通信技术中的"复用"

“复用”是通信技术中常用的名词，是指能在同一传输媒质中同时传输多路信号的技术，用以提高通信线路的利用率。常用的方式有频分复用、时分复用、码分复用等。

　　 频分复用是利用不同的频率使不同的信号同时传送而互不干扰；

　　 时分复用是利用不同的时隙使不同的信号同时传送而互不干扰；

　　 码分复用是利用各路信号的代码相互正交而实现互不干扰。

　　

频分复用

　　频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)。

　　传统的频分复用

　　传统的频分复用典型的应用莫过于广电HFC网络电视信号的传输了，不管是模拟电视信号还是数字电视信号都是如此，因为对于数字电视信号而言，尽管在每一个频道(8 MHz)以内是时分复用传输的，但各个频道之间仍然是以频分复用的方式传输的。

　　正交频分复用

　　OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)实际是一种多载波数字调制技术。OFDM全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个基本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。

　　OFDM系统比FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。另外，OFDM技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。目前OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：非对称的数字用户环线(ADSL)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)和第4代(4G)移动通信系统等。

 

时分复用

　　时分复用(Time Division Multiplexer,TDM)是把一个传输通道进行时间分割以传送若干话路的信息，把N个话路设备接到一条公共的通道上，按一定的次序轮流的给各个设备分配一段使用通道的时间。当轮到某个设备时，这个设备与通道接通，执行操作。与此同时，其它设备与通道的联系均被切断。待指定的使用时间间隔一到，则通过时分多路转换开关把通道联接到下一个要连接的设备上去。时分制通信也称时间分割通信，它是数字电话多路通信的主要方法，因而PCM通信常称为时分多路通信。

　　TDM包括同步时分复用和统计时分复用。

 

那么“统计复用”是用什么方法来使多路信号同在一个媒体中传送而不相互干扰的呢？

　　“统计复用”实际上也是时分复用技术的一种。全称叫做“统计时分多路复用”，简称STDM，又称“异步时分多路复用”。所谓“异步”或是“统计”，是因为它利用公共信道“时隙”的方法与传统的时分复用方法不同，传统的时分复用接入的每个终端都固定地分配了一个公共信道的一个时隙，是对号入座的，不管这个终端是否正在工作都占用着这个时隙，这就使时隙常常被浪费掉了。因为终端和时隙是“对号入座”的，所以它们是“同步”的。而异步时分复用或统计时分复用是把公共信道的时隙实行“按需分配”，即只对那些需要传送信息或正在工作的终端才分配给时隙，这样就使所有的时隙都能饱满地得到使用，可以使服务的终端数大于时隙的个数，提高了媒质的利用率，从而起到了“复用”的作用。统计分析，统计复用可比传统的时分复用提高传输交率2-4倍。这种复用的主要特点是动态地分配信道时隙，所以统计复用又可叫做“动态复用”。

　　统计复用只要应用于数字电视节目复用器和分组交换网。

　　在数字电视领域中，复用可分为一般复用和统计复用。一般复用即将输入的多个TS流的信息汇总成一个比特率更高的TS流输出，不改变各TS流中所含节目信息的比特率。而统计复用则可分析各输入节目的具体情况，按需分配，使有限的比特率能尽可能合理的在所有的节目间进行动态分配，以达到压缩总比特率而尽量不影响节目质量的目的。

　　在数字电视中，统计复用分两种，一种是一般的统计复用，它是根据编码器压缩所需要的码率与图象内容之间的关系，固定复用器输出总码率的情况下，对多个视频流进行联合控制，达到多视频流尽量合理的共享总码率。它必须是编码器与复用器联合工作，且编码器必须具有动态码率控制的功能。 另一种是统计再复用，它是对输入的TS流（不管来自何处）进行分析后，得出哪些ES图象成分此刻为低速，哪些ES（图象）成分此刻为高速，然后再据此对TS流中数据的进行处理，使低速成分占用更低的比特率，而高速成分占用高比特率（以此执行虚拟的解/编码过程），且其总输出码率是固定的，无须与编码器联合工作。 显然后一种方式的性/价比更高，据了解约为前者价格的1/5。而且后一种方式中的码率压缩器可在带宽不紧张时不用。

码分复用

　　码分复用(CDM，Code Division Multiplexing)是靠不同的编码来区分各路原始信号的一种复用方式，主要和各种多址技术结合产生了各种接入技术，包括无线和有线接入。例如在多址蜂窝系统中是以信道来区分通信对象的，一个信道只容纳1个用户进行通话，许多同时通话的用户，互相以信道来区分，这就是多址。移动通信系统是一个多信道同时工作的系统，具有广播和大面积覆盖的特点。在移动通信环境的电波覆盖区内，建立用户之间的无线信道连接，是无线多址接入方式，属于多址接入技术。联通CDMA(Code Division Multiple Access)就是码分复用的一种方式，称为码分多址，此外还有频分多址(FDMA)、时分多址(TDMA)和同步码分多址(SCDMA)。

　　(1)FDMA

　　FDMA频分多址采用调频的多址技术，业务信道在不同的频段分配给不同的用户。FDMA适合大量连续非突发性数据的接入，单纯采用FDMA作为多址接入方式已经很少见。目前中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网就是采用FDMA和TDMA两种方式的结合。

　　(2)TDMA时分多址

　　TDMA时分多址采用了时分的多址技术，将业务信道在不同的时间段分配给不同的用户。TDMA的优点是频谱利用率高，适合支持多个突发性或低速率数据用户的接入。除中国联通、中国移动所使用的GSM移动电话网采用FDMA和TDMA两种方式的结合外，广电HFC网中的CM与CMTS的通信中也采用了时分多址的接入方式(基于DOCSIS1.0或1.1和Eruo DOCSIS1.0或1.1)。

　　(3)CDMA码分多址

　　CDMA是采用数字技术的分支――扩频通信技术发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，它是在FDM和TDM的基础上发展起来的。FDM的特点是信道不独占，而时间资源共享，每一子信道使用的频带互不重叠；TDM的特点是独占时隙，而信道资源共享，每一个子信道使用的时隙不重叠；CDMA的特点是所有子信道在同一时间可以使用整个信道进行数据传输，它在信道与时间资源上均为共享，因此，信道的效率高，系统的容量大。CDMA的技术原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码(PN)进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去；接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA码分多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。

　　(4)同步码分多址技术

　　同步码分多址(SCDMA，Synchrnous Code Division Multiplexing Access)指伪随机码之间是同步正交的，既可以无线接入也可以有线接入，应用较广泛。广电HFC网中的CM与CMTS的通信中就用到该项技术，例如美国泰立洋公司(Terayon)和北京凯视通电缆电视宽带接入，结合ATDM(高级时分多址)和SCDMA上行信道通信(基于DOCSIS2.0或Eruo DOCSIS2.0)。

　　中国第3代移动通信系统也采用同步码分多址技术，它意味着代表所有用户的伪随机码在到达基站时是同步的，由于伪随机码之间的同步正交性，可以有效地消除码间干扰，系统容量方面将得到极大的改善，它的系统容量是其他第3代移动通信标准的4～5倍。