A. 频分多路复用的介绍
频分多路复用(Frequency-division multiplexing,FDM),是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道,每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术。FDM常用于模拟传输的宽带网络中。在通信系统中,信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的,为了能够充分利用信道的带宽,就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中,信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段,每路信号用其中一个频段传输,因而可以用滤波器将它们分别滤出来,然后分别解调接收。
B. 求频分复用、时分复用、统计时分复用、码分多址的特点及原理
频分多路复用是将传输介质的可用带宽分割成一个个“频段”,以便每个输入装置都分配到一个“频段”。传输介质容许传输的最大带宽构成一个信道,因此每个“频段”就是一个子信道。
频分多路复用的特点是:每个用户终端的数据通过专门分配给它的予信道传输,在用户没有数据传输时,别的用户也不能使用。频分多路复用适合于模拟信号的频分传输,主要用于电话和电缆电视(CATV)系统,在数据通信系统中应和调制解调技术结合使用。
时分多路复用的原理为了提高信道利用率,信号在传输过程中一般采用多路复用的传输方式,即多路信号在同一条信道上传输。所谓时分多路复用,就是利用多路信号(数字信号)在信道上占有不同的时间间隔来进行通信。目前应用较多的是频分多路复用和时分多路复用,前者适用于时间连续信号的传输;后者适用于时间离散信号的传输。
异步时分多路复用技术,也叫做统计时分多路复用技术(STDM,Statistic Time-Division Multiplexing)。指的是将用户的数据划分为一个个数据单元,不同用户的数据单元仍按照时分的方式来共享信道;但是不再使用物理特性来标识不同用户,而是使用数据单元中的若干比特,也就是使用逻辑的方式来标识用户。
这种方法提高了设备利用率,但是技术复杂性也比较高,所以这种方法主要应用于高速远程通信过程中,例如,异步传输模式ATM。
码分多址通信原理:
码分多址(CDMA,Code-DivisionMultiple Access)通信系统中,不同用户传输信息所用的信号不是靠频率不同或时隙不同来区分,而是用各自不同的编码序列来区分,或者说,靠信号的不同波形来区分。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信号中选出其中使用预定码型的信号。其它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。
1.系统容量大:据研究表明,理论上CDMA移动网的系统容量比模拟网大20倍,比GSM约大5倍。
2.系统容量的灵活配置:在CDMA系统中,用户数的增加相当于背景噪声的增加,造成话音质量的下降。但对用户数并无限制,操作者可在容量和话音质量之间折衷考虑。另外,多小区之间可根据话务量和干扰情况自动均衡。
3.语音质量高:CDMA系统性能质量更佳指的是CDMA系统具有较高的话音质量,声码器可以动态地调整数据传输速率,并根据适当的门限值选择不同的电平级发射。另外,软切换技术克服了硬切换容易掉话的缺点。
4.网络规划灵活:在CDMA系统中,用户按不同的、唯一、特定的伪随机序列码区分,所以不同CDMA载波可在相邻的小区内使用,网络规划灵活,扩展简单。
5.无线发射功率小:由于CDMA系统采用非常精确的功率控制技术和可变速率声码器,因此,基站设备和手机以及将来的便携式的个人通信器只需很小的发射功率就可以进行正常的通信。
6.建网成本下降:由于CDMA系统的容量大,频率利用率高,在一定的频带内,能容纳更多的用户。同时,在覆盖相同面积的条件下, CDMA系统要比GSM系统少建80%以上的基站。从而,使建网成本大幅度下降.
C. 请教:简述多路复用技术的作用.
在数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。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,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用IBM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。
1.频分多路复用FDM
在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽情况下,可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同(或略宽)的子信道,每个子信道传输一路信号,这就是频分多路复用。多路原始信号在频分复用前,先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上,也即使信号的带宽不相互重叠,这可以通过采用不同的载波频率进行调制来实现。频分多路复用FDM的一个示例见图2.12(a),其中8个信号源输入到一个多路复用器中,该多路复用器用不同的频率(f1~f8)调制每一个信号,每个信号需要一个以它的载波频率为中心的一定带宽的通道。为了防止相互干扰,使用保护带来隔离每一个通道,保护带是一些不使用的频谱区。
2.时分多路复用TDM
若媒体能达到的位传输速率超过传输数据所需的数据传输速率,则可采用时分多路复用TDM技术,也即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占用,而不像FDM那样,同一时间同时发送多路信号。这样,利用每个信号在时间上的交叉,就可以在一条物理信道上传输多个数字信号。这种交叉可以是位一级的,也可以是由字节组成的块或更大的信息组进行交叉。如图2.12(b)中的多路复用器有8个输入,每个输入的数据速率假设为9.616ps,那么一条容量达76.8kbps的线路就可容纳8个信号源。该图描述的时分多路复用四M方案,也称同步(Synchronous)时分多路复用TDM,它的时间片是预先分配好的,而且是固定不变的,因此各种信号源的传输定时是同步的。与此相反,异步时分多路复用1DM允许动态地分配传输媒体的时间片。
时分多路复用TDM不仅仅局限于传输数字信号,也可以同时交叉传输模拟信号。另外,对于模拟信号,有时可以把时分多路复用和频分多路复用技术结合起来使用。一个传输系统,可以频分成许多条子通道,每条子通道再利用时分多路复用技术来细分。在宽带局域网络中可以使用这种混合技术。
Bell系统的T1载波利用脉码调制PCM和时分多路复用TDM技术,使24路采样声音信号复用一个通道,其帧结构如图2.13所示。24路信道各自轮流将编码后的8位数字信号组成帧,其中7位是编码的数据,第8位是控制信号。每帧除了24×8=192位之外,另加一位帧同步位。这样,一帧中就包含有193位,每一帧用125us时间传送,因此T1系统的数据传输速率为1.544Mbps。
CCITT建议了一种2.048Mbps速率的PCM载波标准,称为E1载波(欧洲标准)。它的每一帧开始处有8位作同步用,中间有8位用作信令,再组织30路8位数据,全帧含256位,每一帧也用125us传送,可计算出数据传输速率为256位/125us=2.048Mbps。