基本介紹
- 中文名：多路復用
- 外文名：Multiplexing
- 套用學科：通信
- 分類：波分、頻分、時分、碼分多路復用
定義,舉例說明,多路復用分類,3.1 頻分復用,3.2 時分復用,3.3 波分復用,3.4 碼分多址,3.5 空分多址,技術持點,問題,發展,6.1 由小容量向大容量方向發展,6.2 由模擬向數位化方向發展,6.3 由多路向多業務方向發展,6.4 向系列化、標準化方向發展,6.5 在3G中的套用,
定義
多路復用是指以同一傳輸媒質（線路）承載多路信號進行通信的方式。各路信號在送往傳輸媒質以前，需按一定的規則進行調製，以利於各路已調信號在媒質中傳輸，並不致混淆，從而在傳到對方時使信號具有足夠能量，且可用反調製的方法加以區分、恢復成原信號。多路復用常用的方法有頻分多路復用和時分多路復用，碼分多路復用的套用也在不斷擴大。
舉例說明
舉個例最簡單的例子：
從A地到B地
坐公交2塊。打車要20塊
為什麼坐公交便宜呢
這裡所講的就是“多路復用”的原理。
多路復用分類
3.1 頻分復用
(FDM) 頻分復用按頻譜劃分信道，多路基帶信號被調製在不同的頻譜上。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傳輸。在頻分復用系統中，傳送端的各路信號m1(t)，m2(t)，…,mn(t)經各自的低通濾波器分別對各路載波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)進行調製,再由各路帶通濾波器濾出相應的邊帶（載波電話通常採用單邊帶調製），相加後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，並分別與各路的載波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)相乘，實現相干解調,便可恢復各路信號,實現頻分多路通信。
為了構造大容量的頻分復用設備，現代大容量載波系列的頻譜是按模組結構由各種基礎群組合而成。根據國際電報電話諮詢委員會(CCITT)建議,基礎群分為前群、基群、超群和主群。
①前群，又稱3路群。它由3個話路經變頻後組成。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個前群經變頻後組成。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。基群也可由12個話路經一次變頻後組成。
③超群,又稱60路群。它由5個基群經變頻後組成。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個超群經變頻後組成。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。
頻分復用的優點是信道復用率高，允許復用路數多，分路也很方便。
因此，頻分復用已成為現代模擬通信中最主要的一種復用方式，在模擬式遙測、有線通信、微波接力通信和衛星通信中得到廣泛套用。
3.2 時分復用
若媒體能達到的位傳輸速率超過傳輸數據所需的數據傳輸速率,則可採用時分多路復用TDM技術,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。每一時間片由復用的一個信號占用,而不像FDM那樣,同一時間同時傳送多路信號。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位訊號。這種交叉可以是位一級的,也可以是由位元組組成的塊或更大的信息組進行交叉。如圖2.12(b)中的多路復用器有8個輸入,每個輸入的數據速率假設為9.616ps,那么一條容量達76.8kbps的線路就可容納8個信號源。該圖描述的時分多路復用四M方案,也稱同步(Synchronous)時分多路復用TDM,它的時間片是預先分配好的,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,異步時分多路復用1DM允許動態地分配傳輸媒體的時間片。
時分多路復用TDM不僅僅局限於傳輸數位訊號,也可以同時交叉傳輸模擬信號。另外,對於模擬信號,有時可以把時分多路復用和頻分多路復用技術結合起來使用。一個傳輸系統,可以頻分成許多條子通道,每條子通道再利用時分多路復用技術來細分。在寬頻區域網路中可以使用這種混合技術。
3.3 波分復用
光的波分多路復用是指在一根光纖中傳輸多種不同波長的光信號，由於波長不同，所以各路光信號互不干擾，最後再用波長解復用器將各路波長分解出來。所選器件應具有靈敏度高、穩定性好、抗電磁干擾、功耗小、體積小、重量輕、器件可替換性強等優點。光源輸出的光信號頻寬為40nm，在此寬頻基礎上可實現多個通道感測器的大規模復用。
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分，而是用各自不同的編碼序列來區分，或者說，靠信號的不同波形來區分。如果從頻域或時域來觀察，多個CDMA信號是互相重疊的。接收機用相關器可以在多個CDMA信號中選出其中使用預定碼型的信號。其它使用不同碼型的信號因為和接收機本地產生的碼型不同而不能被解調。它們的存在類似於在信道中引入了噪聲和干擾，通常稱之為多址干擾。
在CDMA蜂窩通信系統中，用戶之間的信息傳輸是由基站進行轉發和控制的。為了實現雙工通信，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，除去傳輸業務信息外，還必須傳送相應的控制信息。為了傳送不同的信息，需要設定相應的信道。但是，CDMA通信系統既不分頻道又不分時隙，無論傳送何種信息的信道都靠採用不同的碼型來區分。 類似的信道屬於邏輯信道，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。
更為詳細的、更為系統的介紹
CDMA是碼分多址（Code Division Multiple Access）技術的縮寫，是近年來在數字移動通信進程中出現的一種先進的無線擴頻通信技術，它能夠滿足市場對移動通信容量和品質的高要求，具有頻譜利用率高、話音質量好、保密性強、掉話率低、電磁輻射小、容量大、覆蓋廣等特點，可以大量減少投資和降低運營成本。
3.5 空分多址
空分多址 空分多址(SDMA)，也稱為多光束頻率復用。它通過標記不同方位的相同頻率的天線光束來進行頻率的復用。
SDMA系統可使系統容量成倍增加，使得系統在有限的頻譜內可以支持更多的用戶，從而成倍的提高頻譜使用效率。
技術持點
1．CDMA是擴頻通信的一種，他具有擴頻通信的以下特點：
（1）抗干擾能力強。這是擴頻通信的基本特點，是所有通信方式無法比擬的。
（2）寬頻傳輸，抗衰落能力強。
（3）由於採用寬頻傳輸，在信道中傳輸的有用信號的功率比干擾信號的功率低得多，因此信號好像隱蔽在噪聲中；即功率話密度比較低，有利於信號隱蔽。
（4）利用擴頻碼的相關性來獲取用戶的信息，抗截獲的能力強。
2．在擴頻CDMA通信系統中，由於採用了新的關鍵技術而具有一些新的特點：
（2）採用了話音激活技術和扇區化技術。因為CDMA系統的容量直接與所受的干擾有關，採用話音激活和扇區化技術可以減少干擾，可以使整個系統的容量增大。
（3）採用了移動台輔助的軟切換。通過它可以實現無縫切換，保證了通話的連續性，減少了掉話的可能性。處於切換區域的移動台通過分集接收多個基站的信號，可以減低自身的發射功率，從而減少了對周圍基站的干擾，這樣有利於提高反向聯路的容量和覆蓋範圍。
（4）採用了功率控制技術，這樣降低了平準發射功率。
（5）具有軟容量特性。可以在話務量高峰期通過提高誤幀率來增加可以用的信道數。當相鄰小區的負荷一輕一重時，負荷重的小區可以通過減少導頻的發射功率，使本小區的邊緣用戶由於導頻強度的不足而切換到相臨小區，使負擔分擔。
（6）兼容性好。由於CDMA的頻寬很大，功率分布在廣闊的頻譜上，功率話密度低，對窄帶模擬系統的干擾小，因此兩者可以共存。即兼容性好。
（7）COMA的頻率利用率高，不需頻率規劃，這也是CDMA的特點之一。
（8）CDMA高效率的OCELP話音編碼。話音編碼技術是數字通信中的一個重要課題。OCELP是利用碼錶矢量量化差值的信號，並根據語音激活的程度產生一個輸出速率可變的信號。這種編碼方式被認為是目前效率最高的編碼技術，在保證有較好話音質量的前提下，大大提高了系統的容量。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，話音質量也有了明顯的提高。
問題
（1）在小區的規劃問題上，雖然CDMA無需頻率規劃，但它的小區規劃卻並非十分容易。由於所有的基站都使用同一個頻率，相互之間是存在干擾的，如果小區規劃做得不好，將直接影響話音質量和使系統容量打折扣，因而在進行站距、天線高度等方面的設計時應當小心謹慎。
（2）其次，在標準的問題上，CDMA的標準並不十分完善。許多標準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。因此對於系統運營商來說，選擇統一的A接口是比較困難的。
（3）由於功率控制的誤差所導致的系統容量的減少。
發展
傳輸系統覆蓋著整個電信網，連線著所有用戶，投資很大。為儘量降低成本，以多路復用手段不斷挖掘傳輸系統的潛力，擴大容量，降低傳輸系統的成本是一個重要途徑。在通信發展的過程中，無論是有線或無線傳輸系統，在不斷開發新的傳輸媒質的同時，多路復用技術也隨之不斷發展，並得到了顯著的經濟效益。
6.1 由小容量向大容量方向發展
早期市話中繼線僅通單路電話。20世紀60年代初，每對市話中繼線發展為可傳輸24路或30路PCM的系統。原有用戶線僅可通電話，當發展至窄帶綜合業務數字同時，則可加裝線路終端（LT）和網終端（NT）設備，用以雙向傳輸144kbit/s電話和非話信息。同軸電纜系統，在充分利用原有傳輸媒質基礎上，改進和增加增音站，即可由1 800路擴容為4 380路以至上萬路。無線傳輸系統，由短波、特高頻發展到微波，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。語言壓縮編碼技術的進步，使32kbit/s數字電話的傳輸質量達到原64kbit/s話音信號的水平，從而可使64kbit/s系統的容量加倍。
6.2 由模擬向數位化方向發展
由於電話以及其他模擬非話信息，均可轉變為數位訊號形式，而數字時分復用系統的復用、解復簡單、設備體積小、耗電省、可靠性高，同時光纖傳輸系統的出現以及數字微波新調製技術、自適應抗衰落措施的實用化，為大容量數字復用系統的套用，創造了廣闊的途徑和突出的重要地位。
6.3 由多路向多業務方向發展
非話業務不斷呈現多樣化，需求速度日益加快，因而多路復用的概念也擴展至多業務復用領域。
1. 話路復用
一個模擬話路可通12～24路50～75Bd低速電報。一個64kbit/s PCM活路可通數十路1 200bit/s及2 400bit/s數據業務，以及在一個話路頻寬內，以較寬的低頻段通電話，以較窄的高頻段通移頻電報等。
2. 高頻波道分割復用
在地面微波接力通信及衛星通信傳輸系統中，一個射頻波道可同時傳送多路載波電話和電視節目等。
3. 插入行復用
用圖像處理技術可以在現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、標準化方向發展
傳輸媒質的多樣化和通信網的不斷發展，要求多路復用設備的系列化，標準化，即不但要求能在一個話路水平上互相轉接，而且可在任何一級的高次群的載波設備或PCM設備上進行轉接。然而在國際上，模擬傳輸系統中的載波多路復用方案不盡相同，脈碼調製的數字復用體制也存在北美、歐洲與日本三個系列，互不兼容，造成互通的困難。為此CCITT建議提出了適合於光纖、微波和衛星傳輸的技術體制——同步數字系列（SDH），把PCM的數字系列規範化，以便在國際上實現系統間互聯與轉接。此外，模擬系統與數字系統的轉接也要求有對應接口容量和專用的復用制式轉換設備。
