信道复用技术

为什么使用信道复用技术？

如图a所示，不使用复用技术就会一条信道只传送一种信号就显得过于浪费了。而图b使用复用技术充分利用信道的容量，信号在一条公用信道上传输，提高信道的传输速率。

1.频分复用

频分复用FDM是按照频率参量的差别来分割信号的技术。也就是说，分割信号的参数是频率，只要使各路信号的频率互不重叠，接收端就可以用滤波器把它们分割开。

如图所示：每个信号被分配到不同的频率带宽上，从而使它们可以同时传输而不会相互干扰。

FDM 优点：实现相对简单，技术成熟，能较充分地利用信道频带，因而系统效率较高。

FDM 缺点: 保护频带的存在，大大地降低了 FDM 技术的效率，信道的非线性失真，改变了它的实际频带特性，易造成串音和互调噪声干扰:所需设备量随输入路数增加而增多，且不易小型化;FDM本身不提供差错控制技术，不便于性能监测。因此，在实际应用中，FDM 正在被时分多路复用所替代。

2.波分复用

波分复用就是将1根光纤转换为多条“虚拟”光纤，每条虚拟光纤独立工作于不同波长，从而极大地提高了光纤地传输容量，充分发挥了光纤的潜在能力。

波分复用有3种复用方式

①1310nm和1550nm波长复用。人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号，一路使波长为1310nm的窗口，另一路使波长1550nm的窗口。

②粗波分复用CWDM。CWDM通常使用的波长范围是1270nm到1610nm，其中间隔大约为20nm。原理是将不同波长的光信号合并到一根光纤中，然后在接收端将这些信号分离出来。这样就实现了在同一根光纤上传输多个信道的目的。CWDM技术的优势在于成本相对较低，适用于中小规模的光网络，而且不需要复杂的光学器件来实现波长的精确控制。

③密集波分复用DWDM。允许在光纤上传输大量的信道，每个信道都使用不同的波长。相比于粗波分复用（CWDM），DWDM的波长间隔非常小，通常在几纳米甚至更小的范围内，这使得可以在一根光纤上传输数十甚至数百个信道。DWDM的工作原理是利用高精度的光学滤波器和窄带光源，将不同波长的光信号合并到一根光纤中，然后在接收端使用光解复用器将这些信号分离出来。由于波长间隔非常小，因此DWDM技术可以实现极高的光纤传输容量，适用于大规模的光网络，如长距离的光纤通信、数据中心互连等场景。

3.时分复用

1.传统时分复用TDM

时分多路复用TDM是按照时间参量的差别来分割信号的技术。

每个设备分配一个时间段，传输的时候每个时间段都会传输拥有该时间段的设备的数据。

TDM的工作特点是：①通信双方是按照预先指定的时隙进行通信的，而且这种时间关系是固定不变的。②就每一瞬时来看，公用信道上仅传输每一对设备的信号，而不是多路复合信号；但就一段时间而言，公用信道上传送着按时间分隔的多路复合信号。

2.统计时分复用

时分复用可能会造成线路资源的浪费

系统为所有连接的设备都分配了专用时隙，而不管这些设备是否处于工作状态，如设备未运行，则所分配的时隙被闲置，也不能为其他设备所利用，因而白白浪费掉了。为提高时隙利用率，可以采用按需分配（或动态分配）时隙，一避免每帧中出现闲置时隙的现象，此时复用器传输的数据只来自正在工作的设备，这种动态分配时隙方式的工作TDM称为统计时分多路复用STDM。

统计时分多路复用STDM的工作原理：STDM是按需动态分配时隙的，复用器不送出闲置时隙，因此，第一帧含数据a、b两个时隙，第二帧含数据b、c两个时隙……。由此可见，STDM帧的长度是不固定的，事先并不知道哪个数据源产生的数据会占用哪个位置的时隙，为使接收端的复用器能正确分离各路数据，必须在每一时隙中带有地址信息。

4.码分复用

在 CDMA 中，每一个比特时间被划分为m 个间隔，称为码片 (chip)。通常 m 的值是64 或128。使用 CDMA 的每一个站被分派一个唯一的mb 码片序列 (chip sequence)。一个站如果要发送比特 1，则发送它自己的 m b 码片序列。如果要发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，A 站的码片序列是(-1-1-1+1+1-1+1+1)。当 A 站发送数字1时，它就发送序列 (-1-1-l+1+1-1+1+1)，而当 A 站发送数字为 0 时，就发送(+1+1+1-1-1+1-1-1)。

CDMA 系统采用的码片具有如下特性:

①令向量 S表示站S的码片向量，令T表示其他任何站的码片向量。两个不同站的码片序列正交，就是向量 S和T 的规格化内积(inner product)都是0:

②任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是1。

一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。