1.1傳統頻分復用
傳統頻分復用的典型應用是HFC網絡電視信號的傳輸,既有模擬電視信號,也有數字電視信號,因為對於數字電視信號來說,雖然在每個頻道(8 MHz)內都是時分復用傳輸,但仍然是頻分復用傳輸。
1.2正交頻分復用
OFDM(正交頻分復用)實際上是壹種多載波數字調制技術。OFDM的所有載波頻率具有相等的頻率間隔,這些頻率間隔是基本振蕩頻率的整數倍。正交性意味著每個載波的信號頻譜是正交的。
OFDM系統所需的帶寬比FDM系統小得多。因為OFDM使用無幹擾正交載波技術,所以單載波之間不需要保護頻帶,這使得可用頻譜的使用更加有效。此外,OFDM技術可以在子信道中動態分配數據。為了獲得最大的數據吞吐量,多載波調制器可以智能地將更多的數據分配給低噪聲的子信道。目前,OFDM技術已經廣泛應用於廣播音視頻領域和民用通信系統中。主要應用包括非對稱數字用戶線(ADSL)、數字視頻廣播(DVB)、高清電視(HDTV)、無線局域網(WLAN)和第四代(4G)移動通信系統。[編輯本段]時分復用(TDM)是將提供給整個信道傳輸信息的時間分成若幹個時間片(簡稱時隙),將這些時隙分配給各個信號源,每個信號在自己的時隙內獨占信道進行數據傳輸。時分復用的特點是預先規劃固定的時隙,所以有時也叫同步時分復用。其優點是時隙分配固定,便於調整和控制,適用於數字信息傳輸;缺點是當壹個信號源沒有數據傳輸時,其對應的信道就會空閑,其他忙信道無法占用這個空閑信道,從而降低了線路的利用率。時分復用和頻分復用技術壹樣,有著非常廣泛的應用,電話就是最經典的例子,時分復用在廣播電視中也得到了廣泛的應用。比如SDH、ATM、IP、HFC網絡中CM和CMTS之間的通信都采用時分復用技術。[編輯本段]波分復用通信是壹種利用光傳輸信號的方式。在光通信領域,人們習慣用波長而不是頻率來命名。因此,所謂的波分復用(WDM)本質上只是頻分復用。WDM是壹種在1光纖上傳輸多個波長(信道)的系統,它將1光纖轉換成多個“虛擬”光纖。當然,每個虛擬光纖在不同的波長下獨立工作,大大提高了光纖的傳輸能力。由於WDM系統技術的經濟性和有效性,它已經成為目前光纖通信網絡擴容的主要手段。作為壹個系統概念,波分復用技術通常有三種復用方式,即1 310 nm和1 550 nm的波分復用,粗波分復用(CWDM)和密集波分復用(DWDM)。
(1)1 310納米和1 550納米波長的波分復用。
在20世紀70年代早期,這種復用技術僅使用兩種波長:壹種波長在1 310 nm的窗口中,另壹種波長在1 550 nm的窗口中。利用WDM技術實現單纖雙窗傳輸,這是波分復用的最初應用。
(2)粗波分復用
波分復用(wavelength division multiplexing,WDM)技術在骨幹網和長途網應用之後,也開始在城域網中使用,主要是指粗WDM技術。CWDM使用1 200~1 700 nm的寬窗口。目前主要用於波長為1 550 nm的系統中。當然,波長為1 310 nm的波分復用器也在研發中。粗波分復用器(大波長間隔)的相鄰通道間距壹般≥20 nm,其波長數壹般為4或8波,最大為16波。當復用信道數為16或更少時,由於CWDM系統使用的DFB激光器不需要冷卻,CWDM系統在成本、功耗要求、設備尺寸等方面都比DWDM系統有優勢,CWDM越來越被業界廣泛接受。CWDM不需要選擇昂貴的密波解復用器和“光放大器”EDFA,只需要廉價的多路激光收發器作為中繼,因此成本大大降低。現在很多廠商已經可以提供2~8波長的商用CWDM系統,適合在地理範圍不是特別大,數據業務發展不是很快的城市使用。
(3)密集波分復用
密集波分復用(DWDM)技術可以承載8 ~ 160個波長,並且隨著DWDM技術的不斷發展,其波分數目上限還在不斷增加,間隔壹般≤1.6 nm,主要用於長距離傳輸系統。所有的DWDM系統都需要色散補償技術(克服多波長系統中的非線性失真——四波混頻現象)。在16波DWDM系統中,壹般采用常規色散補償光纖進行補償,而在40波DWDM系統中,必須采用色散斜率補償光纖進行補償。DWDM可以在同壹根光纖中同時組合和傳輸不同的波長。為了保證有效傳輸,將壹根光纖轉換成多根虛擬光纖。目前使用DWDM技術,單根光纖可以傳輸高達400 Gbit/s的數據流量,隨著廠商給每根光纖增加更多的通道,每秒太比特的傳輸速度指日可待。[編輯本段]碼分復用(Code Division Multiplexing)碼分復用(CDM)是壹種通過不同的編碼來區分原始信號的復用方式。它主要是與各種多址技術相結合,產生各種接入技術,包括無線和有線接入。例如,在多址蜂窩系統中,通信對象通過信道來區分,壹個信道僅容納1個用戶通話。很多同時在通話的用戶通過信道相互區分,稱為多址接入。移動通信系統是壹個多信道工作系統,具有廣播和大區域覆蓋的特點。在移動通信環境的無線電波覆蓋區域,用戶之間建立無線信道連接是壹種無線多址接入方式,屬於多址接入技術。聯通CDMA(碼分多址)是碼分復用的壹種方式,除了頻分多址(FDMA)、時分多址(TDMA)、同步碼分多址(SCDMA)之外,稱為碼分多址(CDMA)。
(1)FDMA
FDMA頻分多址(FDMA)采用調頻多址技術,將業務信道分配給不同頻段的不同用戶。FDMA適合訪問大量連續的、非突發性的數據,很少單純使用FDMA作為多路訪問方式。目前,中國聯通和中國移動使用的GSM手機網絡是FDMA和TDMA的結合。
(2)TDMA時分多址
TDMA時分多址采用時分多址技術,在不同的時間段為不同的用戶分配業務信道。TDMA的優勢是頻譜利用率高,適合支持多突發或低速率數據用戶的接入。除了中國聯通和中國移動使用的GSM手機網絡中FDMA和TDMA的組合,廣電HFC網絡中CM和CMTS的通信也采用時分多址(基於DOCSIS1.0或1.1和Eruo DOCSIS1.0或1.65438)。
(3)CDMA碼分多址
CDMA是利用數字技術的壹個分支擴頻通信技術發展起來的壹種新的成熟的無線通信技術。它是在FDM和時分復用的基礎上發展起來的。FDM的特點是信道不排他,但時間資源共享,各子信道使用的頻段互不重疊;TDM的特點是時隙獨占,而信道資源共享,各子信道使用的時隙不重疊。CDMA的特點是所有子信道可以同時使用整個信道進行數據傳輸,它同時享有信道和時間資源。因此,信道效率高,系統容量大。CDMA的技術原理是基於擴頻技術,即將要傳輸的壹定信號帶寬的信息數據,用帶寬遠大於信號帶寬的高速偽隨機碼(PN)進行調制,使原始數據信號的帶寬得到擴展,然後用載波調制後發送出去;接收端用完全相同的偽隨機碼與接收到的帶寬信號進行相關處理,將寬帶信號變為原始信息數據的窄帶信號,即解擴,從而實現信息通信。CDMA碼分多址技術完全適合現代移動通信網絡所要求的大容量、高質量、綜合業務和軟切換,正受到越來越多運營商和用戶的青睞。
(4)同步碼分多址技術
同步碼分多址(SCDMA)是指偽隨機碼是同步正交的,可以無線或有線接入,應用廣泛。該技術用於廣電HFC網絡中CM與CMTS之間的通信,如Terayon和北京凱視通有線電視寬帶接入,結合ATDM(高級時分多址)和SCDMA上行信道通信(基於DOCSIS2.0或Eruo DOCSIS2.0)。
我國第三代移動通信系統也采用同步碼分多址技術,即代表所有用戶的偽隨機碼到達基站時是同步的。由於偽隨機碼之間的同步正交性,可以有效消除符號間幹擾,系統容量將大大提高,是其他第三代移動通信標準的4 ~ 5倍。[編輯本段]空分復用(SDM)是多對導線或光纖* * *使用1電纜的復用方式。比如5類電纜是4對雙絞線1電纜,本地電纜也是(幾十對)。實現空分復用的前提條件是光纖或線的直徑很小,壹根光纜可以做多根光纖或多對線,既節省了外護套的材料,又方便使用。[編輯本段]統計復用(SDM),有時稱為標簽復用、統計時分復用或智能時分復用,實際上就是所謂的動態帶寬分配。統計復用本質上是異步時分復用,可以根據需要動態分配時隙,而不是使用時分復用中使用的固定時隙分配方式,根據信號源是否需要發送數據信號以及信號本身的帶寬需求來分配時隙。主要應用是數字電視節目復用器和分組交換網絡等。下面分別描述兩個主要應用。
6.1數字電視節目復用器
數字電視節目復用器主要完成MPEG-2傳輸流(TS)的再復用功能,形成多節目傳輸流(MPTS),用於數字電視節目的傳輸。所謂統計復用,就是每個復用節目的碼率不是恒定的,在節目之間實行根據圖像的復雜程度分配碼率的原則。因為每個頻道(標準或補充)可以傳輸多個節目,同時每個節目的圖像復雜度不同(相同的概率很小),所以我們可以根據圖像復雜度在同壹頻道的節目之間分配碼率,實現統計復用。
實現統計復用的關鍵因素是:第壹,如何評價任意時刻圖像序列的復雜度,有主觀評價和客觀評價兩種方法;二是如何及時動態分配視頻業務的帶寬。使用統計復用技術可以提高壓縮效率,改善圖像質量,便於在1通道傳輸多個節目,節省傳輸成本。
6.2分組交換網絡
分組交換網是繼電路交換網和報文交換網之後的壹種新型交換網。主要用於數據通信,如X.25、幀中繼、DPT、SDH、GE、ATM等。分組交換是壹種存儲轉發的交換方式,將用戶的報文分成壹定長度(可以是固定的,也可以是可變的)的分組,並存儲轉發這些分組。因此,它比電路交換具有更高的利用率,比消息交換具有更短的時延,並具有實時通信的能力。分組交換利用統計時分復用原理,將1條數據鏈路復用成多個邏輯通道,最終在主叫用戶和被叫用戶之間形成1條信息傳輸路徑,稱為虛電路(VC,即兩個用戶終端設備在開始相互發送和接收數據之前,需要通過網絡建立邏輯連接),實現數據的分組傳輸。壹些分組交換網絡支持統計多路復用,而另壹些則不支持。比如SDH不支持統計復用,帶寬是固定的。支持統計復用的主要技術有幀中繼、ATM和IP,下面分別介紹。
(1)幀中繼
幀中繼是在X.25分組交換技術的基礎上發展起來的壹種快速分組交換傳輸技術。用戶信息以幀(可變長度)為單位傳輸,用戶信息流統計復用。
(2)自動櫃員機
ATM支持面向連接(非物理邏輯連接)的業務,具有很大的靈活性。它可以根據多媒體業務的實際需求動態分配通信資源。對於特定的服務,傳輸速率隨著信息的到達速率而變化。因此,ATM具有統計復用的能力,可以適應任何類型的業務。
(3)百白破
DPT(動態分組傳輸)是Sisco創造的新壹代優化動態分組傳輸技術。它吸收了SDH的優點,克服了它的缺點。它將IP路由技術與光纖環的高帶寬和可靠自愈功能相結合。因為所有節點都有公平機制,支持帶寬統計復用,網絡可用帶寬可以翻倍。
(4)千兆以太網
GE(千兆以太網)是以太網技術的延伸,是第三代以太網。主要處理數據業務,是目前廣電寬帶城域骨幹網采用的主流技術。以太網交換機端口(RJ45)的用戶信道利用率通常是不壹樣的,有些信道經常繁忙,有些信道經常空閑。即使以太網交換機的所有端口都處於通信狀態,也會涉及不同的帶寬需求。數據交換的特點是突發性。只有通過統計復用,即動態帶寬分配,才能減少忙閑現象,從而最大限度地利用網絡帶寬。
7字節交錯多路復用
SDH(同步數字體系)中的復用是指將低階通道層信號適配成高階通道,或者將多個高階通道層信號適配成復用段的過程。我們知道SDH復用有壹個標準化的復用結構,但是每個國家或地區只有壹個復用路線圖,通過軟硬件結合的方式實現,靈活方便。字節交織復用(Byte interleaving multiplexing,BIDM)是將SDH中的低級同步傳輸模塊(STM)復用到高級同步傳輸模塊的壹種方式,高級STM是低級STM的4倍。如圖1所示,四個STM-1字節交錯復用成STM-4。當然,四個STM-4字節交織復用成STM-16,其他級別的同步傳輸模塊也是如此。這裏的字節交錯是指有規律地從四個STM-1中提取1字節,放入STM-4中。字節交織復用,第壹,體現了SDH同步復用的設計思想;其次,基於AU-PTR(管理單元指針)的值和字節內插的規律性,可以定位低速信號在高速信號中的位置,使得低速信號可以很容易的分離或者插入到高速信號中,這也是SDH相比PDH的優勢之壹。由於高速信號中PDH低速信號位置的不規則性,高速信號插入/分離低速信號要逐級復用/解復用,因為復用/解復用會增加。[編輯本段]偏振波分復用是衛星系統中使用的壹種復用技術,即壹個饋源可以同時接收兩種偏振模式的波束,如垂直偏振和水平偏振、左旋圓極化和右旋圓極化。在衛星系統中實現頻率復用通常有兩種方式:壹種是在同壹頻段使用不同的極化方式,如垂直極化和水平極化、左旋圓極化和右旋圓極化;另壹種是在不同的波束中復用相同的頻帶,這種方法廣泛應用於多波束系統中。
多路復用是壹種通信技術,它可以組合和分解信號,使多個用戶可以享受單壹的通信線路連接到遙遠的地方。多路復用器將多個信號組合成壹條線路進行傳輸,信號在接收端被分離。在多路傳輸線路上傳輸的每個設備被預先劃分為壹個時隙或壹個頻率。即使設備不發送,時隙或頻率仍然被分配給它並且保持未使用,這導致壹些頻帶浪費。統計復用技術通過向需要傳輸的設備動態分配時隙來解決這個問題。
多路復用為許多在壹條線路上與遠程設備通信的用戶提供了壹種經濟實用的方法。不是為連接到遠程設施的每個用戶建立個人數據連接。高速數字線路為多個用戶處理音頻和視頻通信提供了足夠的頻帶。多路復用器提供了壹種使用該頻段的方法。
頻分復用(Frequency Division Multiplexing,FDM) TDM是壹種頻帶模擬傳輸技術,可以在壹根電纜上同時傳輸多個信號,每個數據庫或音頻信號被調制成不同頻率的載波。信道的頻率範圍進壹步細分為窄信道,每個窄信道可以傳輸不同的信號。信號信道之間的保護帶分隔細分的傳輸信道以減少幹擾。FDM廣泛用於廣播和電視廣播,但它是通過電磁波或電纜從多個電臺同時廣播的。
時分復用(TDM) TDM是壹種基帶技術。不同的電路(數據或音頻)以固定的時間間隔通過它們的幀流位置來識別。對輸入的模擬信號進行脈碼調制數字化,將數字化的信息依次插入傳輸時隙,每個信道得到壹個時隙,使所有信道平等地享受傳輸介質。
反向復用反向復用是將單個高速數據流分解成多個低速數據流,在多個低速連接的路徑上傳輸的技術。可以節省租用高速線路的費用,更好的利用。
在統計時分復用(STDM)復用中,如果時隙被分配給不總是傳輸的站,則傳輸線路不能被很好地利用,並且這些預先劃分的時隙可能被浪費。統計時分復用通過動態分配時隙來解決這個問題,從而更有效地利用線路。統計時分復用(STDM)是昂貴的,因為它包含壹些處理器並使用緩沖技術來有效地使用信道。緩沖可能會增加延遲,處理器和其他電路必須設計為高性能,以提高通信速度。