什么是多路通信?

什么是多路通信?

[拼音]：duolu tongxin

[外文]：multiplex communication

用一条公共信道建立两条或多条独立传输信道的通信方式。采用这种公共信道的通信系统称为多路通信系统。在多路通信系统中，信道的发、收信端各加上了多路复用终端设备。在发信终端从若干个入端口输入互不相关的各路信号，经适当的变换处理后再合并送入信道。在收信终端则将合成信号还原成彼此不相干扰的各路信号，再由不同的端口输出。各路信号在公共信道中传输之所以互不干扰，是因为发信终端设备输出的各路信号的某些参量已变得有所区别。使各路信号具有不同的频率和时间参量的多路通信系统，分别称为频分和时分多路通信系统，而将各路信号变成由不同的码型结构序列所组成的多路通信系统，则称为码分多路通信系统。

频分多路通信

把公共信道可传输的频带分割成若干个较窄频段，而每个频段构成一条独立传输信道的通信方式。其基本原理是：在发信端将各路信号经不同的频移单元（副载频调制器）移到不同的频段，变成各路已调副载频信号，然后进行合并以综合成多路信号，再通过发射机对载频进行调制，形成已调载频信号；而在收信端则通过接收机对已调载频信号解调，恢复成多路信号，然后利用一组中心频率不同的带通滤波器将各路已调副载频信号分离出来，再经相应的频移单元（副载频解调器）解调便得到各路信号，并从不同的端口输出（图1）。图1为 n路频分多路通信系统。发信端各频移单元的副载频频率各不相同。各单元的输入分别是各路待传信号S1(t)，…，Sn(t)，它们输出的已调副载频信号分别是f1(t)，…，fn(t)，其频谱分别是各副载频和信号频谱的差或和。这些信号汇总后输入信道。在收信端多路信号经一组带通滤波器分路后得到的已调副载频信号分别为


，…，


，再经各频移单元还原则得各路信号


，…，


。在理想情况下，


，


=


(κ=1，…，n)。当路数增多时，常将各路信号分群，每群中的各路信号用同一频移方式搬到同一频带，再用不同载频分别对各群信号作一次或几次频移处理后汇合输出，而在收信端其频移步骤则适与发信端的相反。这样的设计在使用时比较灵活，并且能减少设备中滤波器的种类。

时分多路通信

各路信号轮流使用公共信道而构成多个周期性的传输信道的通信方式。其基本原理是利用发信端的多路电子开关循环地输出每路这一时刻的采样信号，而在收信端则利用与发信端多路开关同步开启的一组选通门电路，使它们的输出总是分别对应发信端相应路的采样信号。虽然通过每路选通门电路得到的信号只是该路发信端的采样离散信号（而非连续信号），但是只要发信端信号的频带有限，而采样的频率又足够高（是发信端信号最高频率的2倍或以上），则经过其截止频率为发信端最高频率的低通滤波器后，就可以获得发信端原来的连续信号（见信源编码技术）。

从图2可以看出，在发信端各路模拟信号S1(t)，…，Sn(t)经各自的采样器采样后成为离散信号f1(t)，…，fn(t)，各路的采样时间由定时信号控制，每路顺序时移一个时段。各路离散信号经过由定时信号控制的多路电子开关，依次循环地传输给量化器和编码器，将各路脉冲序列中的每个脉冲都编成二进码再输入信道。在收信端经译码器译码便得到各路混合脉冲序列，其中的每路脉冲序列分别通过相应的选通门，则得到各路的离散信号


，…，


，再经低通滤波器还原为各路模拟信号


，…，


。各选通门由收信端定时信号控制轮流开启，而此定时信号是由时钟信号提取电路所取得的，它与发信端定时信号同步。在理想情况下，


、


。

码分多路通信

利用各路信号码型结构正交性而实现多路复用的通信方式。这种通信方式是以信号的正交性和多路通信的正交性原理为基础的。若甲、乙两路信号如M1sin(ωt)和M2sin(ωt+90°)可由彼此垂直（正交）的两个矢量A、B表示(图3a)，则称甲、乙两路信号是正交的，它们的合成信号由矢量C表示。将矢量C还原成矢量A、B的处理是把它分别向水平和垂直方向作投影，两方向的投影值便是各路的还原信号。显然不论A矢量的幅度如何变化，合成矢量还原得到的B矢量均无变化(这是因为在B矢量方向上的投影值恒为零，即A矢量在B矢量方向上的投影与B矢量不重叠的缘故)，反之亦然。这就是利用正交信号完成多路通信的正交性原理。在码分多路通信中，上述各正交信号是正交码组中的各码序列。为了利用上述正交性原理来实现此类多路通信，需要先设计出一正交码组，组内的码序列数至少等于通路数n，而码序列中的码元仅为+1或-1。正交码组的每个码序列本身各对应码元值，彼此相乘再叠加起来应为一正数（即码序列所含码元数），而任意两个不同码序列的对应码元值相乘再叠加起来，其值为零。

图3b是码分多路通信系统的框图，输入信号可为模拟的或数字的（模拟信号可先变为数字信号）。在发信端，每路输入信号与正交码发生器所产生的一个码序列波形（即一幅度为+1或-1的矩形脉冲时间波）相乘，然后相加起来得到信号f(t)（相当于图3a中的合成信号），并进入信道。在收信端，将此信号分别与本地的正交码发生器所产生的并和发信端相应的各个码序列相乘后再叠加起来作判决。判决的准则是：当待判决的信号值为一正数（即码序列所含码元数）时，判发信端已发码；而当信号值为零时，则判发信端未发码。接收到的码序列与本地正交码组中码序列的各码元对应相乘再叠加的处理，通常称为相关处理，这相当于上述的正交性原理中将合成信号向各方向作投影的处理。

以图3c中的正交码组为例可说明码分多路的原理。这个码组包含 8个码序列。有一个三路通信系统， 每路分别采用了前三种码序列。当第1、2路发码，第3路未发码时，输出的合成码序列是22220000。在收信端第 1、2、3路中此合成码序列分别与本地码序列11111111、1111-1-1-1-1、11-1-1-1-111作相关处理后，显然第1路输出为2+2+2+2+0+0+0+0=8（表示此时发码），第2路输出为2+2+2+2+0+0+0+0=8(表示此时发码)，而第3路输出则为2+2-2-2+0+0+0+0=0(表示此时未发码)，这与发信端的发码情况相符。

码分通信是利用各路信号码型结构的正交性来完成多路通信的。广义而言，频分和时分多路通信也是利用信号的正交性，即采用适当的措施使各路信号不重叠（相当于各正交信号矢量与相互的投影值不重叠）来完成多路通信。前者利用了信号在频率上的相互不重叠，而后者则利用了信号在时间上的相互不重叠。

各类多路通信方式的特点是：频分多路通信系统不需要严格同步，设备比较简单，但对信道的线性要求高，否则会产生较严重的非线性互调干扰；时分多路通信系统对信道的线性要求较低，但需要有精度高的同步系统；码分多路通信系统抗窄频带干扰能力强，保密性强，各路的连接、变换较灵活，但电路较复杂并且也需要有精度高的同步系统。

多路通信除根据需要适当扩充各类制式的通信路数以外，主要是将通信设备进一步小型化、集成化，并将各种多路通信技术有效地用于综合业务通信网中。

参考书目

北京邮电学院多路通信教研室编：《载波通信原理》，人民邮电出版社，北京，1979。贝尔电话研究所编，通信传输系统翻译组译：《通信传输系统》（上、下册），人民邮电出版社，北京，1977。(Bell Telephone Laboratories， Transmission Sys-tems for Communication，4th ed. ， Bell System Press，New York，1971.)