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(hào)進(jìn)行通信的方式。各路信號(hào)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(hào)在媒質(zhì)中傳輸，并不致混淆，從而在傳到對(duì)方時(shí)使信號(hào)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(hào)。多路復(fù)用常用的方法有頻分多路復(fù)用和時(shí)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(hào)被調(diào)制在不同的頻譜上。因此它們?cè)陬l譜上不會(huì)重疊，即在頻率上正交，但在時(shí)間上是重疊的，可以同時(shí)在一個(gè)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(hào)m1(t)，m2(t)，…,mn(t)經(jīng)各自的低通濾波器分別對(duì)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(hào)。在接收端，各路的帶通濾波器將各路信號(hào)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(hào),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(guó)際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)(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(gè)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(hào)。

　?、诨?又稱12路群。它由4個(gè)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(hào)?；阂部捎?2個(gè)話路經(jīng)一次變頻后組成。

　?、鄢?又稱60路群。它由5個(gè)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(hào)。

　　④主群，又稱300路群。它由5個(gè)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(hào)。3個(gè)主群可組成 900路的超主群。4個(gè)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(cè)、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(shí)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(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù),也即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用,而不像FDM那樣,同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)。這樣,利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。這種交叉可以是位一級(jí)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(gè)輸入,每個(gè)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(gè)信號(hào)源。該圖描述的時(shí)分多路復(fù)用四M方案,也稱同步(Synchronous)時(shí)分多路復(fù)用TDM,它的時(shí)間片是預(yù)先分配好的,而且是固定不變的,因此各種信號(hào)源的傳輸定時(shí)是同步的。與此相反,異步時(shí)分多路復(fù)用1DM允許動(dòng)態(tài)地分配傳輸媒體的時(shí)間片。

　　時(shí)分多路復(fù)用TDM不僅僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào),也可以同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。另外,對(duì)于模擬信號(hào),有時(shí)可以把時(shí)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(gè)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(shí)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(zhǎng)的光信號(hào)，由于波長(zhǎng)不同，所以各路光信號(hào)互不干擾，最后再用波長(zhǎng)解復(fù)用器將各路波長(zhǎng)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(hào)帶寬為40nm，在此寬帶基礎(chǔ)上可實(shí)現(xiàn)多個(gè)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(hào)不是靠頻率或時(shí)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(hào)的不同波形來區(qū)分。如果從頻域或時(shí)域來觀察，多個(gè)CDMA信號(hào)是互相重疊的。接收機(jī)用相關(guān)器可以在多個(gè)CDMA信號(hào)中選出其中使用預(yù)定碼型的信號(hào)。其它使用不同碼型的信號(hào)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(gè)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(shí)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(shí)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(shí)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(dòng)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(chǎng)對(duì)移動(dòng)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(yíng)成本。

　　CDMA最早由美國(guó)高通公司推出，近幾年由于技術(shù)和市場(chǎng)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(guó)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?hào)的功率比干擾信號(hào)的功率低得多，因此信號(hào)好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利于信號(hào)隱蔽。

　　（4）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(shí)在基站和移動(dòng)臺(tái)采用了RAKE接收機(jī)技術(shù)，相當(dāng)于時(shí)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(gè)系統(tǒng)的容量增大。

　?。?）采用了移動(dòng)臺(tái)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(dòng)臺(tái)通過分集接收多個(gè)基站的信號(hào)，可以減低自身的發(fā)射功率，從而減少了對(duì)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。

　?。?）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(shí)，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(duì)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(gè)重要課題。OCELP是利用碼表矢量量化差值的信號(hào)，并根據(jù)語音激活的程度產(chǎn)生一個(gè)輸出速率可變的信號(hào)。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

　　（1）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(gè)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(jì)時(shí)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(duì)于系統(tǒng)運(yùn)營(yíng)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(gè)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(gè)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(shí)，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(duì)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(shí)，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(gè)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(hào)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(hào)形式，而數(shù)字時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的復(fù)用、解復(fù)簡(jiǎn)單、設(shè)備體積小、耗電省、可靠性高，同時(shí)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(gè)模擬話路可通12～24路50～75Bd低速電報(bào)。一個(gè)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(gè)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(bào)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(gè)射頻波道可同時(shí)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(gè)話路水平上互相轉(zhuǎn)接，而且可在任何一級(jí)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(guó)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(gè)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(guó)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(duì)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(dòng)通信系統(tǒng)（簡(jiǎn)稱3G）的技術(shù)發(fā)展和商用進(jìn)程是近年來全球移動(dòng)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(guó)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(shí)分雙工（TDD）模式，是由中國(guó)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(guó)提出。