復用技術(shù)頻分復用

頻分復用(FDM，F(xiàn)requency Division Multiplexing)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個子頻帶(或稱子信道)，每一個子信道傳輸1路信號。頻分復用要求總頻率寬度大于各個子信道頻率之和，同時為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_，應在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號互不干擾(條件之一)。頻分復用技術(shù)的特點是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械姆绞焦ぷ?，每一路信號傳輸時可不考慮傳輸時延，因而頻分復用技術(shù)取得了非常廣泛的應用。頻分復用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分復用(FDM)外，還有一種是正交頻分復用(OFDM)。

1.1傳統(tǒng)的頻分復用

傳統(tǒng)的頻分復用典型的應用莫過于廣電HFC網(wǎng)絡電視信號的傳輸了，不管是模擬電視信號還是數(shù)字電視信號都是如此，因為對于數(shù)字電視信號而言，盡管在每一個頻道(8 MHz)以內(nèi)是時分復用傳輸?shù)?，但各個頻道之間仍然是以頻分復用的方式傳輸?shù)摹?

1.2正交頻分復用

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)實際是一種多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)。OFDM全部載波頻率有相等的頻率間隔，它們是一個基本振蕩頻率的整數(shù)倍，正交指各個載波的信號頻譜是正交的。

OFDM系統(tǒng)比FDM系統(tǒng)要求的帶寬要小得多。由于OFDM使用無干擾正交載波技術(shù)，單個載波間無需保護頻帶，這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，OFDM技術(shù)可動態(tài)分配在子信道中的數(shù)據(jù)，為獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量，多載波調(diào)制器可以智能地分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。目前OFDM技術(shù)已被廣泛應用于廣播式的音頻和視頻領(lǐng)域以及民用通信系統(tǒng)中，主要的應用包括：非對稱的數(shù)字用戶環(huán)線(ADSL)、數(shù)字視頻廣播(DVB)、高清晰度電視(HDTV)、無線局域網(wǎng)(WLAN)和第4代(4G)移動通信系統(tǒng)等。

時分復用(TDM，Time Division Multiplexing)就是將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時間片(簡稱時隙)，并將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內(nèi)獨占信道進行數(shù)據(jù)傳輸。時分復用技術(shù)的特點是時隙事先規(guī)劃分配好且固定不變，所以有時也叫同步時分復用。其優(yōu)點是時隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸；缺點是當某信號源沒有數(shù)據(jù)傳輸時，它所對應的信道會出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無法占用這個空閑的信道，因此會降低線路的利用率。時分復用技術(shù)與頻分復用技術(shù)一樣，有著非常廣泛的應用，電話就是其中最經(jīng)典的例子，此外時分復用技術(shù)在廣電也同樣取得了廣泛地應用，如SDH，ATM，IP和HFC網(wǎng)絡中CM與CMTS的通信都是利用了時分復用的技術(shù)。

典型的SDH復用結(jié)構(gòu)如圖1所示。

從圖的右邊往左看，就是一個復用過程，能看到低速支路信號（例如2 Mbit/s、34 Mbit/s、140 Mbit/s）通過層層復用，最終復用進SDH的VC-4信號中。同時N個VC4也可以復用成STM-N信號。

如果從圖的左邊往右看，則是一個解復用過程，STM-N信號能夠解復用出N個VC4信號，并最終解復用出低速支路信號。

光通信是由光來運載信號進行傳輸?shù)姆绞?。在光通信領(lǐng)域，人們習慣按波長而不是按頻率來命名。因此，所謂的波分復用(WDM，Wavelength Division Multiplexing)其本質(zhì)上也是頻分復用而已。

WDM是在1根光纖上承載多個波長(信道)系統(tǒng)，將1根光纖轉(zhuǎn)換為多條“虛擬”纖，當然每條虛擬纖獨立工作在不同波長上，這樣極大地提高了光纖的傳輸容量。由于WDM系統(tǒng)技術(shù)的經(jīng)濟性與有效性，使之成為當前光纖通信網(wǎng)絡擴容的主要手段。波分復用技術(shù)作為一種系統(tǒng)概念，通常有3種復用方式，即1 310 nm和1 550 nm波長的波分復用、粗波分復用(CWDM，Coarse Wavelength Division Multiplexing)和密集波分復用(DWDM，Dense Wavelength Division Multiplexing)。

(1)1 310 nm和1 550 nm波長的波分復用

這種復用技術(shù)在20世紀70年代初時僅用兩個波長：1 310 nm窗口一個波長，1 550 nm窗口一個波長，利用WDM技術(shù)實現(xiàn)單纖雙窗口傳輸，這是最初的波分復用的使用情況。

(2)粗波分復用

繼在骨干網(wǎng)及長途網(wǎng)絡中應用后，波分復用技術(shù)也開始在城域網(wǎng)中得到使用，主要指的是粗波分復用技術(shù)。CWDM使用1 200~1 700 nm的寬窗口，目前主要應用波長在1 550 nm的系統(tǒng)中，當然1 310 nm波長的波分復用器也在研制之中。粗波分復用(大波長間隔)器相鄰信道的間距一般≥20 nm，它的波長數(shù)目一般為4波或8波，最多16波。當復用的信道數(shù)為16或者更少時，由于CWDM系統(tǒng)采用的DFB激光器不需要冷卻，在成本、功耗要求和設(shè)備尺寸方面，CWDM系統(tǒng)比DWDM系統(tǒng)更有優(yōu)勢，CWDM越來越廣泛地被業(yè)界所接受。CWDM無需選擇成本昂貴的密集波分解復用器和“光放”EDFA，只需采用便宜的多通道激光收發(fā)器作為中繼，因而成本大大下降。如今，不少廠家已經(jīng)能夠提供具有2~8個波長的商用CWDM系統(tǒng)，它適合在地理范圍不是特別大、數(shù)據(jù)業(yè)務發(fā)展不是非?？斓某鞘惺褂谩?

(3)密集波分復用

密集波分復用技術(shù)(DWDM)可以承載8～160個波長，而且隨著DWDM技術(shù)的不斷發(fā)展，其分波波數(shù)的上限值仍在不斷地增長，間隔一般≤1.6 nm，主要應用于長距離傳輸系統(tǒng)。在所有的DWDM系統(tǒng)中都需要色散補償技術(shù)(克服多波長系統(tǒng)中的非線性失真——四波混頻現(xiàn)象)。在16波DWDM系統(tǒng)中，一般采用常規(guī)色散補償光纖來進行補償，而在40波DWDM系統(tǒng)中，必須采用色散斜率補償光纖補償。DWDM能夠在同一根光纖中把不同的波長同時進行組合和傳輸，為了保證有效傳輸，一根光纖轉(zhuǎn)換為多根虛擬光纖。目前，采用DWDM技術(shù)，單根光纖可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量高達400 Gbit/s，隨著廠商在每根光纖中加入更多信道，每秒太位的傳輸速度指日可待。

碼分復用(CDM，Code Division Multiplexing)是靠不同的編碼來區(qū)分各路原始信號的一種復用方式，主要和各種多址技術(shù)結(jié)合產(chǎn)生了各種接入技術(shù)，包括無線和有線接入。例如在多址蜂窩系統(tǒng)中是以信道來區(qū)分通信對象的，一個信道只容納1個用戶進行通話，許多同時通話的用戶，互相以信道來區(qū)分，這就是多址。移動通信系統(tǒng)是一個多信道同時工作的系統(tǒng)，具有廣播和大面積覆蓋的特點。在移動通信環(huán)境的電波覆蓋區(qū)內(nèi)，建立用戶之間的無線信道連接，是無線多址接入方式，屬于多址接入技術(shù)。聯(lián)通CDMA(Code Division Multiple Access)就是碼分復用的一種方式，稱為碼分多址，此外還有頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)和同步碼分多址(SCDMA)。

(1)FDMA

FDMA頻分多址采用調(diào)頻的多址技術(shù)，業(yè)務信道在不同的頻段分配給不同的用戶。FDMA適合大量連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)的接入，單純采用FDMA作為多址接入方式已經(jīng)很少見。目前中國聯(lián)通、中國移動所使用的GSM移動電話網(wǎng)就是采用FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合。

(2)TDMA時分多址

TDMA時分多址采用了時分的多址技術(shù)，將業(yè)務信道在不同的時間段分配給不同的用戶。TDMA的優(yōu)點是頻譜利用率高，適合支持多個突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。除中國聯(lián)通、中國移動所使用的GSM移動電話網(wǎng)采用FDMA和TDMA兩種方式的結(jié)合外，廣電HFC網(wǎng)中的CM與CMTS的通信中也采用了時分多址的接入方式(基于DOCSIS1.0或1.1和Eruo DOCSIS1.0或1.1)。

(3)CDMA碼分多址

CDMA是采用數(shù)字技術(shù)的分支——擴頻通信技術(shù)發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)，它是在FDM和TDM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。FDM的特點是信道不獨占，而時間資源共享，每一子信道使用的頻帶互不重疊；TDM的特點是獨占時隙，而信道資源共享，每一個子信道使用的時隙不重疊；CDMA的特點是所有子信道在同一時間可以使用整個信道進行數(shù)據(jù)傳輸，它在信道與時間資源上均為共享，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。CDMA的技術(shù)原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼(PN)進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。CDMA碼分多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務、軟切換等，正受到越來越多的運營商和用戶的青睞。

(4)同步碼分多址技術(shù)

同步碼分多址(SCDMA，Synchrnous Code Division Multiplexing Access)指偽隨機碼之間是同步正交的，既可以無線接入也可以有線接入，應用較廣泛。廣電HFC網(wǎng)中的CM與CMTS的通信中就用到該項技術(shù)，例如美國泰立洋公司(Terayon)和北京凱視通電纜電視寬帶接入，結(jié)合ATDM(高級時分多址)和SCDMA上行信道通信(基于DOCSIS2.0或Eruo DOCSIS2.0)。

中國第3代移動通信系統(tǒng)也采用同步碼分多址技術(shù)，它意味著代表所有用戶的偽隨機碼在到達基站時是同步的，由于偽隨機碼之間的同步正交性，可以有效地消除碼間干擾，系統(tǒng)容量方面將得到極大的改善，它的系統(tǒng)容量是其他第3代移動通信標準的4～5倍。

在同一根光纖中同時讓兩個或兩個以上的光波長信號通過不同光信道各自傳輸信息，稱為光波分復用技術(shù)，簡稱WDM。光波分復用包括頻分復用和波分復用。光頻分復用（frequency-division multiplexing,FDM）技術(shù)和光波分復用（WDM）技術(shù)無明顯區(qū)別，因為光波是電磁波的一部分，光的頻率與波長具有單一對應關(guān)系。通常也可以這樣理解，光頻分復用指光頻率的細分,光信道非常密集。光波分復用指光頻率的粗分，光信道相隔較遠，甚至處于光纖不同窗口。

碼分復用FDMA

FDMA頻分多址采用調(diào)頻的多址技術(shù)，業(yè)務信道在不同的頻段分配給不同的用戶。FDMA適合大量連續(xù)非突發(fā)性數(shù)據(jù)的接入，單純采用FDMA作為多址接入方式已經(jīng)很少見。

碼分復用TDMA時分多址

TDMA時分多址采用了時分的多址技術(shù)，將業(yè)務信道在不同的時間段分配給不同的用戶。TDMA的優(yōu)點是頻譜利用率高，適合支持多個突發(fā)性或低速率數(shù)據(jù)用戶的接入。

碼分復用CDMA碼分多址

CDMA是采用數(shù)字技術(shù)的分支——擴頻通信技術(shù)發(fā)展起來的一種嶄新而成熟的無線通信技術(shù)，它是在FDM和TDM的基礎(chǔ)上發(fā)展起來的。FDM的特點是信道獨占，而時間資源共享，每一子信道使用的頻帶互不重疊；TDM的特點是獨占時隙，而信道資源共享，每一個子信道使用的時隙不重疊；CDMA的特點是所有子信道在同一時間可以使用整個信道進行數(shù)據(jù)傳輸，它在信道與時間資源上均為共享，因此，信道的效率高，系統(tǒng)的容量大。CDMA的技術(shù)原理是基于擴頻技術(shù)，即將需傳送的具有一定信號帶寬的信息數(shù)據(jù)用一個帶寬遠大于信號帶寬的高速偽隨機碼(PN)進行調(diào)制，使原數(shù)據(jù)信號的帶寬被擴展，再經(jīng)載波調(diào)制并發(fā)送出去；接收端使用完全相同的偽隨機碼，與接收的帶寬信號作相關(guān)處理，把寬帶信號換成原信息數(shù)據(jù)的窄帶信號即解擴，以實現(xiàn)信息通信。CDMA碼分多址技術(shù)完全適合現(xiàn)代移動通信網(wǎng)所要求的大容量、高質(zhì)量、綜合業(yè)務、軟切換等，正受到越來越多的運營商和用戶的青睞。

碼分復用同步碼分多址技術(shù)

同步碼分多址(SCDMA，Synchrnous Code Division Multiple Access)指偽隨機碼之間是同步正交的，既可以無線接入也可以有線接入，應用較廣泛，它意味著代表所有用戶的偽隨機碼在到達基站時是同步的，由于偽隨機碼之間的同步正交性，可以有效地消除碼間干擾，系統(tǒng)容量方面將得到極大的改善，它的系統(tǒng)容量是其他第3代移動通信標準的4～5倍。

光波分復用一般應用波長分割復用器和解復用器（也稱合波/分波器）分別置于光纖兩端，實現(xiàn)不同光波的耦合與分離。這兩個器件的原理是相同的。光波分復用器的主要類型有熔融拉錐型，介質(zhì)膜型，光柵型和平面型四種。其主要特性指標為插入損耗和隔離度。通常，由于光鏈路中使用波分復用設(shè)備后，光鏈路損耗的增加量稱為波分復用的插入損耗。當波長L1,L2通過同一光纖傳送時，在與分波器中輸入端L2的功率與L1輸出端光纖中混入的功率之間的差值稱為隔離度。