信道复用技术与应用

到技创业信道复用技术与应用李向辉(湖南科技大学湖南湘潭411201)摘要信道复用技术广泛地应用于各个通信领域和各类通信线路上。它是充分利用通信信道頻带资源提高通信效率、降低通信成本的有效手段。文章就信道复用技术的理论基础和频分复用、时分复用、码分复用三类信蘧复用技术的原理进行了分析,并介绍了这些复用技术理论在卫星通信等方面的应用情况。关键词信道复用技术频分复用时分复用码分复中图分类号TN914.5文献标识码A在数据通信中,如果一条通信线路只系,通过投影或点乘的方法把N个信号分能为一路信号所使用,那么其他用户因为离出来。不能使用通信线路而不能得到服务,造成早已广泛使用的频率分割和时间分较高的通信成本。信道复用技术的使用极割,在理想条件下都是正交分割的例子。但大地提高了信道的传输效率,取得了广泛这里的投影实际上是用滤波器或门电路来应用。多路复用技术就是在发送端将多路实现,不在滤波器通带内或不在门电路开信号进行组合,使得在一条通信线路上能门时间内采集到的信号输出为零。这和正够同时传输若干路信号,然后在一条专用附图矢量坐标图交投影的结果是相同的,即与点积运算中的物理信道上实现传输,接收端再将组合COS=0(相当于θ=90°)的结果相同。应当信号分离出来。本文主要从信道复用技术量A和B,只要取C在X轴及Y轴上的投指出,由于实际条件限制,理想的正交分割的基本原理及其应用方面作一些讨论。影即可。这是因为A在Y轴上的投影是总是难以实现的,实际上都是近似正交分1信道复用技术的理论基础零,而B在X轴上的投影也是零。这时称割,或者说是“准正交分割”。由于分割的准A和B是相互正交。上图中A矢量的长度正交性,复用的各个信号之间总存在一定信道复用技术有两个大的类型:①射为a时,用一组坐标值(a0)就能充分描述程度的互相干扰。随着复用信号个数的增频信道复用技术称为多址通信;②群频信矢量A。同理,矢量B的长度为b,则描述加,这种干扰也将加大。当复用信号个数超道复用技术,即多路通信。这两类通信的基矢量B的坐标值是(0,b)。近代数学把这种过一定界限时,相互干扰将使各路信息的本原理是相同的,只是由于应用场合的不正交概念推广到N维空间,也就是用N个传输变得不再可能同而各有其自身的特点。各个信号因为有坐标值代表一个N维矢量,仍可建立正交从20世纪40-50年代开始,美苏等国其共性而能在一个信道内进行复合传输;概念。但这时其投影已无法用几何制图法就开始大力研究、开发使用信道复用通信还因为有其个性而又能从复合信号中各个来说明,常用矢量的点积来表示。例如附图技术,到60~70年代,信道复用技术已在军分离出来。因此,要使各信号能在一起复中,C对A的投影,就可用C·A=Cl·A事等多个领域的多种型式的通信线路上得用就要设法使各信号之间存在差别,这就COs来表示。若任何两个N维矢量之间到应用。伴随着电子计算机科学技术以及要事先对信号进行一些包装性设计。的点积为零,则可称为互相正交网络技术的高速发展,信道复用技术已经应当如何对信道输入端的多路信号分取样定理可知,在一个时间T内,任广泛用于各类信息传输网络。信道复用技别进行设计,才能在信道输出端对多路信何限频信号总可以用2FT个(F为信号的术的类型和应用的方式比较多,本文从多号实现有效地分离还原呢?信号的线性分频带)样点值来代表,也就是可以用一个路复用技术和多址通信两个方面作一些介割理论指出:实现有效分离的充分与必要2FT维的矢量来代表。任何二个限频信号绍条件是各个信号应互相线性无关,也就是之间相互正交概念就完全可用上述的点积说各个信号应互为正交,形成正交信号组。来表达,而合并后的相互正交信号组,也就2多路复用技术相互垂直的两个矢量可称为相互正交。例可以用投影或点乘的方法分离出来。满足多路复用技术主要包括频分复用、时如,在平面上的两个矢量A和B(见附图)。上述正交条件的信号与分割,一般称为正分复用和码分复用三种型式令A在X轴上,B在Y轴上,显然它交分割。因此,为了使N个中国煤化工频率分割是信号分割原们是互相正交。用平行四边形法把它们合一个信道,则要在接收端设一t基本原理是使各个信号成为矢量C。那么要从矢量C反过来求矢接收的正交信号组相对应的eTHCNMHG不重选,在接收端通过作者简介:李向辉(1965-),男,湖南科技大学高级工程师,研究方向:工商管理收稿日期:2006-05-12I7方数据业月刊20060年第7期应用技术滤波器把这些信号分离出来。由于这些信或时间,而是信号的波形,即码的结构。由星组织通信卫星公司、电信卫星公司、欧洲号的频段在频率轴上不重迭,我们就认为于各信号的频谱或时间或二者都不再是互空间技术中心欧洲空间局等组织以及法它们形成了正交信号组。最典型的应用例不重迭,因此,信号的分割就不那么直观。国、德国和加拿大等国都采用这种通信方子就是载波电话。载波电话中将每路音频码分多路复用技术是在发信端对各信号先式,并不断加强对这方面技术的研发使用带300-3400(Hz)对一定载波调制,取其分割进行某种编码变换,使变换以后的各码分多址通信的特点是各站所发的信下边带组成60-108(kHa的12路标准群,路信号形成某种正交信号组,然后混合传号往往同时占用整个转发器的頻带,而发称为基群,这就是12路载波电路。那么60输。收端使收到的复合信号与参考正交信射的时间是任意的。所以,各个地面站所发路的载波电话是由5个12路的载波电话号组中每个信号分别作点积;由于两个信射出的信号,在时间上和频率上都可能会基群组成,而1800路的载波电话是由30号矢量相同时它们的点积等于1,两个信相互重迭,信号的分割是靠它们在码型(波个60路载波经过频谱搬移迭加而成。在频号矢量相互正交时它们的点积等于零,利形)结构上的正交特性来区分的。因此,它分复用技术下,多个用户可共享一个物理用收到的复合信号中所含各个信号的正交的技术依据就是信道码分复用技术。对于通信信道,达到信道复用,提高信道传输效性,就可以从复合信号中分离出各个信号某一个地面站发出的信号,只有与之相匹率的作用。但模拟传输仍然是效率最低的来。从正交的定义可以得知符合正交条件配的接收机能够检测到它。这种多址通信络,这主要体现在模拟信道每次只能一的正交系是很多的。如三角函数正交系、沃信号的基本调制方式是扩频调制,即发射个用户使用,使得带宽得不到充分用。此尔什函数和正交多项式等。这三种正交系信号所占带宽比基带信息大几十倍,甚至外,频分复用信道大于通常需要的特定数都早已在实际技术中得到了应用。而且,码上百倍,所以码分多址又称频谱展宽多址。字压缩信道,且对于通信沉默过程来说,此分复用的具体方式繁多,无论在模拟或数因此,这种通信方式具有频谱展宽系统很时的信道是浪费的。另外模拟信号对噪声字信号传输方面都得到了广泛的应用。多的优点,例如抗干扰能力强、保密性好较为敏感,白噪声也不能被过滤出来解调信号的设备比较简单,通信的接续相(2)时分复用技术。时间分割的参量是3多址通信技术当灵活,只要用户数不超过额定界限,任何信号占用的时间,如果能使复用的各信号多址通信技术就是通信网中各个通信个通信站的加入或退出都十分灵活方在时间上互不重迭,它们就形成了一组正台站之间利用同一指定的射频通信,进行便,而且当通信用户减少时,通信质量就会交信号。由于时间分割的参量互不重迭,因相互间的多边通信。而多址通信的技术基自动提高。它的缺点是数据传输速率不高,只要用一组相应的时间选通门就可以把础就是上述信道复用技术。或者说多址通不能充分利用赖带;同时需要收发方之间它们分离出来。时分复用技术很适合用于信是信道复用技术的一个实例严格同步;此外,需对上行信号的功率进行数字信息传输。我们知道,由于信道频带电多址通信方式特别适用于卫星通信的控制。路技术的限制,数字信号总有一定程度的需要。众多卫星地面站利用卫星的同一个4结束语拖尾,即在窄脉冲过去之后,信道输出端还信道进行多边通信。多址通信也即各地面在一些时间内有输出,使前后输出的脉冲站对卫星上同一个转发器的复用方式。按数据信息在网络通信线路中传输时相互有影响,尤其是在当信号频谱宽度可复用方式来区分多址通信方式的类型有频要占用通信信道。如何提高通信信道的利与信道频带寬度相比拟时,这种影响就更分多址、时分多址、码分多址和空分多址等用率,尤其是在远程传输时提高通信信道加明显。因此,所谓的复用各个信号在时间几种。从广义上讲,这些多址通信技术的实的利用率是非常重要的。为了保证在一定上并不重叠的理想状况是不存在的。只有现都是基于对信号的某种参量——例如频的通信质量的基础上充分利用信道资源、在信道频带远比信号频谱宽得多的情况率、时间、波型(码型)和空间,进行一定的提高通信效率、降低通信成本,信道复用技下,才能接近其理想的状况。为了不浪费信分割和识别,以达到多址通信的目的。频分术的研发工作,从各类通信技术开发工作道频带资源,实际使用过程中总会有某种多址通信的技术基础就是频分复用技术。一开始就得到十分的重视。计算机科学技程度的重选。时分多路也在模拟信号传输各地面站发出的射频信号在频谱上互不重术和信息高速公路技术的高速发展,使得中使用,例如电话、传真、电信等信号传输迭地排列,每个站的多路信号按频分复用这一技术更加可靠和高效,并得到了充分也使用时分多路复用技术。各路信号的多方式组成群频,然后对统一分配的射频进的利用路复用就是将每一信号的取样依次配置在行调频。各站使用的载波射频互不相同,但参考文献不同的时隙内传输出去。如何将每个信号都分别在一个转发器的信道内占有相应的的取样构成组合信号,然后加到共用的传位置。这种通信方式设备简单技术成熟,1 orman Abramson. Multiple Access in Wire-less Digital Networks [) Proceeding of the输路径,这就要采用一定的调制技术。常用但存在交扰调制,产生串话干扰。的调制技术,对模拟信号主要采用脉幅调时分多址通信技术就是各地面站发射1E,19492张禄林,无线通信网:军用、商用和在研系统制(PAM)和脉冲周期调制(PDM)以及脉位的信号在转发器内在时间上互不重迭,则之比较[现代军事通信,19994)调制(PPM)。而对数字编码信号则主要采每个时刻始终只有一个地面站的信号通过3陈显治现代通信技术M北京:电于工业出用脉码调制(PCM)和增量调制。由于时分转发器。可以看出,它的技术基础就是信道版社,2001复用技术与计算机技术的结合,使得信道的时分复用技术。这种通信中国煤化工系统原理M北家:电子工的利用率和传输率都比较高,是信道复用点是避免了交调干扰,充分技术中应用较多的一种技术。率和卫星的通信频带,大小站YHCNMHG(责任编辑秋实)(3)码分复用技术也即波分复用技术,于按需分配时间,可以适应瞬时业务量的它是信号分割原理最典型的应用。码分复大小变化。由于这几种通信方式具有很多用技术中被分割的参量不再是简单的频率优点,从20世纪60年代开始,国际通信卫PIONEERING WITH SCIENCE TECHNOLOGY MONTHLY NO. 7 2006 179