多路復(fù)用

定義

　　多路復(fù)用是指以同一傳輸媒質(zhì)（線路）承載多路信號進(jìn)行通信的方式。各路信號在送往傳輸媒質(zhì)以前，需按一定的規(guī)則進(jìn)行調(diào)制，以利于各路已調(diào)信號在媒質(zhì)中傳輸，并不致混淆，從而在傳到對方時使信號具有足夠能量，且可用反調(diào)制的方法加以區(qū)分、恢復(fù)成原信號。多路復(fù)用常用的方法有頻分多路復(fù)用和時分多路復(fù)用，碼分多路復(fù)用的應(yīng)用也在不斷擴(kuò)大。

多路復(fù)用分類

　　3.1 頻分復(fù)用

　　(FDM) 頻分復(fù)用按頻譜劃分信道，多路基帶信號被調(diào)制在不同的頻譜上。因此它們在頻譜上不會重疊，即在頻率上正交，但在時間上是重疊的，可以同時在一個信道內(nèi)傳輸。在頻分復(fù)用系統(tǒng)中，發(fā)送端的各路信號m1(t)，m2(t)，…,mn(t)經(jīng)各自的低通濾波器分別對各路載波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)進(jìn)行調(diào)制,再由各路帶通濾波器濾出相應(yīng)的邊帶（載波電話通常采用單邊帶調(diào)制），相加后便形成頻分多路信號。在接收端，各路的帶通濾波器將各路信號分開，并分別與各路的載波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)相乘，實(shí)現(xiàn)相干解調(diào),便可恢復(fù)各路信號,實(shí)現(xiàn)頻分多路通信。

　　為了構(gòu)造大容量的頻分復(fù)用設(shè)備，現(xiàn)代大容量載波系列的頻譜是按模塊結(jié)構(gòu)由各種基礎(chǔ)群組合而成。根據(jù)國際電報電話咨詢委員會(CCITT)建議,基礎(chǔ)群分為前群、基群、超群和主群。

　?、偾叭海址Q3路群。它由3個話路經(jīng)變頻后組成。各話路變頻的載頻分別為12，16，20千赫。取上邊帶，得到頻譜為12～24千赫的前群信號。

　　②基群,又稱12路群。它由4個前群經(jīng)變頻后組成。各前群變頻的載頻分別為84，96，108，120千赫。取下邊帶，得到頻譜為 60～108千赫的基群信號?；阂部捎?2個話路經(jīng)一次變頻后組成。

　?、鄢?又稱60路群。它由5個基群經(jīng)變頻后組成。各基群變頻的載頻分別為420，468，516，564，612千赫。取下邊帶,得到頻譜為312～552千赫的超群信號。

　　④主群，又稱300路群。它由5個超群經(jīng)變頻后組成。各超群變頻的載頻分別為1364,1612,1860，2108，2356千赫。取下邊帶,得到頻譜為812～2044千赫的主群信號。3個主群可組成 900路的超主群。4個超主群可組成3600路的巨群。

　　頻分復(fù)用的優(yōu)點(diǎn)是信道復(fù)用率高，允許復(fù)用路數(shù)多，分路也很方便。

　　因此，頻分復(fù)用已成為現(xiàn)代模擬通信中最主要的一種復(fù)用方式，在模擬式遙測、有線通信、微波接力通信和衛(wèi)星通信中得到廣泛應(yīng)用。

　　3.2 時分復(fù)用

　　若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率,則可采用時分多路復(fù)用TDM技術(shù),也即將一條物理信道按時間分成若干個時間片輪流地分配給多個信號使用。每一時間片由復(fù)用的一個信號占用,而不像FDM那樣,同一時間同時發(fā)送多路信號。這樣,利用每個信號在時間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。這種交叉可以是位一級的,也可以是由字節(jié)組成的塊或更大的信息組進(jìn)行交叉。如圖2.12(b)中的多路復(fù)用器有8個輸入,每個輸入的數(shù)據(jù)速率假設(shè)為9.616ps,那么一條容量達(dá)76.8kbps的線路就可容納8個信號源。該圖描述的時分多路復(fù)用四M方案,也稱同步(Synchronous)時分多路復(fù)用TDM,它的時間片是預(yù)先分配好的,而且是固定不變的,因此各種信號源的傳輸定時是同步的。與此相反,異步時分多路復(fù)用1DM允許動態(tài)地分配傳輸媒體的時間片。

　　時分多路復(fù)用TDM不僅僅局限于傳輸數(shù)字信號,也可以同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。另外,對于模擬信號,有時可以把時分多路復(fù)用和頻分多路復(fù)用技術(shù)結(jié)合起來使用。一個傳輸系統(tǒng),可以頻分成許多條子通道,每條子通道再利用時分多路復(fù)用技術(shù)來細(xì)分。在寬帶局域網(wǎng)絡(luò)中可以使用這種混合技術(shù)。

　　3.3 波分復(fù)用

　　光的波分多路復(fù)用是指在一根光纖中傳輸多種不同波長的光信號，由于波長不同，所以各路光信號互不干擾，最后再用波長解復(fù)用器將各路波長分解出來。所選器件應(yīng)具有靈敏度高、穩(wěn)定性好、抗電磁干擾、功耗小、體積小、重量輕、器件可替換性強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。光源輸出的光信號帶寬為40nm，在此寬帶基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)多個通道傳感器的大規(guī)模復(fù)用。

　　3.4 碼分多址

　　碼分多址通信原理：

　　碼分多址（CDMA，Code－DivisionMultiple Access）通信系統(tǒng)中，用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率或時隙的不同來區(qū)分，而是用各自不同的編碼序列來區(qū)分，或者說，靠信號的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個CDMA信號中選出其中使用預(yù)定碼型的信號。其它使用不同碼型的信號因?yàn)楹徒邮諜C(jī)本地產(chǎn)生的碼型不同而不能被解調(diào)。它們的存在類似于在信道中引入了噪聲和干擾，通常稱之為多址干擾。

　　在CDMA蜂窩通信系統(tǒng)中，用戶之間的信息傳輸是由基站進(jìn)行轉(zhuǎn)發(fā)和控制的。為了實(shí)現(xiàn)雙工通信，正向傳輸和反向傳輸各使用一個頻率，即通常所謂的頻分雙工。無論正向傳輸或反向傳輸，除去傳輸業(yè)務(wù)信息外，還必須傳送相應(yīng)的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設(shè)置相應(yīng)的信道。但是，CDMA通信系統(tǒng)既不分頻道又不分時隙，無論傳送何種信息的信道都靠采用不同的碼型來區(qū)分。 類似的信道屬于邏輯信道，這些邏輯信道無論從頻域或者時域來看都是相互重疊的，或者說它們均占用相同的頻段和時間。

　　更為詳細(xì)的、更為系統(tǒng)的介紹

　　CDMA是碼分多址（Code Division Multiple Access）技術(shù)的縮寫，是近年來在數(shù)字移動通信進(jìn)程中出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無線擴(kuò)頻通信技術(shù)，它能夠滿足市場對移動通信容量和品質(zhì)的高要求，具有頻譜利用率高、話音質(zhì)量好、保密性強(qiáng)、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點(diǎn)，可以大量減少投資和降低運(yùn)營成本。

　　CDMA最早由美國高通公司推出，近幾年由于技術(shù)和市場等多種因素作用得以迅速發(fā)展，目前全球用戶已突破5000萬，我國也在北京、上海等城市開通了CDMA電話網(wǎng)。

　　3.5 空分多址

　　空分多址　空分多址(SDMA)，也稱為多光束頻率復(fù)用。它通過標(biāo)記不同方位的相同頻率的天線光束來進(jìn)行頻率的復(fù)用。

　　SDMA系統(tǒng)可使系統(tǒng)容量成倍增加，使得系統(tǒng)在有限的頻譜內(nèi)可以支持更多的用戶，從而成倍的提高頻譜使用效率。

技術(shù)持點(diǎn)

　　1．CDMA是擴(kuò)頻通信的一種，他具有擴(kuò)頻通信的以下特點(diǎn)：

　?。?）抗干擾能力強(qiáng)。這是擴(kuò)頻通信的基本特點(diǎn)，是所有通信方式無法比擬的。

　?。?）寬帶傳輸，抗衰落能力強(qiáng)。

　?。?）由于采用寬帶傳輸，在信道中傳輸?shù)挠杏眯盘柕墓β时雀蓴_信號的功率低得多，因此信號好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號隱蔽。

　?。?）利用擴(kuò)頻碼的相關(guān)性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強(qiáng)。

　　2．在擴(kuò)頻CDMA通信系統(tǒng)中，由于采用了新的關(guān)鍵技術(shù)而具有一些新的特點(diǎn)：

　?。?）采用了多種分集方式。除了傳統(tǒng)的空間分集外。由于是寬帶傳輸起到了頻率分集的作用，同時在基站和移動臺采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，相當(dāng)于時間分集的作用。

　?。?）采用了話音激活技術(shù)和扇區(qū)化技術(shù)。因?yàn)镃DMA系統(tǒng)的容量直接與所受的干擾有關(guān)，采用話音激活和扇區(qū)化技術(shù)可以減少干擾，可以使整個系統(tǒng)的容量增大。

　?。?）采用了移動臺輔助的軟切換。通過它可以實(shí)現(xiàn)無縫切換，保證了通話的連續(xù)性，減少了掉話的可能性。處于切換區(qū)域的移動臺通過分集接收多個基站的信號，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利于提高反向聯(lián)路的容量和覆蓋范圍。

　?。?）采用了功率控制技術(shù)，這樣降低了平準(zhǔn)發(fā)射功率。

　　（5）具有軟容量特性?？梢栽谠拕?wù)量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的信道數(shù)。當(dāng)相鄰小區(qū)的負(fù)荷一輕一重時，負(fù)荷重的小區(qū)可以通過減少導(dǎo)頻的發(fā)射功率，使本小區(qū)的邊緣用戶由于導(dǎo)頻強(qiáng)度的不足而切換到相臨小區(qū)，使負(fù)擔(dān)分擔(dān)。

　?。?）兼容性好。由于CDMA的帶寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話密度低，對窄帶模擬系統(tǒng)的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。

　?。?）COMA的頻率利用率高，不需頻率規(guī)劃，這也是CDMA的特點(diǎn)之一。

　?。?）CDMA高效率的OCELP話音編碼。話音編碼技術(shù)是數(shù)字通信中的一個重要課題。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號，并根據(jù)語音激活的程度產(chǎn)生一個輸出速率可變的信號。這種編碼方式被認(rèn)為是目前效率最高的編碼技術(shù)，在保證有較好話音質(zhì)量的前提下，大大提高了系統(tǒng)的容量。這種聲碼器具有8kbit/S和13kbit/S兩種速率的序列。8kbit/S序列從1.2kbit/s到9.6kbit/s可變，13kbit/S序列則從1.8kbt/s到14.4kbt/S可變。最近，又有一種8kbit/sEVRC型編碼器問世，也具有8kbit/s聲碼器容量大的特點(diǎn)，話音質(zhì)量也有了明顯的提高。

問題

　?。?）在小區(qū)的規(guī)劃問題上，雖然CDMA無需頻率規(guī)劃，但它的小區(qū)規(guī)劃卻并非十分容易。由于所有的基站都使用同一個頻率，相互之間是存在干擾的，如果小區(qū)規(guī)劃做得不好，將直接影響話音質(zhì)量和使系統(tǒng)容量打折扣，因而在進(jìn)行站距、天線高度等方面的設(shè)計時應(yīng)當(dāng)小心謹(jǐn)慎。

　?。?）其次，在標(biāo)準(zhǔn)的問題上，CDMA的標(biāo)準(zhǔn)并不十分完善。許多標(biāo)準(zhǔn)都仍在研究制定之中。如A接口，目前各廠家有的提供IS一634版本0，有的支持Is－634版本。還有的使用Is－634/TSB－80。因此對于系統(tǒng)運(yùn)營商來說，選擇統(tǒng)一的A接口是比較困難的。

　?。?）由于功率控制的誤差所導(dǎo)致的系統(tǒng)容量的減少。

發(fā)展

　　傳輸系統(tǒng)覆蓋著整個電信網(wǎng)，連接著所有用戶，投資很大。為盡量降低成本，以多路復(fù)用手段不斷挖掘傳輸系統(tǒng)的潛力，擴(kuò)大容量，降低傳輸系統(tǒng)的成本是一個重要途徑。在通信發(fā)展的過程中，無論是有線或無線傳輸系統(tǒng)，在不斷開發(fā)新的傳輸媒質(zhì)的同時，多路復(fù)用技術(shù)也隨之不斷發(fā)展，并得到了顯著的經(jīng)濟(jì)效益。

　　6.1 由小容量向大容量方向發(fā)展

　　早期市話中繼線僅通單路電話。20世紀(jì)60年代初，每對市話中繼線發(fā)展為可傳輸24路或30路PCM的系統(tǒng)。原有用戶線僅可通電話，當(dāng)發(fā)展至窄帶綜合業(yè)務(wù)數(shù)字同時，則可加裝線路終端（LT）和網(wǎng)終端（NT）設(shè)備，用以雙向傳輸144kbit/s電話和非話信息。同軸電纜系統(tǒng)，在充分利用原有傳輸媒質(zhì)基礎(chǔ)上，改進(jìn)和增加增音站，即可由1 800路擴(kuò)容為4 380路以至上萬路。無線傳輸系統(tǒng)，由短波、特高頻發(fā)展到微波，每個射頻波道的通信容量也隨之由幾路增加到幾百路乃至幾千路。語言壓縮編碼技術(shù)的進(jìn)步，使32kbit/s數(shù)字電話的傳輸質(zhì)量達(dá)到原64kbit/s話音信號的水平，從而可使64kbit/s系統(tǒng)的容量加倍。

　　6.2 由模擬向數(shù)字化方向發(fā)展

　　由于電話以及其他模擬非話信息，均可轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號形式，而數(shù)字時分復(fù)用系統(tǒng)的復(fù)用、解復(fù)簡單、設(shè)備體積小、耗電省、可靠性高，同時光纖傳輸系統(tǒng)的出現(xiàn)以及數(shù)字微波新調(diào)制技術(shù)、自適應(yīng)抗衰落措施的實(shí)用化，為大容量數(shù)字復(fù)用系統(tǒng)的應(yīng)用，創(chuàng)造了廣闊的途徑和突出的重要地位。

　　6.3 由多路向多業(yè)務(wù)方向發(fā)展

　　非話業(yè)務(wù)不斷呈現(xiàn)多樣化，需求速度日益加快，因而多路復(fù)用的概念也擴(kuò)展至多業(yè)務(wù)復(fù)用領(lǐng)域。

　　1. 話路復(fù)用

　　一個模擬話路可通12～24路50～75Bd低速電報。一個64kbit/s PCM活路可通數(shù)十路1 200bit/s及2 400bit/s數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及在一個話路帶寬內(nèi)，以較寬的低頻段通電話，以較窄的高頻段通移頻電報等。

　　2. 高頻波道分割復(fù)用

　　在地面微波接力通信及衛(wèi)星通信傳輸系統(tǒng)中，一個射頻波道可同時傳送多路載波電話和電視節(jié)目等。

　　3. 插入行復(fù)用

　　用圖像處理技術(shù)可以在現(xiàn)有電視圖像中插入圖文廣播信息，而不影響收看電視等。

　　6.4 向系列化、標(biāo)準(zhǔn)化方向發(fā)展

　　傳輸媒質(zhì)的多樣化和通信網(wǎng)的不斷發(fā)展，要求多路復(fù)用設(shè)備的系列化，標(biāo)準(zhǔn)化，即不但要求能在一個話路水平上互相轉(zhuǎn)接，而且可在任何一級的高次群的載波設(shè)備或PCM設(shè)備上進(jìn)行轉(zhuǎn)接。然而在國際上，模擬傳輸系統(tǒng)中的載波多路復(fù)用方案不盡相同，脈碼調(diào)制的數(shù)字復(fù)用體制也存在北美、歐洲與日本三個系列，互不兼容，造成互通的困難。為此CCITT建議提出了適合于光纖、微波和衛(wèi)星傳輸?shù)募夹g(shù)體制——同步數(shù)字系列（SDH），把PCM的數(shù)字系列規(guī)范化，以便在國際上實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)間互聯(lián)與轉(zhuǎn)接。此外，模擬系統(tǒng)與數(shù)字系統(tǒng)的轉(zhuǎn)接也要求有對應(yīng)接口容量和專用的復(fù)用制式轉(zhuǎn)換設(shè)備。

　　6.5 在3G中的應(yīng)用

　　第三代移動通信系統(tǒng)（簡稱3G）的技術(shù)發(fā)展和商用進(jìn)程是近年來全球移動通信產(chǎn)業(yè)領(lǐng)域最為關(guān)注的熱點(diǎn)問題之一。目前，國際上最具代表性的3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)有三種，分別是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA屬于時分雙工（TDD）模式，是由中國提出的3G技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)；而 WCDMA和CDMA2000屬于頻分雙工（FDD）模式，WCDMA技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由歐洲和日本提出，CDMA2000技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)由美國提出。