多路复用

定义

　　多路复用是指以同一传输媒质（线路）承载多路信号进行通信的方式。各路信号在送往传输媒质以前，需按一定的规则进行调制，以利于各路已调信号在媒质中传输，并不致混淆，从而在传到对方时使信号具有足够能量，且可用反调制的方法加以区分、恢复成原信号。多路复用常用的方法有频分多路复用和时分多路复用，码分多路复用的应用也在不断扩大。

多路复用分类

　　3.1 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。

　　频分复用的优点是信道复用率高，允许复用路数多，分路也很方便。

　　因此，频分复用已成为现代模拟通信中最主要的一种复用方式，在模拟式遥测、有线通信、微波接力通信和卫星通信中得到广泛应用。

　　3.2 时分复用

　　若媒体能达到的位传输速率超过传输数据所需的数据传输速率,则可采用时分多路复用TDM技术,也即将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号占用,而不像FDM那样,同一时间同时发送多路信号。这样,利用每个信号在时间上的交叉,就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。这种交叉可以是位一级的,也可以是由字节组成的块或更大的信息组进行交叉。如图2.12(b)中的多路复用器有8个输入,每个输入的数据速率假设为9.616ps,那么一条容量达76.8kbps的线路就可容纳8个信号源。该图描述的时分多路复用四M方案,也称同步(Synchronous)时分多路复用TDM,它的时间片是预先分配好的,而且是固定不变的,因此各种信号源的传输定时是同步的。与此相反,异步时分多路复用1DM允许动态地分配传输媒体的时间片。

　　时分多路复用TDM不仅仅局限于传输数字信号,也可以同时交叉传输模拟信号。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。一个传输系统,可以频分成许多条子通道,每条子通道再利用时分多路复用技术来细分。在宽带局域网络中可以使用这种混合技术。

　　3.3 波分复用

　　光的波分多路复用是指在一根光纤中传输多种不同波长的光信号，由于波长不同，所以各路光信号互不干扰，最后再用波长解复用器将各路波长分解出来。所选器件应具有灵敏度高、稳定性好、抗电磁干扰、功耗小、体积小、重量轻、器件可替换性强等优点。光源输出的光信号带宽为40nm，在此宽带基础上可实现多个通道传感器的大规模复用。

　　3.4 码分多址

　　码分多址通信原理：

　　码分多址（CDMA，Code－DivisionMultiple Access）通信系统中，用户传输信息所用的信号不是靠频率或时隙的不同来区分，而是用各自不同的编码序列来区分，或者说，靠信号的不同波形来区分。如果从频域或时域来观察，多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰，通常称之为多址干扰。

　　在CDMA蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输，除去传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，CDMA通信系统既不分频道又不分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分。 类似的信道属于逻辑信道，这些逻辑信道无论从频域或者时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占用相同的频段和时间。

　　更为详细的、更为系统的介绍

　　CDMA是码分多址（Code Division Multiple Access）技术的缩写，是近年来在数字移动通信进程中出现的一种先进的无线扩频通信技术，它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求，具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点，可以大量减少投资和降低运营成本。

　　CDMA最早由美国高通公司推出，近几年由于技术和市场等多种因素作用得以迅速发展，目前全球用户已突破5000万，我国也在北京、上海等城市开通了CDMA电话网。

　　3.5 空分多址

　　空分多址　空分多址(SDMA)，也称为多光束频率复用。它通过标记不同方位的相同频率的天线光束来进行频率的复用。

　　SDMA系统可使系统容量成倍增加，使得系统在有限的频谱内可以支持更多的用户，从而成倍的提高频谱使用效率。

技术持点

　　1．CDMA是扩频通信的一种，他具有扩频通信的以下特点：

　　（1）抗干扰能力强。这是扩频通信的基本特点，是所有通信方式无法比拟的。

　　（2）宽带传输，抗衰落能力强。

　　（3）由于采用宽带传输，在信道中传输的有用信号的功率比干扰信号的功率低得多，因此信号好像隐蔽在噪声中；即功率话密度比较低，有利于信号隐蔽。

　　（4）利用扩频码的相关性来获取用户的信息，抗截获的能力强。

　　2．在扩频CDMA通信系统中，由于采用了新的关键技术而具有一些新的特点：

　　（1）采用了多种分集方式。除了传统的空间分集外。由于是宽带传输起到了频率分集的作用，同时在基站和移动台采用了RAKE接收机技术，相当于时间分集的作用。

　　（2）采用了话音激活技术和扇区化技术。因为CDMA系统的容量直接与所受的干扰有关，采用话音激活和扇区化技术可以减少干扰，可以使整个系统的容量增大。

　　（3）采用了移动台辅助的软切换。通过它可以实现无缝切换，保证了通话的连续性，减少了掉话的可能性。处于切换区域的移动台通过分集接收多个基站的信号，可以减低自身的发射功率，从而减少了对周围基站的干扰，这样有利于提高反向联路的容量和覆盖范围。

　　（4）采用了功率控制技术，这样降低了平准发射功率。

　　（5）具有软容量特性。可以在话务量高峰期通过提高误帧率来增加可以用的信道数。当相邻小区的负荷一轻一重时，负荷重的小区可以通过减少导频的发射功率，使本小区的边缘用户由于导频强度的不足而切换到相临小区，使负担分担。

　　（6）兼容性好。由于CDMA的带宽很大，功率分布在广阔的频谱上，功率话密度低，对窄带模拟系统的干扰小，因此两者可以共存。即兼容性好。

　　（7）COMA的频率利用率高，不需频率规划，这也是CDMA的特点之一。

　　（8）CDMA高效率的OCELP话音编码。话音编码技术是数字通信中的一个重要课题。OCELP是利用码表矢量量化差值的信号，并根据语音激活的程度产生一个输出速率可变的信号。这种编码方式被认为是目前效率最高的编码技术，在保证有较好话音质量的前提下，大大提高了系统的容量。这种声码器具有8kbit/S和13kbit/S两种速率的序列。8kbit/S序列从1.2kbit/s到9.6kbit/s可变，13kbit/S序列则从1.8kbt/s到14.4kbt/S可变。最近，又有一种8kbit/sEVRC型编码器问世，也具有8kbit/s声码器容量大的特点，话音质量也有了明显的提高。

问题

　　（1）在小区的规划问题上，虽然CDMA无需频率规划，但它的小区规划却并非十分容易。由于所有的基站都使用同一个频率，相互之间是存在干扰的，如果小区规划做得不好，将直接影响话音质量和使系统容量打折扣，因而在进行站距、天线高度等方面的设计时应当小心谨慎。

　　（2）其次，在标准的问题上，CDMA的标准并不十分完善。许多标准都仍在研究制定之中。如A接口，目前各厂家有的提供IS一634版本0，有的支持Is－634版本。还有的使用Is－634/TSB－80。因此对于系统运营商来说，选择统一的A接口是比较困难的。

　　（3）由于功率控制的误差所导致的系统容量的减少。

发展

　　传输系统覆盖着整个电信网，连接着所有用户，投资很大。为尽量降低成本，以多路复用手段不断挖掘传输系统的潜力，扩大容量，降低传输系统的成本是一个重要途径。在通信发展的过程中，无论是有线或无线传输系统，在不断开发新的传输媒质的同时，多路复用技术也随之不断发展，并得到了显着的经济效益。

　　6.1 由小容量向大容量方向发展

　　早期市话中继线仅通单路电话。20世纪60年代初，每对市话中继线发展为可传输24路或30路PCM的系统。原有用户线仅可通电话，当发展至窄带综合业务数字同时，则可加装线路终端（LT）和网终端（NT）设备，用以双向传输144kbit/s电话和非话信息。同轴电缆系统，在充分利用原有传输媒质基础上，改进和增加增音站，即可由1 800路扩容为4 380路以至上万路。无线传输系统，由短波、特高频发展到微波，每个射频波道的通信容量也随之由几路增加到几百路乃至几千路。语言压缩编码技术的进步，使32kbit/s数字电话的传输质量达到原64kbit/s话音信号的水平，从而可使64kbit/s系统的容量加倍。

　　6.2 由模拟向数字化方向发展

　　由于电话以及其他模拟非话信息，均可转变为数字信号形式，而数字时分复用系统的复用、解复简单、设备体积小、耗电省、可靠性高，同时光纤传输系统的出现以及数字微波新调制技术、自适应抗衰落措施的实用化，为大容量数字复用系统的应用，创造了广阔的途径和突出的重要地位。

　　6.3 由多路向多业务方向发展

　　非话业务不断呈现多样化，需求速度日益加快，因而多路复用的概念也扩展至多业务复用领域。

　　1. 话路复用

　　一个模拟话路可通12～24路50～75Bd低速电报。一个64kbit/s PCM活路可通数十路1 200bit/s及2 400bit/s数据业务，以及在一个话路带宽内，以较宽的低频段通电话，以较窄的高频段通移频电报等。

　　2. 高频波道分割复用

　　在地面微波接力通信及卫星通信传输系统中，一个射频波道可同时传送多路载波电话和电视节目等。

　　3. 插入行复用

　　用图像处理技术可以在现有电视图像中插入图文广播信息，而不影响收看电视等。

　　6.4 向系列化、标准化方向发展

　　传输媒质的多样化和通信网的不断发展，要求多路复用设备的系列化，标准化，即不但要求能在一个话路水平上互相转接，而且可在任何一级的高次群的载波设备或PCM设备上进行转接。然而在国际上，模拟传输系统中的载波多路复用方案不尽相同，脉码调制的数字复用体制也存在北美、欧洲与日本三个系列，互不兼容，造成互通的困难。为此CCITT建议提出了适合于光纤、微波和卫星传输的技术体制——同步数字系列（SDH），把PCM的数字系列规范化，以便在国际上实现系统间互联与转接。此外，模拟系统与数字系统的转接也要求有对应接口容量和专用的复用制式转换设备。

　　6.5 在3G中的应用

　　第三代移动通信系统（简称3G）的技术发展和商用进程是近年来全球移动通信产业领域最为关注的热点问题之一。目前，国际上最具代表性的3G技术标准有三种，分别是TD-SCDMA、WCDMA和CDMA2000。其中TD-SCDMA属于时分双工（TDD）模式，是由中国提出的3G技术标准；而 WCDMA和CDMA2000属于频分双工（FDD）模式，WCDMA技术标准由欧洲和日本提出，CDMA2000技术标准由美国提出。