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多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。这种技术要用到两个设备:多路复用器(Multiplexer),在发送端根据某种约定的规则把多个低带宽的信号复合成一个高带宽的信号;多路分配器(Demultiplexer),在接收端根据同一规则把高带宽信号分解成多个低带宽信号。多路复用器和多路分配器统称多路器,简写为MUX,如图2-22所示。
只要带宽允许,在己有的高速线路上采用多路复用技术,可以省去安装新线路的大笔费用,因而现今的公共交换电话网(PSTN)都使用这种技术,有效地利用了高速干线的通信能力。
也可以相反地使用多路复用技术,即把一个高带宽的信号分解到几个低速线路上同时传
输,然后在接收端再合成为原来的高带宽信号。例如,两个主机可以通过若干条低速线路连接,以满足主机间高速通信的要求。
频分多路复用是在一条传轴介质上使用多个频率不同的模拟载波信号进行多路传输,些
载波可以进行任何方式的调制,如ASK. FSK. PSK以及它们的组合。每一个载波信号形成了一个子信道,各个子信道的中心频率不相重合,子信道之间留有一定宽度的隔离频带(如图2-23所示)。
频分多路技术早已用在无线电广播系统中,在有线电视系统(CATV)中也使用频分多路
技术。一根CATV电缆的带宽大约是1000 MHz,可传送多个频道的电视节目,每个频道6.5 MHz的带宽中又划分为声音子通道、视频子通道以及彩色子通道。每个频道两边都留有一定的普戒频带,防止相互串扰。
FDM也用在宽带局域网中。电缆带宽至少要划分为不同万问上的两个子频带,甚至还可以分出一定带宽用于某些工作站之间的专用连接。
时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM)要求各个子通道按时间片轮流地占用整个带宽(如图2-24所示)。时间片的大小可以按一次传送一位、一个字节或一个固定大小的数据块所需的时间来确定。
时分多路技术可以用在宽带系统中,也可以用在频分制下的某个子通道上。时分制按照子通道动态利用情况又可再分为两种:同步时分和统计时分。在同步时分制下,整个传输时间划分为固定大小的周期。每个周期内,各子通道都在固定位置占有一个时槽。这样,在接收端可以按约定的时间关系恢复各子通道的信息流。当某个子通道的时槽来到时,如果没有信息要传送,这一部分带宽就浪费了。统计时分制是对同步时分制的改进,特别把统计时分制下的多路复用器称为集中器,以强调它的工作特点。在发送端,集中器依次循环扫描各个子通道。若某个子通道有信息要发送则为它分配一个时槽,若没有就跳过,这样就没有空槽在线路上传播了.
然而,需要在每个时槽加入一个控制字段,以便接收端可以确定该时槽是属于哪个子通道的。
波分多路复用(Wave Division Multiplexing, WDM)使用在光纤通信中,不同的子信道用
不同波长的光波承载,多路复用信道同时传送所有子信道的波长。这种网络中要使用能够对光波进行分解和合成的多路器,如图2-25所示。
码分多路复用(Code Division Multiple Access, CDMA)也叫码分多址,是一种扩频多址
数字通信技术,通过独特的代码序列建立信道。在CDMA系统中,对不同的用户分配不同的码片序列,使得彼此不会造成干扰。用户得到的码片序列由++1和一1组成,每个序列与本身进行点积得到++1,与补码进行点积得到一1,一个码片序列与不同的码片序列进行点积将得到0(正交性).例如,对用户A分配的码片系列为CA1(表示“1”),其补码为CA0(表示“0”).
CA1=(-1,-1,-1,-1)
CA0= (+1,+1,+1,+1)
对用户B分配的码片序列为CB1,(表示1),其补码为CB0。(表示“0”).
CB1=(+1,-1,+1,-1)
CB0=(-1,+1,-1,+1)
则计算点积如下
在码分多址通信系统中,不同用户传输的信号不是用不同的频率或不同的时隙来区分的,而是使用不同的码片序列来区分。如果从频域或时域来观察,多个CDMA信号是互相重叠的。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出预定的码型信号,其他不同码型的信号因为和接收机产生的码型不同而不能被解调,它们的存在类似于信道中存在的噪声和干扰信号,通常称之为多址干扰。
在CDMA蜂窝通信系统中,用户之间的信息传输是由基站进行控制和转发的。为了实现双工通信,正向传输和反向传输各使用一个频率,即所谓的频分双工。无论正向传输或反向传输,除去传输业务信息外,还必须传输相应的控制信息。为了传送不同的信息,需要设置不同的信道.但是,CDMA通信系统既不分频道又不分时隙,无论传输何种信息的信道都采用不同的码型来区分。这些信道属于逻辑信道,无论从频域或者时域来看都是相互重叠的,或者说它们都占用相同的频段和时间片。
第三代移动通信系统({3G)技术是近年来关注的热点之一。目前,国际上采用的3G标准有三种,分别是TD-SCDMA. WCDMA和CDMA2000。其中,TD-SCDMA是由中国提出的3G标准,属于时分双工模式。WCDMA和CDMA2000属于频分双工模式,前者由欧洲和日本提出,后者由美国高通公司提出。
在介绍脉码调制时曾提到,对4 kHz的话音信道按8 kHz的速率采样,128级量化,则每个话音信道的比特率是56Kbps.为每一个这样的低速信道安装一条通信线路太不划算了,所以在实际中要利用多路复用技术建立更高效的通信线路。在美国和日本使用很广的一种通信标准是贝尔系统的T1载波(如图2-26所示)。
T1载波也叫一次群,它把24路话音信道按时分多路的原理复合在一条1.544Mbps的高速信道上。该系统的工作是这样的,用一个编码解码器轮流对24路话音信道取样、量化和编码,一个取样周期中(125μs)得到的7位一组的数字合成一串,共7×24位长。这样的数字串在送入高速信道前要在每一个7位组的后面插入一个信令位,于是变成了8 × 24=192位长的数字串。这192位数字组成一帧,最后再加入一个帧同步位,故帧长为193位.每125μs传送一帧,其中包含了各路话音信道的一组数字,还包含总共24位的控制信息以及1位帧同步信息。这样,不难算出T载波的各项比特率.对每一路话音信道来说,传输数据的比特率为7b/125μs=56Kbps,传输控制信息的比特率为l b/125μs=8 Kbps,总的比特率为193 b/125μs=1.544 Mbps
T1载波还可以多路复用到更高级的载波上,如图2-27所示.4个1.544 Mbps的T1信道结合成1个6.312Mbps的T2信道,多增加的位((6.312-4×1.544=0.136)是为了组帧和差错恢复。与此类似,7个T2信道组合成1个T3信道,6个几信道组合成1个T4信道。
ITU一的El信道的数据速率是2.048Mbps(如图2-28所示).这种载波把32个8位一组
的数据样本组装成125Μs的基本帧,其中30个子信道用于话音传送数据,2个子信道(CH0和CH16)用于传送控制信令,每4帧能提供64个控制位。除了北美和亚洲的日本外,El载波在其他地区得到广泛使用。
按照ITU-T的多路复用标准,E2载波由4个El载波组成,数据速率为8.448Mbpso E3
载波由4个E2载波组成,数据速率为34.368 Mbpso E4载波由4个E3载波组成,数据速率为139.264 Mbps。E5载波由4个E4载波组成,数据速率为565.148 Mbps
光纤线路的多路复用标准有两个。美国标准叫做同步光纤网络(Synchronous Optical Network, SONET); ITU一以SONET为基础制订出的国际标准叫做同步数字系列(Synchronous Digital Hierarchy, SDH) o SDH的基本速率是155.52 Mbps,称为第1级同步传递模块(Synchronous Transfer Module),即STM-1,相当于SONET体系中的OC-3速率,如表2-5所示。
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