2.5数字调制与多路复用

有线和无线介质运输模拟信号，模拟信号和比特之间的转换过程被称为数字调制。
因为调制方案的多样，大致可将传输分为，基带传输和通带传输了两种。
又由于成本原因，单条信道常常被多个信号共享，所以出现了多路复用技术，这里介绍3种，FDM、TDM、CDM。

基带传输

基带传输，信号的传输占有传输介质上从零到最大值之间的全部频率，是有线介质普遍使用的一种调制方法。
数值调制最直接的形式是用正电压表示1，负电压表示0，这种编码方案被称为不归零（NZR，Non-Return-to-Zero）。
数值调制经常要考虑的3点。
带宽效率
用NZR编码，每2比特信号可能在正电压和负电压之间循环。这意味着至少需要B/2Hz的带宽才能获得Bbps的比特率。
这种限制下没有更多的带宽可用我们将不可能获得比NRZ更快的速率。
而利用有限的带宽我们就需要更有效的策略，就是使用两个以上的信号级别。
如，采用3个电压级别，我们可以用单个符号一次携带2个比特，此时信号的变化速率只是比特率的一半，因而减少了所需的带宽。
时钟恢复
对于所有将数据比特编码到符号的方案，接收器必须知道何时一个符号结束和下一个符号开始，才能对正确的信号进行采样。
所以一个非常准确的时钟显得非常重要。
一种策略是给接收器单独发送时钟信号，这需要一根额外的时钟线，这对计算机总线或者短电缆来说没什么大不了，但对大多数网络链路来说确实一种极大的浪费。
实际点的方法就是在编码策略上下功夫。
曼切斯特码、不归零逆转（NRZI）、4B/5B、扰频/倒频等方案都基本解决时钟恢复问题。
平衡信号
在很短时间内正电压和负电压一样多的信号称为平衡信号。
信号的均值为零，这意味着它们没有直流（DC）电气分量，这时一个优点，既节省了能源又不会因为直流分量而受到信道的强烈衰减。
平衡有助于提供时钟恢复所需的转换。
一种简单的构造平衡码的方案是双极编码，用+1V、-1V来代表逻辑1，0V代表逻辑0，发射器在+1V、-1V之间选择使得它们总是达到信号平衡。
还有一种类似4B/5B的8B/10B的编码也可以做到平衡码（p101）
所以构造平衡信号在基带传输中是非常有利的。

通带传输

通带传输，信号占据了以载波信号频率为中心的一段频带，任意一个频率波段都可以用来传递信号，是光纤和无线信道最常使用的调制方法。
通过考虑载波信号的幅值、相位、频率来运载比特的调制模式。
根据这三种特征分别由各自对应的名称。
幅移键控（ASK）
通过两个不同的振幅分别表示0和1。
频移键控(FSK)
采用两个或跟多个不同的频率来表示0或1。
相移键控(PSK)
在每个符号周期中，系统把载波波形偏移0或180度。由于只有两种相位因此调制方法也称为二进制相位键控（BPSK）。
跟有效地利用信道带宽的一个好办法是使用4个偏移，例如（45、135、225、315），这样每个信号可传输2个比特信息。这个版本的调制方式称为正交相位键控（QPSK）。
QAM（p103）

频分复用（FDM）

利用通带传输的优势，多个用户共享一个信道，频谱被划分成几个频段，每个用户完全拥有其中一个频段来发送自己的信号。
最简单的FDM，是为每个用户划分相应带宽的频率，并设置多余的频率作为保护带使得互相之间的使用不会相互干扰来达到复用的效果。
后来出现一种频谱划分效率更高的方案正交频分复用（OFDM），这种方案下没有设置保护带，信道带宽被分成许多独立发送数据的子载波。子载波的设计使得在它中心采样不会受到它邻居的干扰，为了正常工作需要设置一个保护时间，以便获得所需的频率响应，这种开销远小于保护带所需的开销。
FDM曾经被电话系统用来复用电话呼叫，后来被其他技术取代，但电话网、蜂窝网络、地面无线和卫星网络仍然在使用更高层粒度的FDM

时分复用（TDM）

TDM，在这种方式下，用户循环的方式轮流工作。每个用户周期性地获得整个带宽非常短的一个时间。
每个输入流的比特从一个固定的时间槽中被取出并输出到混合流中，混合流以各个流速率的总和速度发送，这种工作要求输入流在时间上必须同步，类似于频率保护带，为了适应时钟的微小变化可能要增加保护时间。
TDM被广泛用于电话网络和蜂窝网络。
有一种被叫做统计时分复用（STDM）的策略和TDM有着根本的差别，STDM没有固定的调度模式，它根据需求产生。

码分复用（CDM）

和FDM、TDM完全不同的工作方式。CDM是扩展频谱通信的一种形式，它能容忍干扰，且允不同用户的多个信道共享相同的频带。
它也被称为码多分址（CMDA），它允许每个站利用整个频段发送信号，而且没有任何时间限制。
其原理是利用编码理论可以将多个并发的传输分开，不再假设冲突帧被完全丢掉，相反它假设多个信号可以线性叠加。
这种方法运用了高超的数学方法，原则上，在计算力足够的情况下只要接受方并发的为每个发送方运行相应的解码算法就可以一次收听到所有发送方发出的信息，但现实生活中并不容易实现。
CDMA被应用于蜂窝网络、卫星通讯和有线电视网络。