 72

Channel 1 Channel 3Channel 2

(KHz)频率

(c)

(KHz)频率

(b)

(Hz)频率

(a)

300 3400

一、多路复用技术

频分多路复用使信道在同一时刻能同时独立传送多路信号，每路信号占用不同的频带；在线路上传输的是各路信号经过调制后的叠加在一起的复合信号。频分多路复用技术适用于宽带网络。要求传输介质的可用带宽超过各路信源所需带宽的总和： B ＞∑ fi

优点：原理简单、技术成熟、系统效率高、信道的频带利用率高。缺点：要求信道的非线性失真小。

3 、时分复用 TDM

定义如果传输信道可支持的位传输速率超过单个原始信号要求的数据传输速率，就可以将信道传输时间划分成工作周期 T （时间片），再将每个周期划分成若干时隙， 轮流分配给 n 个信源来使用公共线路 ，这样就可以在一条传输信道上传输多个数字信号。

一、多路复用技术

一、多路复用技术• 时分复用（ Time division Multiplexing-TDM ）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。

• 时分复用把信道用于传输的时间划分为许多时间片（ TS:Time

Slot ），各路信号依次轮流占用一个时间片进行传输。

时分复用器

时分复用器

SS11

SS11

SS22

SS33

SS33 SS22 SS11 SS33 SS22 SS11

tt11 tt33 tt22 tt11 tt33 tt22 tt11

按时域分割信道按时域分割信道

一、多路复用技术时分多路复用技术的特点：当传输信道可支持的位传输速率足够快时，可以将信道

的传输时间划分成若干时隙，并将各时隙轮流地分配给各路信号，使若干路信号合用单一的传输媒体，时间域上互不重叠。

时分多路复用技术要求传输介质支持的最大数据传输速率超过各路信源所要求的数据传输速率的总和。

任一瞬间只有一路信号占用线路，但每个信号都占用整个频带。多路信号分时地在信道内传送。

时分多路复用技术既可用于基带局域网，也可用于宽带网络。

一、多路复用技术TDM与 FDM 的比较：

1. 关于复用原理• 在 FDM 系统中，各信号在频域上是分开的，

而在时域上是混叠在一起的；• 在 TDM 系统中，各信号在时域上是分开的，

而在频域上是混叠在一起的。

一、多路复用技术TDM与 FDM 的比较：

2. 关于设备复杂性• 就复用部分而言， FDM 设备相对简单， TDM 设备较

为复杂；• 就分路部分而言， TDM 的滤波器比 FDM 的模拟滤波

器分路简单、可靠，而且 TDM 中的所有滤波器都是相同的滤波器。

• FDM 中要用到不同的载波和不同的带通滤波器，因而滤波设备相对复杂。

• 总的比较， TDM 的设备要简单些。

一、多路复用技术TDM与 FDM 的比较：

3. 关于信号间干扰

• 在 FDM 系统中，信道的非线性会在系统中产生交调失真和高次谐波，引起话间串扰，因此， FDM 对线性的要求比单路通信时要严格得多。

• 在 TDM 系统中，多路信号在时间上是分开的，因此 ,

对线性的要求与单路通信时的一样，对信道的非线性失真要求可降低，系统中各路间串话比 FDM 的要小。

一、多路复用技术

同步时分多路复用：分配给每个数据源的时间片是固定的，各个数据源的时间片不可互相转让。

1 2 4 .... n 1 3 .... n ...... 1 2 3 4 .... n

1时间片 2时间片 n时间片

1 2 5 .... m4 1 2 5 7 .... m ...... 1 2 3 4 .... m

1时间片 2时间片 n时间片

• 异步时分多路复用：允许动态地分配时间片，各个数据源的时间片空闲时可以转让。也称为统计时分多路复用。

时分多路复用技术的分类

同步时分多路复用（ STDM ）原理

把时间分割成小的时间片，每个时间片分为若干个时隙，每路数据占用一个时隙进行传输。在通信网络中应用极为广泛。

优点控制简单，实现容易 缺点

容易造成信道浪费

一、多路复用技术

异步时分多路复用（ ATDM ）原理

在异步时分复用中，时隙序号与信道号之间不再存在固定的对应关系。为此，各个信道发出的数据都需要附带双方地址，由通信线路两端的多路复用设备来识别地址。

优点提高了传输介质的利用率

一、多路复用技术

原理整个波长频带被划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围来进行传输。在这种方法中，两根光纤连到一个棱柱或衍射光栅，每根光纤里的光波处于不同的波段上，这样两束光通过棱柱或衍射光栅合到一根共享的光纤上，到达目的地后，再将两束光用光栅分解开来。

4 、波分复用——光的频分复用

一、多路复用技术

一、多路复用技术

F2

F1

F3

光谱

F1 F2 F3

共享光纤的光谱

光纤 2

光纤 3

光纤 1

共享光纤

棱柱 / 衍射光栅

4 、波分复用——光的频分复用

原理

5 、码分复用 CDM

每个用户把发送信号用接收方的地址码序列编码。不同用户发送的信号在接收端被叠加，然后接收者用同样的地址码序列解码。只有与自己地址码相关的信号才能被检出，由此恢复出原始数据。CDM 在无线移动通信中应用广泛。中国电信 CDMA ；中国联通 WCDMA ；

一、多路复用技术

频分复用 FDM

6 、各类复用方法的应用

按频率划分不同的信道，如 CATV 系统

按波长划分不同的信道，用于光纤传输

波分复用 WDM

时分复用 TDM

码分复用 CDM

按时间划分不同的信道，目前应用最广泛

按地址码划分不同的信道，非常有发展前途

一、多路复用技术

把通过传输信道接收到的数据与原来发送的数据不一致的现象称为“传输差错”，简称为“差错”。判断数据经传输后是否有错的手段和方法称为差错检测。差错控制：在数据传输过程中，发现、检测差错并进行纠正。

什么是差错

二、差错控制技术

1 、差错控制的概念

指接收码元中错误码元数占接收总码元数的比例。

2 、误码率

二、差错控制技术

接收到总码元数接收码元中错误码元数

P

特点：时刻存在、幅度较小、强度与频率无关， 但频谱很宽，是随机类噪声。称为“随机差错”。

热噪声差错3 、差错的分类与出现的可能原因

冲击噪声差错

  特点 : 冲击噪声幅度大、持续时间短等，是产生 差错的主要原因称为“突发差错”。

二、差错控制技术

在发送的数据中增加一些用于检查差错的附加 位 , 这些附加位被称为检错码。 接收方根据收到的检错码检测到差错时，发出 “ 否定应答” ，通知对方进行重发。

特点：通过“重传机制”达到纠正差错的目的， 易实现，编码和解码的速度较快。 常用的检错码有：奇偶校验码和循环冗余码等。

4 、两种差错控制技术

检错

二、差错控制技术

纠错码是指在发送每一组信息时发送足够的附加位，接收端通过这些附加位在接收译码器的控制下发现错误，并自动地纠正错误。

译码器设备较复杂，为了纠正差错，附加的冗余码较多，会降低传输效率。常见纠错编码：海明纠错码、正反纠错码等。适用场合：没有反向信道，线路传输时间长，要求重发不经济的场合。

纠错

二、差错控制技术

奇校验是在二进制序列中“ 1” 的个数为奇数，则校验位为 0 ；若“ 1” 的个数为偶数，则校验位为 1 。偶校验是在二进制序列中“ 1” 的个数为偶数，则校验位为 0 ；若“ 1” 的个数为奇数，则校验位为 1 。

5 、常用差错检验编码 奇偶校验

规则

二、差错控制技术

水平奇偶校验：又称横向奇偶校验，若字符序列相应位中“ 1” 的个数为奇数，则奇校验的校验码字位 0 ，偶校验的校验码为 1 。垂直奇偶校验：又称纵向向奇偶校验，若单个字符的各个位中“ 1” 的个数为奇数，则奇校验的校验码字位 0 ，偶校验的校验码为 1 。水平垂直奇偶校验：又称横纵奇偶校验或方块奇偶校验，既做水平校验也做垂直校验，检错能力可以明显提高。

分类

二、差错控制技术

位 \ 数字 N E T W O R K 水平奇校验 水平偶校验C1 1 1 1 1 1 1 1

C2 0 0 0 0 0 0 0

C3 0 0 1 1 0 1 0

C4 1 0 0 0 1 0 1

C5 1 1 1 1 1 0 0

C6 1 0 0 1 1 1 1

C7 0 1 0 1 1 0 1

垂直奇校验垂直偶校验

奇偶校验举例

二、差错控制技术

循环冗余校验（ CRC ）

差错检测原理： 收发双方约定一个生成多项式 G(x) ，发送方 根据发送的数据和 G(x)计算出 CRC校验和并 把它加在数据的末尾形成新的二进制序列一 起发送。 接收方则用接收到的数据除以 G(x) ，若有余 数不为零，则传输有错。

二、差错控制技术

6 、差错控制的基本方法 前向纠错

反馈检验

又称检错重发，它是利用编码的方法在数据接收端检测差错，当检测出差错后，设法通知数据发送端重新发送数据，直到无差错为止。

自动请求重传

原理

二、差错控制技术

发送端在发送完一个数据帧后，要等待接收端返回应答信息。当应答为确认信息 (ACK) 时，发送端才继续发送下一个数据帧；当应答为不确认帧(NAK) 时，发送端需要重发这个数据帧。

停等式 ARQ

二、差错控制技术

连续式 ARQ

在回退 N帧 ARQ 中，每发送 N帧需要一个应答帧，当发送方接收到接收方的某个帧的 NAK 时，重传从该帧开始的所有报文。

连续式 ARQ--回退 N帧 ARQ

二、差错控制技术

在选择重传 ARQ 中，每发送 N帧需要一个应答帧， 当发送方接收到接收方的某个帧的 NAK

时，仅重传该帧即可。

连续式 ARQ--选择重传 ARQ

二、差错控制技术