[科普中国]-多路通信

多路通信是指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。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。

基本信息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1。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。

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。

分类为了提高线路利用率，总是设法在一堆传输线路上，传输多个话路的信息，这就是多路复用。

频分多址大家对于频分多址制并不陌生，中短波广播电台，各电视频道的节目就是一种典型的频分多址制式，每一电台或站址都有自己的载频，用户可以调节旋钮在不同的频率位置上接收不同的节目（信息），如果用频谱图来说明频分多址的机理是十分直观的。频分多址是以载频的不同来区分电台信号和用户地址的。这是最早使用的多路通信方式，应用最广，历史最悠久。

在通信系统中，频分多址信号常常是由多次调制获得的，例如先把各种调制信号分别调制到载频频率不高的次载频上，完成第一次调制，获得频谱（也可以是单边带形式）；然后再用这些信号区调制一个载频频率最高的主载频，获得最后的已调高频信号。模拟通信中的FM蜂窝系统几乎都采用频分多址（FDMA）方式。

频分多址方式的主要优点是：技术成熟、设备简单、不需要同步、工作可靠、可直接与地面频分系统接口、工作于大容量线路时效率较高等，特别适合于站少而容量大的场合。其主要缺点是：转发器要放大多个载频，容易形成互调干扰，为了减少互调干扰，转发器要降低功率应用，因而降低了卫星通信容量；各上行功率电平要求基本一致，否则会引起强信号抑制弱信号现象，因此大小站不易兼容；由于需要在频道间有保护频带，故频带利用率不高。

时分多址时分多路复用是使各路调制信号（基带信号）周期地按顺序轮流使用信道。在送完同步脉冲之后，先送第1路脉冲数码，再送第2路脉冲数码，接着送第3路、第4路，依次类推，直到送完第n路信号（为一帧信号）；随后再送下一帧的同步脉冲，再送第1路、第2路、第3路基带信号，依次类推；如此循环往复实现信道的时分多路复用。很显然，这是以时间的前后，按序区分信息的一种多路通信方式。

应用时分多址（TDMA）制式的主要有北美的DAMPS和欧洲的GSM蜂窝系统，这两种系统我国均有，以GSM系统占绝大多数。

码分多址码分多址是通过不同的地址码来区分用户信息的一种多路通信方式。在CDMA系统中各用户（或地球站）使用同一载频，占用相同的带宽。各个用户可同时发送或接受信号，其各自信息不是靠频率的不同（频分地址）或时隙的不同（时分多址）来区分识别的，而是利用各自不同的编码序列来区分的，也可以说是依靠信号的不同波形来实现多路传输的目的。

CDMA是近年来用于数字蜂窝移动通信的一种先进的无线扩频通信技术。在CDMA系统内，每一路信号均被分配一设定的伪随机（PN）二进制序列（地址码）进行扩频，在接收机里需产生一个与发射端地址相同且与其完全同步（同频同相）的本机地址码（也称本地伪随机二进制序列码），这样才能从多路CDMA信号中识别（解调）出相关信息，提取出所需信号。因此，地址码的产生及同步技术是CDMA系统中的关键技术。所谓扩频技术是一种信息传输技术，在扩频系统中信号所占用的频带宽度远远大于要传输的原始信号的带宽，且与原始信号的带宽无关。在发射端，频带的扩展往往是通过编码及调制的方法来实现的；在接收端，则采用与发射端完全相同的扩展码（如上述的地址码、本地码）进行解调，即可恢复原始信号。扩频的主要目的是为了将各用户间（因为使用同一载波）的相互干扰降到最低限度。在实际的CDMA系统中，扩频的倍数一般在100倍以上。扩频技术也是CDMA系统中的一个关键技术。

CDMA方式的突出优点有：

第一，抗干扰能力强。在地址码相关特性较理想和频谱扩展程度较高的条件下，CDMA具有很强的抑制干扰能力。

第二，保密性能好。采用独特的地址码进行扩频调制，相当于一次加密，增加了破译难度。由于采用了扩频调制，在信道中传输所需的载波与噪声的功率比也可很低（约为一20 dB左右），故信号可隐藏在噪声和干扰之中，难以被盗窃者发现。

第三，与模拟系统兼容。对于双模CDMA手机，可自动识别或进入模拟通信网或CDMA数字网。

第四，容量大。根据理论计算和现场试验表明，CDMA的每小区信道容量是模拟TACS（英国的频分多址方式）制式的8～10倍。

CDMA方式的主要缺点是：

频带利用率低，地址选择较难，接收时对地址码的捕获时间较长。

常用的CDMA系统中有直接扩频码分多址方式和跳频码分多址方式（也称间接扩频码分多址方式），其中前者应用更为广泛。2

本词条内容贡献者为:

何星 - 副教授 - 上海交通大学