2.3 多路复用技术
多路复用（Multiplexing）技术是指在单一线路上同时传输多路信号的技术，其逆过程称解多路复用。其目的是使得多路信号能够在同一线路上进行传输，最大限度地利用信道资源。多路复用技术主要有4种方式：频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）、波分多路复用（Wave-length Division Multiplexing，WDM）、时分多路复用（Time Division Multiple xing，TDM）和码分多路复用（Code Division Multiplexing，CDM）。
2.3.1 频分多路复用技术
频分多路复用（FDM）是将线路的可用频带划分成若干条在频率上互不重叠的较窄的子频带，每一条子频带传输一路信号，各子频带之间通常要留有一定的空闲频带，称为保护频带，以减少各路信号的相互干扰，因此，各路信号可以互不干扰地同时传输。例如，传统的有线电视系统和无线电广播都是采取这种方式。在传统有线电视系统中，尽管多个频道的电视节目都是通过同一条同轴电缆进行传送，但不同频道的电视节目占用不同的频段，彼此之间不会出现相互干扰。如3路原始模拟信号带宽均为3MHz，为了进行频分多路复用，分别将3路信号调制到不同频段，这样就形成了一个带宽为9MHz的频分多路复用信号，如图2-15所示，信号频分多路复用过程如图2-16所示。
图2-15 频分多路复用示例
a）原始模拟信号 b）将原始模拟信号调制到不同频段 c）将位于不同频段的原始模拟信号复合在一起
图2-16 频分多路复用中信号复用、解复用过程示意
2.3.2 波分多路复用技术
波分多路复用（WDM）过程和频分多路复用过程十分相似，其本质上也属于频分多路复用技术。波分多路复用是将多个单一波长的光信号复用在一起，而且每一种光信号只有有光和无光（信号强度为0）这两种强度。通过使用不同波长的光载波，可以在一根光纤上传输多路光信号。由于光载波的频率很高，人们习惯上用波长而不是频率来表示不同频率的光载波，因此,将光载波在光纤上的复用称为波分多路复用。WDM被应用于光纤通信领域。
图2-17给出了在一条共享光纤上实现波分多路复用的方法：发送端将两根处于不同波段的光纤光信号的光谱，通过棱镜或衍射光栅将其合成到一条共享光纤上，经过传输到达目的地后，用同样的方法分离出两路不同波长的光纤信号。
图2-17 波分多路复用示例
2.3.3 时分多路复用技术
时分多路复用（TDM）是将一条线路的传输时间分成若干个时隙（Time Slot，又称为时间片），按一定的次序轮流给各路信号源使用，即每路信号占用一个时隙（时间片）。在每路信号所占有的时间片内，其使用通信线路的全部带宽。使用TDM的前提是：线路所能达到的数据率超过各路信号源所需的数据率。TDM主要用于数字信道的多路复用，根据时间片的分配方法，TDM可分为同步时分多路复用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）和异步时分多路复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）两种类型。
1.同步时分多路复用
同步时分多路复用是将传输信号的时间分成多个周期，其中每个周期又根据要传送信号的路数分成若干个时隙，每路信号被固定分配一个时隙。同步时分多路复用技术原理如图2-18所示，其中的复用器和解复器可以理解为连接多个设备的电子开关，在不同的时隙，该开关切换到不同的设备上，进行某路信号的传送。
图2-18 同步时分多路复用技术原理
在同步时分多路复用中，每路信号所分配的时隙固定不变；如果在某个时隙，对应的某路信号没有数据发送，就会造成此时隙资源的浪费。为了克服同步时分复用技术的缺陷，可采用异步时分多路复用技术。
2.异步时分多路复用
异步时分多路复用又称为统计时分多路复用（Statistical Time Division Multiplexing，STDM），仅仅在某路信号有数据要发送时，才为其分配时隙，即动态为每路信号按需分配时隙，因此，不会造成时隙资源的浪费，提高了信道的利用率。但在异步时分多路复用中的时隙与信号源之间没有一一对应关系，所以数据单元中必须包含地址信息，这样又降低了传输效率。异步时分多路复用技术原理如图2-19所示。
图2-19 异步时分多路复用技术原理
在采用异步时分多路复用时，如果某路信号的数据量较大，则其可以占据较多的时隙资源，以保证其较高的传输速率。例如，线路的最高负载能力是56kbit/s，4路信号共用此线路，若采用同步时分复用方式，则每路信号的最高数据传输率为14kbit/s；若采用异步时分复用方式，在仅有1路信号有数据要传送的情况下，其最高数据传输率可达到56kbit/s。
2.3.4 码分多路复用技术
码分多路复用（CDM）技术又称为码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）技术，它是一种扩频多址数字通信技术。所谓扩频技术是利用与待传输数据（信息）无关的码对被传输信号进行频谱扩展，使传输信息所用的带宽远大于信息本身的带宽。在CDMA系统中，采用特殊的编码方法和扩频技术，通过独特的代码序列建立信道，对不同的用户分配不同的码片序列，使多个用户可以使用同样的频带在相同的时间内进行通信而相互之间不会造成干扰。同时，CDMA信号的频谱类似于白噪声，具有很强的抗干扰能力。CDMA最初被应用于军事通信，现在已经被广泛应用于民用移动通信领域。
在CDMA系统中，一个比特时间被划分为m个短小的间隔，称为码片（Chip）。m的值通常为64或128。而每个用户则被分配一个唯一的m比特码片序列，发送的每个数据比特均被扩展成m位码片。当用户要发送数据比特“1”时，则发送它的m位码片序列；当发送数据比特“0”时，则发送该码片序列的二进制反码。例如，某用户的码片序列是10110101（假设m=8），当发送数据比特“1”时，就发送序列10110101；当发送数据比特“0”时，就发送序列01001010。通常将码片中的1写为+1，0写为-1。
为了保证接收方能够正确解码，需要给不同用户分配唯一的码片序列，而且相互之间必须正交。所谓的正交是指不同用户码片的规格化内积（点积）为0。如用户A和用户B的码片用CA和CB表示，则其规格化内积计算如下。
由于每个用户码片序列都是由+1和-1组成，因此，每个用户码片序列与本身进行内积运算为+1，与补码进行内积运算为-1，一个码片序列与不同的码片序列进行内积运算为0，即保证正交特性。
例如，对用户A分配的码片系列为CA1=(-1,-1,-1,-1)，其补码为CA0=(+1,+1,+1,+1)。对用户B分配的码片序列为CB1=(+1,-1,+1,-1)，其补码为CB0=(-1,+1,-1,+1)。则计算用户A和用户B的内积运算如下。
CA1·CA1=(-1,-1,-1,-1)·(-1,-1,-1,-1)/4=+1
CA1·CA0=(-1,-1,-1,-1)·(+1,+1,+1,+1)/4=-1
CA1·CB1=(-1,-1,-1,-1)·(+1,-1,+1,-1)/4=0
CA1·CB0=(-1,-1,-1,-1)·(-1,+1,-1,+1)/4=0
说明用户A和用户B的码片序列正交。在进行CDMA信号的接收时，接收站从空中收到的是多个发送站信号的线性叠加码片序列的和。将其与某发送站的码片序列进行内积运算，就可恢复出该站所发送的原始数据。