2012年網(wǎng)絡(luò)管理員教程之多路復(fù)用技術(shù)

　　1.1.4多路復(fù)用技術(shù)

　　為是充分利用傳輸媒體，人們研究了在一條物理線路上建立多個(gè)通信信道的技術(shù)，這主是多路復(fù)用技術(shù)。多路復(fù)用技術(shù)的實(shí)質(zhì)是，將一個(gè)區(qū)域的多個(gè)用戶數(shù)據(jù)通過發(fā)送多路復(fù)用器進(jìn)行匯集，然后將匯集后的數(shù)據(jù)通過一條物理線路進(jìn)行傳送，接收多路復(fù)用器再對(duì)數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，分發(fā)到多個(gè)用戶。多路復(fù)用通常分為頻分多路復(fù)用、時(shí)分多路復(fù)用、波分多路復(fù)用、碼分多址和空分多址。

　　1.頻分多路復(fù)用(FDM,Frequency Dicision Multiplexing)

　　事實(shí)上，通信線路的可用帶寬超過了給定信號(hào)的帶寬。頻分多路復(fù)用恰恰是利用了這一優(yōu)點(diǎn)。頻分多路復(fù)用的基本原理是：如果每路信號(hào)以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且各個(gè)載波頻率是完全獨(dú)立的，即各個(gè)信道所占用的確良頻帶不相互重疊。相鄰信道之間用“警戒頻帶”隔離，那么每個(gè)信道就能獨(dú)立地傳輸一路信號(hào)。其基本原理如圖 1-6 所示。

　　頻分多路復(fù)用的主要特點(diǎn)是，信號(hào)被劃分成若干通道(頻道，波段)，每個(gè)通道互不重疊，獨(dú)立進(jìn)行數(shù)據(jù)傳遞。頻分多路復(fù)用在無線電廣播和電視領(lǐng)域中應(yīng)用較多。ADSL 也是一個(gè)典型的頻分多路復(fù)用。ADSL 用頻分多路復(fù)用的方法，在 PSTN 使用的雙絞線上劃分了 3 個(gè)頻段：0~4kHz 用來傳遞補(bǔ)傳統(tǒng)的語(yǔ)音信號(hào);20~50kHz 用來傳送計(jì)算機(jī)上載的數(shù)據(jù)信息;150~500kHz或 140~1100kHz 用來傳送從服務(wù)器上下載的數(shù)據(jù)信息。

　　2.時(shí)分多路復(fù)用(TDM,Time Division Multiplexing)

　　時(shí)分多路復(fù)用是以信道傳輸時(shí)間作為分割對(duì)象，通過為多個(gè)信道分配互不重疊的時(shí)間片的方法來實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用。時(shí)分多路復(fù)用將用于傳輸?shù)臅r(shí)間劃分為若干個(gè)時(shí)間片，每個(gè)用戶分得一個(gè)時(shí)間片。時(shí)分多路復(fù)用通信，是各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間片進(jìn)行通信。由抽樣理論可

　　知，抽樣的一個(gè)重要作用，是將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)變成時(shí)間上離散的信號(hào)，其在信道上占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一信道傳輸提供了條件。具體說，就是把時(shí)間分成一些均鏡頭的時(shí)間片，將各路信號(hào)的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間片，以達(dá)到互相分開，互不干擾的目的。圖 1-7 為時(shí)分多路復(fù)用示意圖。

　　目前，應(yīng)用最廣泛的時(shí)分多路復(fù)用是貝爾系統(tǒng)的T1載波。T1載波是將24路音頻信道復(fù)用在一條通信線路上，每路音頻信號(hào)在送到多路復(fù)用器之前，要通過一個(gè)脈沖編碼調(diào)制(PCM,Pulse Code Modulation)編碼器，編碼器每秒取樣 8000 次。24 路信號(hào)的每一路，輪流將一個(gè)字節(jié)插入到幀中，每個(gè)字節(jié)的長(zhǎng)度為8bit,其中7bit是數(shù)據(jù)位，1bit用于信道控制。每幀由24×8=192bit 組成，附加 1bit 作為幀的開始標(biāo)志位，所以每幀共有 193bit.由于發(fā)送一幀需要125ms,一秒鐘可以發(fā)送 8000 幀。因此 T1 載波的數(shù)據(jù)傳輸速率為：193bit×8000/s=1544000bps=1544kbps=1.544Mbps

　　3.波分多路復(fù)用(WDM,Wavelength Division Multiplexing)

　　什么叫波分復(fù)用?所謂波分復(fù)用就是在同一根光纖內(nèi)傳輸多路不同波長(zhǎng)的光信號(hào)，以提高單根光纖的傳輸能力。因?yàn)槟壳肮馔ㄐ诺墓庠丛诠馔ㄐ诺摹按翱凇鄙现徽加昧撕苷�的一部分，還有很大的范圍沒有利用。也可以這樣認(rèn)為;WDM 是 FDM 應(yīng)用于光纖信道的一個(gè)變例。如果讓不同波長(zhǎng)的光信號(hào)在同一根光纖上傳輸而互不干擾，利用多個(gè)波長(zhǎng)適當(dāng)錯(cuò)開的光源同時(shí)在一根光纖上傳送各自攜帶的信息，就可以大大增加所傳輸?shù)男畔⑷萘俊Ｓ捎谑怯貌煌�的波長(zhǎng)傳送各自的信息，因此即使在同一根光纖上也不會(huì)相互干擾。在接收端轉(zhuǎn)換成電信號(hào)時(shí)，可以獨(dú)立地保持每一個(gè)不同波長(zhǎng)的光源所傳送的信息。這種方式就叫做“波分復(fù)用”.其基本原理如圖 1-8 所示。

　　如果將一系列載有信息的不同波長(zhǎng)的光載波，在光頻域內(nèi)以一到獻(xiàn)策百納米的波長(zhǎng)間隔合在一起沿單根光纖傳輸，在接收端再用一定的方法，將各個(gè)不同波長(zhǎng)的光載波分開。在光纖的工作窗口上安排100個(gè)波長(zhǎng)不同的光源，同時(shí)在一根光纖上傳送各自攜帶的信息，就能使光纖通信系統(tǒng)的容量提高 100 倍。

　　4.碼分多址(CDMA,Code Division Multiple Access)

　　CDMA 又稱為碼分多址，采用地址碼和時(shí)間、頻率共同區(qū)分信道的方式。CDMA 的特征是每個(gè)用戶具有特定的地址碼，而地址碼之間相互具有正交性，因此各用戶信息的發(fā)射信號(hào)在頻率、時(shí)間和空間上都可能重疊，從而使有限的頻率資源得到利用。CDMA是擴(kuò)頻技術(shù)上發(fā)展起來的無線通信技術(shù)，即將需要傳送的具有一定信號(hào)帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個(gè)帶寬遠(yuǎn)大于信號(hào)帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號(hào)的帶寬被擴(kuò)展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去。接收端也使用完全相同的偽隨機(jī)碼，對(duì)接收的帶寬信號(hào)作相關(guān)處理，把寬帶信號(hào)換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號(hào)即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。不同的移動(dòng)臺(tái)(或手機(jī))可以使用同一個(gè)頻率，但是每個(gè)移動(dòng)臺(tái)(或手機(jī))都被分配帶有一個(gè)獨(dú)特的“碼序列”,該序列碼與所有別的“碼序列”都不相同，因?yàn)槭强坎煌�的“碼序列”來區(qū)分不同的移動(dòng)臺(tái)(或手機(jī))，所以各個(gè)用戶相互之間也沒有干擾，從而達(dá)到了多路復(fù)用的目的。

　　5.空分多址(SDMA,Space Division Multiple Access)

　　空分多址(SDMA);這種技術(shù)是將空間分割構(gòu)成不同的信道，從而實(shí)現(xiàn)頻率的重復(fù)使用，達(dá)到信道增容的目的。舉例來說，在一顆衛(wèi)星上使用多個(gè)天線，各個(gè)天線的波束射向地球表面的不同區(qū)域，地面上不同地區(qū)的地球站，它們?cè)谕�一時(shí)間、即使使用相同的頻率進(jìn)行工作，它們之間也不會(huì)形成干擾。SDMA 系統(tǒng)的處理程序如下：

　　(1) 系統(tǒng)將首先對(duì)來自所有天線中的信號(hào)進(jìn)行快照或取樣，然后將其轉(zhuǎn)換民數(shù)字形式，并存儲(chǔ)在內(nèi)存中。

　　(2)計(jì)算機(jī)中的 SDMA 處理器將立即分析樣本，對(duì)無線環(huán)境進(jìn)行評(píng)估，確認(rèn)用戶、干擾源及其所在的位置。

　　(3) 處理器對(duì)天線信號(hào)的組合方式進(jìn)行計(jì)算，力爭(zhēng)最佳地恢復(fù)用戶的信號(hào)。借助這種策略，每位用戶的信號(hào)接收質(zhì)量將大大提高，而其他用戶的信號(hào)或干擾信號(hào)則會(huì)遭到屏蔽。

　　(4)系統(tǒng)將進(jìn)行模擬計(jì)算，使天線陣列可以有選擇地向空間發(fā)送信號(hào)。在此基礎(chǔ)上，每位用戶的信號(hào)都可以通過單獨(dú)的通信信道-空間信道實(shí)現(xiàn)高效的傳輸。

　　(5) 在上述處理的基礎(chǔ)上，系統(tǒng)就能夠在每條空間信道上發(fā)送和接收信號(hào)，從而使這些信道成為雙向信道。

　　利用上述流程，SDMA系統(tǒng)就能夠在一條普通信道上創(chuàng)建大量的頻分、時(shí)分或碼分雙向空間信道，每一條信道都可以完全獲得整個(gè)陣列的增益和抗干擾功能。從理論上而言，帶有 m個(gè)單元的陣列能夠在每條普通信道上支持 m 條空間信道。但在實(shí)際應(yīng)用中支持的信道數(shù)量將略低于這個(gè)數(shù)目，具體情況早取決于環(huán)境。由此可見，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，從而成倍地提高頻譜使用效率。

　　近幾十年來，無線通信經(jīng)歷了從模擬到數(shù)字，從因定到移動(dòng)的重大變革。而就移動(dòng)通信而言，為了更有效地利用有限的無線頻率資源，時(shí)分多址技術(shù)(TDMA)、頻分多址技術(shù)(FDMA)、碼分多址技術(shù)(CDMA)得到了廣泛的應(yīng)用，并在此基礎(chǔ)上建立了 GSM 和 CDMA(是區(qū)別于 3G 的窄帶 CDMA)兩大主要的移動(dòng)通信網(wǎng)絡(luò)。就技術(shù)而言，現(xiàn)有的這 3 種多址技術(shù)已經(jīng)得到了充分的應(yīng)用，頻譜的使用效率已經(jīng)發(fā)揮到了極限�？辗侄嘀芳夹g(shù)(SDMA)則突破了傳統(tǒng)的三維思維模式，在傳統(tǒng)的三維技術(shù)的基礎(chǔ)上，在第四維空間上極大的拓寬了頻譜的使用方式，使得移動(dòng)用戶僅僅由于空間位置的不同而復(fù)用同一個(gè)傳統(tǒng)的物理信道成為可能，并將移動(dòng)通信技術(shù)引入一個(gè)更為嶄新的領(lǐng)域。

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