多路復(fù)用技術(shù)的綜述

1、多路復(fù)用技術(shù)的綜述現(xiàn)代社會(huì)科學(xué)技術(shù)飛速發(fā)展，各種技術(shù)之間相互依賴(lài)、相互促進(jìn)。計(jì)算機(jī)和集成電路的 出現(xiàn)為整個(gè)科技的發(fā)展提供了強(qiáng)有力的推進(jìn)器，而大量計(jì)算機(jī)之間的交流需要依靠網(wǎng)絡(luò)的 連接，因此網(wǎng)絡(luò)間的通信傳輸就顯得尤為重要。計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)是地理上分散的多臺(tái)獨(dú)立自主的的計(jì)算機(jī)遵循約定的通信協(xié)議，通過(guò)軟、 硬件互連以實(shí)現(xiàn)交互通信、資源共享、信息交換、協(xié)同工作以及在線處理等功能的系統(tǒng)。網(wǎng) 絡(luò)間傳遞的信息主要是依靠數(shù)據(jù)的傳輸和交換，隨著全球網(wǎng)絡(luò)技術(shù)的應(yīng)用和推廣，不同實(shí) 體之間的數(shù)據(jù)傳輸就顯得尤為重要。為了更為有效地利用傳輸系統(tǒng)，人們希望通過(guò)同時(shí)攜 帶多個(gè)信號(hào)來(lái)高效率地使用傳輸介質(zhì)，這就是多路復(fù)用技術(shù)。配置多路復(fù)

2、用線路有許多種 不同方法，多路復(fù)用器的類(lèi)型也各異，常用的有頻分多路復(fù)用(FDM)、時(shí)分多路復(fù)用(TDM)、 波分多路復(fù)用(WDM)、碼分多路復(fù)用(CDM)等。本文就是就多路復(fù)用技術(shù)的主要分類(lèi)、 方法以及應(yīng)用領(lǐng)域等做一簡(jiǎn)單介紹。首先來(lái)說(shuō)說(shuō)為什么要采用多路復(fù)用技術(shù)。一是通信工程中用于通信線路架設(shè)的費(fèi)用相當(dāng) 高，需要充分利用通信線路的容量；而是網(wǎng)絡(luò)中傳輸介質(zhì)的傳輸容量都會(huì)超過(guò)單一信道傳輸 的通信量。為了充分利用傳輸介質(zhì)的帶寬，需要在一條物理線路上建立多條通信信道。另外，多路復(fù)用最常用的兩個(gè)設(shè)備是：一、多路復(fù)用器，在發(fā)送端根據(jù)約定規(guī)則把多個(gè) 低帶寬信號(hào)復(fù)合成一個(gè)高帶寬信號(hào)；二、多路分配器，根據(jù)約定規(guī)則

3、再把高帶寬信號(hào)分解為 多個(gè)低帶寬信號(hào)。這兩種設(shè)備統(tǒng)稱(chēng)為多路器(MUX)。下面我們?cè)賹?duì)常用的類(lèi)型及其原理做一個(gè)總結(jié)描述。一、頻分多路復(fù)用(FDM)一般的通信系統(tǒng)的信道所能提供的帶寬往往要比傳送一路信號(hào)所需的帶寬寬得多。因 此，如果一條信道只傳輸一路信號(hào)是非常浪費(fèi)的。為了充分利用信道的帶寬，提出了信道 的頻分復(fù)用。頻分復(fù)用就是在發(fā)送端利用不同頻率的載波將多路信號(hào)的頻譜調(diào)制到不同的 頻段，以實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。頻分復(fù)用的多路信號(hào)在頻率上不會(huì)重疊，合并在一起通過(guò)一條信 道傳輸，到達(dá)接收端后可以通過(guò)中心頻率不同的帶通濾波器彼此分離開(kāi)來(lái)。它的基本原理 是在一條通信線路上設(shè)置多個(gè)信道，每路信道的信號(hào)以不同的載波頻

4、率進(jìn)行調(diào)制，各路信道 的載波頻率互不重疊，這樣一條通信線路就可以同時(shí)傳輸多路信號(hào)。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(kāi)，并分別與各路的載 波f1(t)，f2(t)，fn(t)相乘，實(shí)現(xiàn)

5、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。前群， 又稱(chēng)3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1224千赫的前群信號(hào)?；?，又稱(chēng)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。超群，又稱(chēng)60路群。它由 5個(gè)基群經(jīng)變頻后組成。各

6、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312552千赫的超群信號(hào)。主群，又稱(chēng)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 8122044千赫的主群信號(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。而且傳統(tǒng)的頻分復(fù)用典型的應(yīng)用莫過(guò)于調(diào)頻廣播和廣電

7、HFC網(wǎng) 絡(luò)電視信號(hào)的傳輸了。在電視信號(hào)傳輸中不管是模擬電視信號(hào)還是數(shù)字電視信號(hào)都是如此， 因?yàn)閷?duì)于數(shù)字電視信號(hào)而言，盡管在每一個(gè)頻道(8 MHz )以內(nèi)是時(shí)分復(fù)用傳輸?shù)?，但各個(gè)頻 道之間仍然是以頻分復(fù)用的方式傳輸?shù)摹６?、時(shí)分多路復(fù)用(TDM)時(shí)分多路復(fù)用是以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象，通過(guò)多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的 方法來(lái)實(shí)現(xiàn)，因此時(shí)分多路復(fù)用更適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。它又分為同步時(shí)分多路復(fù)用和統(tǒng) 計(jì)時(shí)分多路復(fù)用。若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過(guò)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)

8、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(chēng)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

9、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(lái)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(lái)細(xì)分。在寬帶局域網(wǎng)絡(luò)中 可以使用這種混合技術(shù)。時(shí)分復(fù)用技術(shù)與頻分復(fù)用技術(shù)一樣，有著非常廣泛的應(yīng)用，電話就是其中最經(jīng)典的例 子，此外時(shí)分復(fù)用技術(shù)在廣電也同樣取得了廣泛地應(yīng)用，如SDH，ATM，IP和HFC網(wǎng)絡(luò) 中CM與CMTS的通信都是利用了時(shí)分復(fù)用的技術(shù)。三、波分多路復(fù)用(WDM)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

10、各路波長(zhǎng)分解出來(lái)。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。四、碼分多路復(fù)用(CDM)碼分多路復(fù)用也是一種共享信道的方法，每個(gè)用戶可在同一時(shí)間使用同樣的頻帶進(jìn)行通 信，但使用的是基于碼型的分割信道的方法，即每個(gè)用戶分配一個(gè)地址碼，各個(gè)碼型互不重又 疊,通信各方之間不會(huì)相互干擾，且抗干攏能力強(qiáng).碼分多路復(fù)用技術(shù)主要用于無(wú)線通信系統(tǒng)， 特別是移動(dòng)通信系統(tǒng).它不僅可以提高通信的話音質(zhì)量和數(shù)據(jù)傳輸?shù)目煽啃砸约皽p少干擾對(duì) 通信的影響，而且增大了通信系統(tǒng)的容量.筆記本電腦或

11、個(gè)人數(shù)字助理(Personal Data Assistant, PDA)以及掌上電腦(Handed Personal COmputer,HPC)等移動(dòng)性計(jì)算機(jī)的聯(lián)網(wǎng)通信就是使用了 這種技術(shù)。CDMA是近年來(lái)在數(shù)字移動(dòng)通信進(jìn)程中出現(xiàn)的一種先進(jìn)的無(wú)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(wàn)，我國(guó)也在北京、上海等城市開(kāi)通了 CDMA電話網(wǎng)。另外還有一種較為不常用的多路復(fù)用技術(shù)是空分多址技術(shù)(SDMA)也稱(chēng)為多光束頻率 復(fù)用，它通過(guò)標(biāo)記不同方位的相同頻率的天線光束來(lái)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。在這里，就只做