多路复用技术(Multiplexing)是用一个信道同时传输多路信号的技术。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,可以有效地利用通信线路。
图2-6 多路复用的示意图
图2-6(a)中,设备A1与A2,设备B1与B2,设备C1与C2进行通信时,分别使用一个独立的信道,因此共需要三个信道。而图2-6(b)中,在发送端采用一个复用器,设备A1,B1,C1可以使用一个信道同时传送数据,只需在接收端采用一个分用器,就能实现A2,B2,C2同时分别接收A1,B1,C1的数据了。
复用技术主要有频分复用、时分复用、波分复用和码分复用。其中频分复用和时分复用是最基本的复用技术。
1.频分多路复用
频分多路复用(FDM)技术是将一个物理信道划分为多个逻辑信道,每个逻辑信道占用一定的频带,多个逻辑信道的频带互不重叠,且有一定宽度的频带间隔,如图2-7所示。在传送多路信号时,每路信号分别调制到不同的逻辑信道上,即每路信号调制到不同的频率范围内。这样,多路信号在传播的时候不会产生相互干扰。在接收端,通过分用器可以将不同频率范围的信号分离出来。频分复用已成为现代模拟通信中最主要的一种复用方式,典型的频分多路复用技术的应用是固定电话,一条中继线可以同时实现传送多达十六对电话的话音传送。
图2-7 频分多路复用的示意图
2.时分多路复用
时分多路复用(TDM)技术是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单独占用,在规定的时间内,多个数字信号都可按要求传输到达,从而实现了一条物理信道上传输多个数字信号,如图2-8所示。但TDM不能像FDM那样,同一时间同时发送多路信号。若媒介所能达到的位传输速率超过传输数据所需的数据传输速率,可采用时分多路复用技术。
图2-8 时分多路复用的示意图
3.波分多路复用
波分多路复用(WDM)技术是在一根光纤中同时传输多路光波信号的技术。在发送端,波分复用将不同波长的多路光波信号复合在一起(即复用),用一条光纤传输,在接收端将复合的光波信号分开(即分用),传送给不同的终端。
在光速一定的情况下,光的波长和频率成反比,将不同波长的光波复合,实际上也是将不同频率的光波复合。光波也是一种电磁波,因此可以说,波分多路复用是一种基于光波的频分多路复用技术,它的原理也跟频分多路复用类似,只是实现技术不同。
4.码分多路复用
码分多路复用(CDM)是指利用各路信号码型结构正交性而实现多路复用的技术。码分多路复用又称码分多址(CDMA),其原理是每比特时间被分成m个更短的时间槽,称为码片,通常情况下每比特有64或128个码片,每个站点被指定一个唯一的m位的码片序列,这个m位的码片就好像站点的地址。各个站点的码片序列是相互正交的,所以多个码片一起传输时不会相互干扰。当两个或多个站点同时发送时,各路数据在信道中被线形相加,接收端可以将不同的码片分离出来,传送给相应的站点。
码分多路复用是一种共享信道的方法,每个站点可在同一时间使用同样的频带进行通信,但使用的是基于码型的逻辑信道的方法,即每个用户分配一个码片序列,各个码型正交,通信各方之间不会相互干扰,且保密性强。
规则:
(1)当发送1时站点就发送码片序列,发送0时就发送码片序列的反码。举例说明:按照惯例将码片中的0写成-1,将1写成+1。假如站点A的码片序列为00011011,则可以表示为-1-1-1+1+1-1+1+1。(www.xing528.com)
(2)CDMA给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须互相正交,用数学公式表示为,令向量S表示站S的码片向量,再令T表示其他任何站的码片向量,两个不同站的码片序列正交,就是向量S和T的规格化内积为0。
(3)任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。
(4)任何一个码片向量和该码片的反码的向量的规格化内积都是-1。
(5)码分叠加:根据发送数据(1/0)写出相应序列后进行相加。
例2-1:如果共有四个站进行码分多址CDMA通信。四个站的码片分别为
现收到这样的码片序列:(-1+1-3+1-1-3+1+1)
问:哪个站发送数据了?发送数据的站发送的1还是0?
解:根据规则3:
根据公式(2-1),分别计算各站码片序列与M的内积,结果为0表示没有发送信息,结果为1表示发送的是1,结果为-1表示发送的是0。
因此,A发送了1,B发送了0,C未发生数据,D发送了1。
码分多路复用技术主要用于无线通信系统,特别是移动通信系统。它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性,以及减少干扰对通信的影响,而且增大了通信系统的容量。
随堂练习
1.数字信号在模拟信道上传输需要调制,有几种调制方法?
2.什么是脉码调制?
3.有几种复用技术?
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