復用技術

頻復 () 頻復按頻譜划，基號調製頻譜。頻譜疊，即頻率正交，但在時間上是重疊的，可以同時在一個通道內傳輸。在頻分復用系統中，發送端的各路信號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，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塊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群，稱群。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，稱群。群頻組。各群頻載頻，，，千赫。取，頻譜 ～千赫基群號。基群頻組。

③超群，又稱60路群。它由5個基群經變頻后組成。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。頻分復用的優點是通道復用率高，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應用。

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，也即將一條物理通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佔用，而不像FDM那樣，同一時間同時發送多路信號。這樣，利用每個信號在時間上的交叉，就可以在一條物理通道上傳輸多個數字信號。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,那麼一條容量達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，非同步時分多路復用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字信號，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。

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。光源輸出的光信號帶寬為40nm，在此寬頻基礎上可實現多個通道感測器的大規模復用。

光通信是由光來運載信號進行傳輸的方式。在光通信領域，人們習慣按波長而不是按頻率來命名。因此，所謂的波分復用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)其本質上也是頻分復用而已。

WDM是在1根光纖上承載多個波長(通道)系統，將1根光纖轉換為多條“虛擬”纖，當然每條虛擬纖獨立工作在不同波長上，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。由於WDM系統技術的經濟性與有效性，使之成為當前光纖通信網路擴容的主要手段。波分復用技術作為一種系統概念，通常有3種復用方式，即1 310 nm和1 550 nm波長的波分復用、粗波分復用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing)和密集波分復用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)。

(1)1310nm和1550nm波長的波分復用

這種復用技術在20世紀70年代初時僅用兩個波長：1 310 nm窗口一個波長，1 550 nm窗口一個波長，利用WDM技術實現單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分復用的使用情況。

(2)粗波分復用

繼在骨幹網及長途網路中應用后，波分復用技術也開始在城域網中得到使用，主要指的是粗波分復用技術。CWDM使用1 200~1 700 nm的寬窗口，目前主要應用波長在1 550 nm的系統中，當然1 310 nm波長的波分復用器也在研製之中。粗波分復用(大波長間隔)器相鄰通道的間距一般≥20 nm，它的波長數目一般為4波或8波，最多16波。當復用的通道數為16或者更少時，由於CWDM系統採用的DFB激光器不需要冷卻，在成本、功耗要求和設備尺寸方面，CWDM系統比DWDM系統更有優勢，CWDM越來越廣泛地被業界所接受。CWDM無需選擇成本昂貴的密集波分解復用器和“光放”EDFA，只需採用便宜的多通道激光收發器作為中繼，因而成本大大下降。如今，不少廠家已經能夠提供具有2~8個波長的商用CWDM系統，它適合在地理範圍不是特別大、數據業務發展不是非常快的城市使用。

(3)密集波分復用

密集波分復用技術(DWDM)可以承載8～160個波長，而且隨著DWDM技術的不斷發展，其分波波數的上限值仍在不斷地增長，間隔一般≤1.6 nm，主要應用於長距離傳輸系統。在所有的DWDM系統中都需要色散補償技術(克服多波長系統中的非線性失真——四波混頻現象)。在16波DWDM系統中，一般採用常規色散補償光纖來進行補償，而在40波DWDM系統中，必須採用色散斜率補償光纖補償。DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長同時進行組合和傳輸，為了保證有效傳輸，一根光纖轉換為多根虛擬光纖。目前，採用DWDM技術，單根光纖可以傳輸的數據流量高達400 Gbit/s，隨著廠商在每根光纖中加入更多通道，每秒太位的傳輸速度指日可待。

碼分多址（CDMA，Code－DivisionMultiple Access）通信系統中，不同用戶傳輸信息所用的信號不是靠頻率不同或時隙不同來區分，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通道中引入了雜訊和干擾，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，需要設置相應的通道。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通道都靠採用不同的碼型來區分。類似的通道屬於邏輯通道，這些邏輯通道無論從頻域或者時域來看都是相互重疊的，或者說它們均佔用相同的頻段和時間　數據通信系統或計算機網路系統中，傳輸媒體的帶寬或容量往往超過傳輸單一信號的需求，為了有效地利用通信線路，希望一個通道同時傳輸多路信號，這就是所謂的多路復用技術(MultiplexiI1g)。採用多路復用技術能把多個信號組合起來在一條物理通道上進行傳輸，在遠距離傳輸時可大大節省電纜的安裝和維護費用。頻分多路復用FDM (Frequency Division Multiplexing)和時分多路復用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是兩種最常用的多路復用技術。

CDMA是碼分多址（Code－DivisionMultiple 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。

CDMA最早由美國高通公司推出，近幾年由於技術和市場等多種因素作用得以迅速發展，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。

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，在通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雜訊中；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：

（1）採用了多種分集方式。除了傳統的空間分集外。由於是寬頻傳輸起到了頻率分集的作用，同時在基站和移動台採用了RAKE接收機技術，相當於時間分集的作用。

（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通道數。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的帶寬很大，功率分佈在廣闊的頻譜上，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。這種編五馬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。