FDM频分复用技术的最大优点是系统结构简单,它的最大缺点是随着复用信道的增多,通道间的串音干扰也会增大,限制了复用通道的数量。时分复用技术的最大优点之一是在一对传输线路上可同时传送更多数量的数字基带信号而不会产生通道间的串音干扰。
时分复用(Time Division Multiplex,TDM)的原理是把多路话音的PCM信号在规定的时间长度内进行打包(Pack-age)成帧(即时分复用帧),然后再往线路上一帧接一帧地传输,如图3-8所示。
不难看出,时分复用是所有的用户通道CH只是在不同时间占有公共通道,即在分配给自己的专用时隙内占用共享的公共通道,因而不会发生干扰。从频域来看,大家所占用的频率范围(频带)是相同的。
图3-8 TDME1的时分复用帧
例如,E1时分复用帧的长度为T=125μs(8kHz取样频率的周期长度),在这个125μs时间长度中再划分为32个相等的时隙,各时隙的编号为CH0~CH31。时隙CH0中的数据信号用作收发之间的帧同步,时隙CH16用来传送信令(如用户的拨号命令)。供用户传送数据的话路时隙为CH1~CH15和CH17~CH31,共30个时隙。每个时隙传送8bit数据,因此32个时隙共用了32×8bit=256bit数据。时分复用帧的周期T=125μs,因此每秒需传送8000帧每秒需传送的bit数(即码速率bit/s)为256bit×8000帧=2.048Mbit/s。
北美和日本使用的T1系统共设有24个话音通道。每个话音通道用7bit量化编码,然后再加上1bit信令码,因此一个话路也占用8bit。帧同步码是在24路的编码之后再加上1bit,这样每帧共有24路×8bit+1bit=193bit,复用帧的周期T也为125μs(即取样频率8kHz的周期),因此T1每秒传送的码速率=193bit×8000Hz=1.544Mbit/s。这个码率又称为一次群的数据率。
当需要更多的信道复用时,可采用复用方法获得更高的数据率。例如,4个一次群可构成一个二次群,这个二次群的数据率比4个一次群数据率的总和还要多一些。表3-1是数据传输系统高次群的话路数及数据率。
表3-1 数据传输系统高次群的话路数及数据率(www.daowen.com)
频分复用和时分复用各有自己的特点。频分复用系统较简单,用户分配到规定的带宽后,自始至终都占有这个频带宽度。当复用的用户数增加时,通信信道的总带宽也应相随增宽。例如,每个标准话路的带宽是4kHz(3.1kHz信号带宽+两边的隔离防护带宽),那么1000个用户使用频分复用时,需占用的总带宽为1000×4kHz=4MHz(注意:这里的“带宽”指的是频带宽度而不是指的数据发送速率)。
时分复用的原理是将时间划分为一段段等长时间的复用帧(TDM帧)。每个用户通道在每个TDM帧中占有固定序号的时隙,图3-9是频分复用与时分复用的区别。时分复用中的A、B、C、D每个用户所占的时间间隙(用户数据包)是不连续的周期性地出现。
因此TDM信号也称为等时(Isochro-nous)信号。例如,每个时分复用帧的时间长度T都是125μs,如果有1000个用户通道进行时分复用时,那么每个用户通道分配到的时隙宽度为125/1000μs,即0.125μs。需要采用时隙宽度非常窄的脉冲信号,脉冲信号越窄所占的频谱宽度也会越宽。因此,复用的用户越多,每个用户分配到的时隙宽度也越小,数据编码脉冲的宽度也越窄,数据码速率也越高,要求传输系统的带宽也越大。与频分复用相比,时分复用更有利于数字信号的传输。
图3-9 频分复用与时分复用的区别
a)频分复用 b)时分复用
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