信道资源有限,因而一个信道往往需要同时传输多路信号,这种多用户如何共用一套资源的方法就是多路复用(Multiplexing)和多址技术(exactly)。
从原理本质上来说,多址是在多路复用的基础上实现的,原理是一样的,但对象不同——复用针对资源。多址针对用户。
多路复用技术是在点对点通信中,研究怎样将单一媒介(medium),划分成很多个互不干扰的独立的子信道(subchannel)。从媒介的整体容量上看,每个子信道只占用该媒介容量的一部分。这种分配是永久的,静态的。例如,无线或者电视广播站、微波通信、电话数字中继中的PCM。
多址技术则是点对多点的,信道资源是动态分配(dynam icassignment),用户仅仅暂时性地占用信道,如手机和基站间的通信。
就复用方式而言,有以下6大方式。
1.频分复用和频分多址:FDM和(Frequency Division Multiplex Access,FDMA)
优点:容易实现,技术成熟,适合模拟信号。
缺点:
(1)保护频带占用带宽、降低效率。
(2)信道的非线性失真改变了它的实际频率特性,易造成串音和互调干扰(交调干扰)。
(3)所需设备随输入路数增加而增多,不易小型化。
(4)不提供差错控制技术,不便于性能监测。
适用范围:FDMA技术是使用最早的一种多址技术,技术较为成熟,应用也很广泛,目前仍在有线电视、无线电广播、卫星通信、一点多址微波通信系统中应用。在移动通信中,FDMA模拟传输是效率最低的网络,这主要体现在模拟信道每次只能供一个用户使用,使得带宽得不到充分利用。此外,FDMA信道大于通常需要的特定数字压缩信道,而且对于通信静默过程FDMA信道也是浪费的。但第一代模拟蜂窝移动通信系统中,采用频分多址技术方式是唯一的选择。到了数字蜂窝移动通信系统阶段,就很少采用纯频分的方式了。
2.时分复用和时分多址:TDM和TDMA(Time Division Multiple Access)
优点:无保护频带,效率高,占用频带窄,传输质量高,保密较好,系统容量较大。
缺点:同步要求严格,必须有精确的定时和同步,技术上比较复杂。
适用范围:适合数字信号。如多数计算机网、固定电话网的脉冲编码调制复用(PCM)技术、同步数字体系(SDH)技术、时分多址的GSM制式数字移动通信技术等。
在TDM之后,又出现了“统计时分复用STDM:Statistical TDM”。在STDM中,各帧的长度不确定,每个时隙都需自带地址信息。(www.daowen.com)
分别给各用户分配一个特殊的编码,用户可同时占用全部频带,也没有时间的频率限制(可以互相重叠),靠信号的不同波形来区分各个用户。在接收端,只能用相匹配的接收机才能检出相符合的信号。接收机用相关器可以在多个CDMA信号中选出其中使用预定码型的信号,其他使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不同而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声和干扰,通常称之为多址干扰。CDMA技术是无线通信中主要的多址手段,应用范围涉及数字蜂窝移动通信、卫星通信、微波通信、微蜂窝系统、一点多址微波通信和无线接入网等领域。CDMA最早由美国高通公司推出,近几年由于技术和市场等多种因素作用得以迅速发展,它能够满足市场对移动通信容量和品质的高要求,具有频谱利用率高、话音质量好、保密性强、掉话率低、电磁辐射小、容量大、覆盖广等特点,可以大量减少投资和降低运营成本。
3.波分复用(Wave Division Multiplex,WDM)
由于波长x频率=速度,而电磁波的速度是一定的,即3×l08m/s,因此波分复用和频分复用的原理实质是一样的,只不过叫法不同,无线通信里多用频率来描述,对应频分复用;而光通信中多用波长来描述,对应的就是波分复用。
4.空分复用(Space Division Multiplexing,SDM)
这是最原始、最简单、最无处不在的一种复用方式,但是浪费太大。例如,双向通信的每一个方向各使用一根光纤。两个方向的信号在两根完全独立的光纤中传输,互不影响,再如智能天线技术。
配合电磁波被传播的特征,可使不同地域的用户在同一时间使用相同频率,实现互不干扰的通信。例如,可以利用定向天线或窄波束天线,使电磁波按一定指向辐射,局限在波束范围内:不同波束范围可以使用相同频率,也可以控制发射的功率,使电磁波只能作用在有限的距离内。在电磁波作用范围以外的地域仍可使用相同的频率,以空间来区分不同用户。
充分运用SDMA技术,能用有限的频谱构成大容量的通信系统。该频率再用技术主要应用在蜂窝移动通信系统、卫星系统中,但是在应用中,它总是与其他多址技术结合使用。
5.极化复用(PolarMultiplex,PM)
利用电磁波的极化特性进行复用。电磁波的极性,取决于瞬时电场矢量端点所描绘的轨迹,有3种类型:a.线极化是由水平极化和垂直极化构成;b.圆极化是由左旋极化和右旋极化构成;c.另外还有椭圆极化。在同一个频带利用一对正交的极化波可以传送2个载波信号,多用于卫星通信系统中。
多址方式是在多路复用的基础上实现的,因此也有TDMA、FDMA、CDMA等方式。在不同多址方式中,其信道的内涵不同。
(1)在TDMA中,指各站占用的时隙。
(2)在FDMA中,指各站占用的转发器频段。
(3)在CDMA中,指各站使用的正交码组。
例如在卫星通信中,我们经常会看到以下两种写法。
FDM-FM-FDMA:即基带模拟信号以频分复用方式复用在一起,然后以调频方式调制到一个载波频率上,最后再以频分多址方式发射和接收。
PCM-TDM-PSK-FDMA:这是把话音进行PCM编码(64Kbps),然后用时分复用方式进行多路复用,变为PDH(或SDH)系列的数字信号,再以相移键控PSK方式调制到一个载波上,最后进行频分多址方式发射和接收。
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