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，將一個區(qū)域的多個用戶數(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)用器再對數(shù)據(jù)進(jìn)行分離，分發(fā)到多個用戶。多路復(fù)用通常分為頻分多路復(fù)用、時分多路復(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：如果每路信號以不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制，而且各個載波頻率是完全獨(dú)立的，即各個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，那么每個信道就能獨(dú)立地傳輸一路信號。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，信號被劃分成若干通道(頻道，波段)，每個通道互不重疊，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 個頻段：0~4kHz 用來傳遞補(bǔ)傳統(tǒng)的語音信號;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.時分多路復(fù)用(TDM,Time Division Multiplexing)

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

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

　　目前，應(yīng)用最廣泛的時分多路復(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，每路音頻信號在送到多路復(fù)用器之前，要通過一個脈沖編碼調(diào)制(PCM,Pulse Code Modulation)編碼器，編碼器每秒取樣 8000 次。24 路信號的每一路，輪流將一個字節(jié)插入到幀中，每個字節(jié)的長度為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)傳輸多路不同波長的光信號，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變例。如果讓不同波長的光信號在同一根光纖上傳輸而互不干擾，利用多個波長適當(dāng)錯開的光源同時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�。由于是用不同的波長傳送各自的信息，因此即使在同一根光纖上也不會相互干擾。在接收端轉(zhuǎn)換成電信號時，可以獨(dú)立地保持每一個不同波長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的光載波，在光頻域內(nèi)以一到獻(xiàn)策百納米的波長間隔合在一起沿單根光纖傳輸，在接收端再用一定的方法，將各個不同波長的光載波分開。在光纖的工作窗口上安排100個波長不同的光源，同時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，采用地址碼和時間、頻率共同區(qū)分信道的方式。CDMA 的特征是每個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)射信號在頻率、時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帶寬的信息數(shù)據(jù)，用一個帶寬遠(yuǎn)大于信號帶寬的高速偽隨機(jī)碼進(jìn)行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴(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，對接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴(kuò)，以實(shí)現(xiàn)信息通信。不同的移動臺(或手機(jī))可以使用同一個頻率，但是每個移動臺(或手機(jī))都被分配帶有一個獨(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)分不同的移動臺(或手機(jī))，所以各個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)星上使用多個天線，各個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，它們在同一時間、即使使用相同的頻率進(jìn)行工作，它們之間也不會形成干擾。SDMA 系統(tǒng)的處理程序如下：

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

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

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

　　(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。在此基礎(chǔ)上，每位用戶的信號都可以通過單獨(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，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、時分或碼分雙向空間信道，每一條信道都可以完全獲得整個陣列的增益和抗干擾功能。從理論上而言，帶有 m個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，從因定到移動的重大變革。而就移動通信而言，為了更有效地利用有限的無線頻率資源，時分多址技術(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，使得移動用戶僅僅由于空間位置的不同而復(fù)用同一個傳統(tǒng)的物理信道成為可能，并將移動通信技術(shù)引入一個更為嶄新的領(lǐng)域。

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