4.2 多路复用技术
在数字通信中，复用技术的使用极大地提高了信道的传输效率，取得了广泛地应用。多路复用技术就是在发送端将多路信号进行组合，然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。多路复用技术主要分为两大类：频分多路复用（简称频分复用）和时分多路复用（简称时分复用），波分复用和统计复用本质上也属于这两种复用技术。另外还有一些其他的复用技术，如码分复用、极化波复用和空分复用等。
4.2.1 频分复用（FDM）
1．频分复用原理
所谓频分复用（Frequency division Multiplexing）技术，是指按照频率的不同来复用多路信号的方法。在频分复用中，信道的带宽被分成若干个相互不重叠的频段，每路信号占用其中一个频段，因而在接收端可以采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。一个简单的频分复用系统如图4-3所示。
图4-3 频分复用系统组成
图4-3中，各路基带信号首先通过低通滤波器（LPF）限制基带信号的带宽，避免它们的频谱出现相互混叠。然后，各路信号分别对各自的载波进行调制、合成后送入信道传输。在接收端，分别采用不同中心频率的带通滤波器分离出各路已调信号，解调后恢复出基带信号。频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。若相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择各路信号的载波频率，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔。若基带信号是模拟信号，则调制方式可以是DSB-SC、AM、SSB、VSB或FM等，其中SSB方式频带利用率最高。若基带信号是数字信号，则调制方式可以是ASK、FSK、PSK等各种数字调制方式。
2．应用实例——调频立体声广播
调频立体声广播系统占用的频段为88~108 MHz，采用FDM方式。在调频之前，首先采用抑制载波双边带调制将左右两个声道信号之差（L-R）与左右两个声道信号之和（L+R）实行频分复用。一路立体声广播信号的频谱结构如下图所示。图4-4中，0~15 kHz用于传送（L+R）信号，23~53 kHz用于传送（L-R）信号，59~75kHz用作辅助通道。在19kHz处发送一个单频信号，用于接收端提取相干载波和立体声指示。
图4-4调频立体声广播的频谱结构
4.2.2 时分复用（TDM）
时分复用（Time division Multiplexing）技术是利用各信号的抽样值在时间上的不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法。在FDM系统中，各信号在频域上是分开的而在时域上是混叠在一起的；在TDM系统中，各信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。时分复用方式将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片（简称时隙），并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用。其优点是时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率，但这一问题可以采用统计时分复用的方法解决。时分复用技术与频分复用技术一样，有着非常广泛的应用，电话通信中的PCM系统、SDH、ATM就是其中最经典的例子。
与FDM方式相比，TDM方式主要有以下两个突出优点：
(1) 多路信号的复接和分路都是采用数字处理方式实现的，通用性和一致性好，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠；
(2) 信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和高次谐波，引起信号间串扰，因此，要求信道的线性特性要好。而TDM系统对信道的非线性失真要求可以降低。
4.2.3 码分复用（CDM）
码分复用系统为每路信号分配了各自特定的地址码，利用同一信道来传输信息。码分复用系统的地址码相互之间具有准正交性，以区别各路信号。码分复用的信号在频率、时间和空间上都可能重叠。也就是说，每路信号有自己的地址码，这个地址码用于区别每路信号，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，由于有地址码区分各路信号，因此对频率、时间和空间没有限制，在这些方面完全可以重叠。在码分复用系统的接收端，必须有完全一致的本地地址码，用来对接收的信号进行相关检测。其它使用不同码型的信号因为和接收机本地产生的码型不相关而不能被解调。它们的存在类似于在信道中引入了噪声或干扰，通常称之为多址干扰。
在码分多址（CDMA）蜂窝通信系统中，用户之间的信息传输也是由基站进行转发和控制的。为了实现双工通信，正向传输和反向传输各使用一个频率，即通常所谓的频分双工（FDD）。无论正向传输或反向传输，除了传输业务信息外，还必须传送相应的控制信息。为了传送不同的信息，需要设置相应的信道。但是，CDMA通信系统既不划分频道也不划分时隙，无论传送何种信息的信道都靠采用不同的码型来区分，这样的信道属于逻辑信道。逻辑信道无论从频域来看或从时域来看都是相互重叠的，或者说它们均占有相同的频段和时间。CDMA数字蜂窝移动通信系统的各种信道的选择，可以采用正交Walsh函数来实现。正交Walsh函数可以生成正交Walsh码，作为地址码实现码分多路复用。
