时分复用技术在通信领域的应用及优化方法

数字技术的最大优点之一是便于有效地利用传输线路，在一对传输线路上可同时传送很多路数字基带信号（称为信道复用）。时分复用（Time Division Multiplex，TDM）的原理是将多路音视频PCM脉冲编码信号在规定的时间长度内，把PCM信号打包（Package）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4-7所示。

不难看出，时分复用是所有的用户不在同一时间内占用共享的公共通道，而采用分配不同时隙的专用通道，因而不会发生干扰。从频域来看，大家所占用的频带宽度是相同的。

例如，E1时分复用帧的长度为T=125μs（即取样频率f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通道，时隙CH16用来传送信令（如用户的拨号命令）通道。供用户传送数据的话路时隙（通道）为CH1～CH15和CH17～CH31，共30个时隙（通道）。每个时隙传送8bit数据，因此32个时隙共用了32×8bit=256bit。时分复用帧的周期T=125μs，因此每秒需传送8000帧，每秒需传送的码率为：256bit×8000帧=2.048Mbit/s。

图4-7 TDME1的时分复用帧

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编码，然后再加上1位信令码元，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24×8bit+1bit=193bit，复用帧的周期T也为125μs（即取样频率8kHz的周期），因此T1每秒传送的码率=193bit×8000Hz=1.544Mbit/s。这个码率又称为一次群的数据率。(www.xing528.com)

需要更高的数据率时，可采用多次群复用的方法传输。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略多一些。表4-1是数据传输系统高次群的话路数及数据率。

表4-1 数据传输系统高次群的话路数及数据率

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随之增宽。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，需占用的线路总带宽为1000×4kHz=4MHz。

图4-8是频分复用与时分复用的区别。时分复用将时间划分为一段段等长时间的复用帧（TDM帧）。每个用户在每个TDM帧中占有固定序号的时隙，如图4-8b中的A、B、C、D，每个用户所占的时间间隙是不连续地、周期性地出现的。因此TDM信号也称为等时（Isochronous）信号。例如，每个时分复用帧的时间长度T都是125μs固定的，如果有1000个用户进行时分复用，那么每个用户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取样脉冲信号，这样所占的频谱宽度也会展宽。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，编码的速率也越高，要求传输系统的网络带宽也越大。与频分复用相比，时分复用更有利于数字信号的传输。