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频分多路复用、时分多路复用和统计时分多路复用三种方法

2016-2-19 19:11| 编辑:电工学习网| 查看: 11371| 评论: 0

多路复用是把两个以上的单独信号合并起来。同时在一条通信线路上进行传输。多路复用的方法很多,这里主要介绍频分多路复用、时分多路复用和统计时分多路复用三种方法。

首先介绍频分多路复用,简称FDM,频分多路复用是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制,然后在传输介质上进行传输,这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号。之前介绍的宽带信号主要的实现方法就是频分多路复用。

其次介绍时分多路复用,时分多路复用利用每个信号在时间上交叉,可以在一个传输通路上传输多个数字信号。时分多路复用 的特点是每个信号都是基带信号,通过轮流使用时隙,实现多路复用。

最后介绍统计时分多路复用,统计时分多路复用是在时分多路复用基础上,动态按需分配时隙。多路复用还有波分、码分等方法,请同学们查阅资料进行了解。

波分复用WDM是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器,Multiplexer)汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;在接收端,经解复用器(亦称分波器或称去复用器,Demultiplexer)将各种波长的光载波分离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。  

在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM


光波分复用包括频分复用和波分复用

光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。光波分复用指光频率的粗分,光信道相隔较远,甚至处于光纤不同窗口。

光波分复用一般应用波长分割复用器和解复用器(也称合波/分波器)分别置于光纤两端,实现不同光波的耦合与分离。这两个器件的原理是相同的。

波分复用器

光波分复用器的主要类型有熔融拉锥型,介质膜型,光栅型和平面型四种

光波分复用器充分利用光纤的低损耗波段,增加光纤的传输容量,使一根光纤传送信息的物理限度增加一倍至数倍。目前我们只是利用了光纤低损耗谱(1310nm-1550nm)极少一部分,波分复用可以充分利用单模光纤的巨大带宽约25THz,传输带宽充足。

具有在同一根光纤中,传送2个或数个非同步信号的能力,有利于数字信号和模拟信号的兼容,与数据速率和调制方式无关,在线路中间可以灵活取出或加入信道。

对已建光纤系统,尤其早期铺设的芯数不多的光缆,只要原系统有功率余量,可进一步增容,实现多个单向信号或双向信号的传送而不用对原系统作大改动,具有较强的灵活性。

由于大量减少了光纤的使用量,大大降低了建设成本、由于光纤数量少,当出现故障时,恢复起来也迅速方便。

有源光设备的共享性,对多个信号的传送或新业务的增加降低了成本。系统中有源设备得到大幅减少,这样就提高了系统的可靠性。

由于多路载波的光波分复用对光发射机、光接收机等设备要求较高,技术实施有一定难度,同时多纤芯光缆的应用对于传统广播电视传输业务未出现特别紧缺的局面,因而WDM的实际应用还不多。但是,随着有线电视综合业务的开展,对网络带宽需求的日益增长,各类选择性服务的实施、网络升级改造经济费用的考虑等等,WDM的特点和优势在CATV传输系统中逐渐显现出来,表现出广阔的应用前景,甚至将影响CATV网络的发展格局。

在模拟载波通信系统中,通常采用频分复用方法提高系统的传输容量,充分利用电缆的带宽资源,即在同一根电缆中同时传输若干个信道的信号,接收端根据各载波频率的不同,利用带通滤波器就可滤出每一个信道的信号。同样,在光纤通信系统中也可以采用光的频分复用的方法来提高系统的传输容量,在接收端采用解复用器(等效于光带通滤波器)将各信号光载波分开。由于在光的频域上信号频率差别比较大,一般采用波长来定义频率上的差别,该复用方法称为波分复用。

WDM技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源,根据每一信道光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道,把光波作为信号的载波,在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。在接收端,再由一波分复用器(分波器)将这些不同波长承载不同信号的光载波分开的复用方式。由于不同波长的光载波信号可以看作互相独立(不考虑光纤非线性时),从而在一根光纤中可实现多路光信号的复用传输。将两个方向的信号分别安排在不同波长传输即可实现双向传输。根据波分复用器的不同,可以复用的波长数也不同,从2个至几十个不等,一般商用化是8波长和16波长系统,这取决于所允许的光载波波长的间隔大小。

WDM本质上是光频上的频分复用FDM技术,每个波长通路通过频域的分割实现。每个波长通路占用一段光纤的带宽,与过去同轴电缆FDM技术不同的是:(1)传输媒质不同,WDM系统是光信号上的频率分割,同轴系统是电信号上的频率分割利用。(2)在每个通路上,同轴电缆系统传输的是模拟信号4KHz语音信号,而WDM系统目前每个波长通路上是数字信号SDH2.5Gb/s或更高速率的数字系统。

WDM技术具有很多优势,得到快速发展。可利用光纤的带宽资源,使一根光纤的传输容量比单波长传输增加几倍至几十倍;多波长复用在单模光纤中传输,在大容量长途传输时可大量节约光纤;对于早期安装的电缆,芯数较少,利用波分复用无需对原有系统作较大的改动即可进行扩容操作;由于同一光纤中传输的信号波长彼此独立,因而可以传输特性完全不同的信号,完成各种电信业务信号的综合与分离,包括数字信号和模拟信号,以及PDH信号和SDH信号的综合与分离;波分复用通道对数据格式透明,即与信号速率及电调制方式无关。

一个WDM系统可以承载多种格式的“业务”信号,如ATMIP等;在网络扩充和发展中,是理想的扩容手段,也是引入宽带新业务(例如CATVHDTVB-ISDN等)的有利手段,增加一个附加波长即可引入任意想要的新业务或新容量;利用WDM技术实现网络交换和恢复,从而可能实现未来透明的、具有高度生存性的光网络;在国家骨干网的传输时,EDFA的应用可以减少长途干线系统SDH中继器的数目,从而减少成本。

WDM技术为基础的具有分插复用和交叉连接功能的光传输网具有易于重构、良好的扩展性等优势,已成为未来高速传输网的发展方向,很好的解决下列技术问题有利于其实用化。

WDM是一项新的技术,其行业标准制定较粗,因此不同商家的WDM产品互通性极差,特别是在上层的网络管理方面。为了保证WDM系统在网络中大规模实施,需保证WDM系统间的互操作性以及WDM系统与传统系统间互连、互通,因此应加强光接口设备的研究。

WDM系统的网络管理,特别是具有复杂上/下通路需求的WDM网络管理不是很成熟。在网络中大规模采用需要对WDM系统进行有效网络管理。例如在故障管理方面,由于WDM系统可以在光通道上支持不同类型的业务信号,一旦WDM系统发生故障,操作系统应能及时自动发现,并找出故障原因;目前为止相关的运行维护软件仍不成熟;在性能管理方面,WDM系统使用模拟方式复用及放大光信号,因此常用的比特误码率并不适用于衡量WDM的业务质量,必须寻找一个新的参数来准确衡量网络向用户提供的服务质量等。

一些重要光器件的不成熟将直接限制光传输网的发展,如可调谐激光器等。通常光网络中需要采用46个能在整个网络中进行调谐的激光器,但目前这种可调谐激光器还很难商用化。

综上,介绍了波分复用,波分复用技术就是为了充分利用单模光纤低损耗区带来的巨大带宽资源,根据每一信道光波的频率(或波长)不同可以将光纤的低损耗窗口划分成若干个信道,把光波作为信号的载波,在发送端采用波分复用器(合波器)将不同规定波长的信号光载波合并起来送入一根光纤进行传输。

码分复用,CDM,用一组包含互相正交的码字的码组携带多路信号。采用同一波长的扩频序列,频谱资源利用率高,与WDM结合,可以大大增加系统容量。频谱展宽是靠与信号本身无关的一种编码来完成的。称频谱展宽码为特征码或密钥,有时也称为地址码。

码分复用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)

码分多址系统为每个用户分配了各自特定的地址码,利用公共信道来传输信息。CDMA系统的地址码相互具有准正交性,以区别地址,而在频率、时间和空间上都可能重叠。也就是说,每一个用户有自己的地址码,这个地址码用于区别每一个用户,地址码彼此之间是互相独立的,也就是互相不影响的,但是由于技术等种种原因,我们采用的地址码不可能做到完全正交,即完全独立,相互不影响,所以称为准正交,由于有地址码区分用户,所以我们对频率、时间和空间没有限制,在这些方面他们可以重叠。

利用多个掩码序列的其中一个对多个符号流的每一个进行编码,该已掩码的符号流被组合以形成码分复用(CDM)信号,并且利用另一个掩码序列该CDM信号被进一步地进行掩码,用于与一个和多个附加的信号进行码分复用,以发送到远程站。

在另一个实施例中,根据经掩码的符号流形成了多个CDM信号,并且所述多个CDM信号在进一步进行掩码之前被时分复用(TDM)。在其它实施例中,解掩码和解复用被执行来恢复一个或多个符号流。也提出了其它不同的方面。这些方面具有的优点有:提供了对反向链路容量的有效利用,适应诸如低时延、高吞吐量或者不同服务质量这样的变化的需求,并且减小了提供这些优点的前向和反向链路开销,这样就避免了干扰过多和容量增加。

码分多路复用也是一种共享信道的方法,每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信,但使用的是基于码型的分割信道的方法,即每个用户分配一个地址码,各个码型互不重叠,通信各方之间不会相互干扰,且抗干拢能力强。码分多路复用技术主要用于无线通信系统,特别是移动通信系统。它不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性以及减少干扰对通信的影响,而且增大了通信系统的容量.笔记本电脑或个人数字助理(PersonalDataAssistantPDA)以及掌上电脑(HandedPersonalCOmputerHPC)等移动性计算机的联网通信就是使用了这种技术。

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FDMTDM的基础上发展起来的。FDM的特点是信道独占,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。

同步码分多址(SCDMASynchrnous Code DivisionMultiplexing 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CMCMTS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)SCDMA上行信道通信(基于DOCSIS2.0Eruo 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45倍。

综上,介绍了码分复用,码分复用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。

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