資料編碼理論/頻譜擴充套件
有多種方式可以讓多個客戶端共享一個傳輸媒介。時分多路複用 (TDM) 是一個系統，不同的客戶端獲得“時間片”，即一段時間內某個客戶端可以傳輸而其他客戶端不能傳輸的時間段。因為沒有人同時傳輸，每個客戶端都可以使用全部頻譜，這意味著高頻寬和快速資料速率。還有一種頻分多路複用 (FDM)，所有客戶端在不同頻率上同時傳輸。在 FDM 中，可用頻寬更少，但每個客戶端可以傳輸更長時間。
我們還需要討論另一種型別：碼分多路複用 (CDM)。CDM 也稱為擴頻多路複用。在 CDM 中，所有客戶端都可以隨時在所有頻率上傳輸。
CDM 的其他優勢，我們將在後面討論，包括它在加密中的應用以及其他客戶端無法干擾或阻斷傳輸的能力。
CDM 及相關的 CDMA 技術最初是為了在軍用領域應用而設計的。本書前面介紹的許多技術旨在最大限度地利用傳輸媒介，即在最大限度地提高位元率的同時，最小化所需的頻寬。然而，CDM 採取了相反的方法，即最大化頻寬以追求其他有價值的特性。CDM 技術專門用於擴充套件和展平傳輸訊號，在某些情況下，訊號變得非常寬且非常短，甚至低於噪聲底限，無法識別。此外，CDM 訊號依賴於一種稱為 PN 碼的特殊型別程式碼進行解密。這兩個特性結合在一起意味著 CDM 傳輸實際上可以防止竊聽或攔截。
CDM 的另一個優勢是，由於所使用的頻寬被擴充套件，因此其他人幾乎不可能使用干擾來阻塞傳輸。此外，由於傳輸能量分散在很寬的頻率範圍內，資料訊號可能無法與背景噪聲區分開來，從而防止竊聽。
第三個優勢，好像我們還需要第三個優勢，是 CDM 傳輸幾乎具有神奇的特性，我們可以同時在相同的時間片和相同的頻帶內傳輸多個傳輸，而不會出現 ISI 問題。這就是現代手機網路的工作原理：多部手機可以在同一頻帶上同時通話。
讓我們從一個練習開始。假設我們想傳送一些數字資料，例如 1011。我們將做的是將這些資料與另一個稱為擴頻碼的程式碼結合起來，該程式碼的長度是其 3 倍，傳輸速度也是其 3 倍。
但是等等，如果擴頻碼的傳輸速度是其 3 倍（位元率是其 3 倍），那麼它將需要 3 倍的頻寬來傳輸！嗯，這是正確的。CDM 比 TDM 或 FDM 需要更多的頻寬來傳輸單個訊號，但我們很快就會看到為什麼這對我們來說並不重要。
假設我們的擴頻碼如下：101100111000。現在，我們將我們的資訊訊號 (1011) 與擴頻碼結合起來：我們將資訊訊號的每一位與擴頻碼的 3 位連續位進行邏輯異或運算（因為擴頻碼的傳輸速度是其 3 倍。我們將使用“X”符號表示異或運算）。
1 0 1 1 X 101 X 100 X 111 X 000 ----- ----- ----- ----- 010 100 000 111
現在我們的結果程式碼是 010100000111。這將被稱為我們的傳輸碼。現在，我們可以選擇一種二進位制傳輸方法（ASK、M 進位制 PSK、QAM 等）將此產生的數字訊號透過通道傳輸到接收方。
為了解複用 CDM 訊號，我們利用以下數學規則
a X b X b = a
請記住，這裡的“X”符號是異或運算。看起來如果我們將傳輸碼與擴頻碼進行異或運算，我們將得到原始資訊訊號！唯一的問題是，我們需要在接收端擁有完全相同的擴頻碼來解複用訊號。
那麼 CDM 的確切優勢是什麼？首先，讓我們看看擴頻碼。
擴頻碼被選擇具有多種特性，但最重要的特性是擴頻碼必須是偽隨機數 (PN)。PN 數看起來是隨機的，但由於我們必須能夠在接收端生成相同的訊號，因此擴頻碼不能完全隨機。由於此特性，竊聽者很難攔截我們的資料，因為其他人可能並不知道我們的擴頻碼。即使其他人知道我們的擴頻碼，他們也不一定知道我們所處程式碼的哪個位置。某些擴頻碼非常長。
我們的擴頻碼的生成位元率遠高於我們的資料碼。根據夏農通道容量，對於相同的 SNR 和更大的位元率，我們的訊號將在更大的頻寬上擴充套件。
現在，由於我們知道擴頻碼看起來像噪聲，我們可以安全地假設當我們進行異或運算時，結果也看起來像噪聲。事實上，傳輸訊號看起來太像噪聲了，除非接收方擁有完全同步的擴頻碼用於解複用，否則該訊號無法恢復。這使得 CDM 相對安全。
使用 CDM，我們可以在完全相同的頻帶上同時傳輸多個訊號。這一點很重要，因為 TDM 允許我們使用相同的頻帶，但它將時間片分開。FDM 不需要時間片，但它將訊號分到不同的頻帶。CDM 允許我們完全在同一時間、同一頻帶上傳輸訊號。
現在，當我們同時接收到多路複用訊號時，每個接收方都可以與擴頻碼進行異或運算，以獲取原始訊號。請記住，每個傳輸訊號看起來都像噪聲，因此接收方將簡單地忽略與擴頻碼不相關的訊號。--Mangosrgr8 (討論 • 貢獻) 15:33, 4 December 2013 (UTC)我認為這需要擴充套件；這種（不）相關性是如何發生的？為什麼其他訊號（包括“真實”噪聲）不會影響傳輸？
直接分碼多重進接（CDM），也稱為直接擴頻（DSS），利用數字異或運算的技巧來複用資料。
直接 CDM 技術應用於北美蜂窩電話傳輸。這是因為蜂窩電話數量過多，無法為每部電話分配單獨的頻率範圍或時間片。使用 CDM，所有電話可以在同一頻率頻段上同時通話。
跳頻分碼多重進接，也稱為跳頻擴頻（FHSS），在很短的時間內只在一個窄頻帶上進行傳輸，然後“跳躍”到另一個頻率。
假設我們有一個 PN 生成器，它即時建立擴頻碼。我們從該 PN 生成器中一次取一定數量的位，並用它們來選擇一個頻率範圍。然後，我們在該範圍內傳輸一個短資料突發，然後跳躍到下一個頻率範圍以傳輸下一個資料突發。
如果我們在接收端有相同的 PN 生成器，那麼我們可以使用該擴頻碼來選擇在任何給定時間監聽哪些頻率頻段。使用跳頻，我們的訊號將比正常情況下佔用更多的頻寬（因為我們使用多個頻段來發送資訊。跳頻有幾個優點，包括它使我們能夠同時更好地利用更多的頻寬，並且——如果跳躍足夠快——它提供了一些保護，以防止反射（“衰落”）和噪聲源消除一些窄頻段。
跳頻的缺點是接收器不能使用 PSK、QPSK 或 M 進位制 PSK 技術，因為它很難在不同時間和不同頻率頻段上同步不同的相位角。然而，M 進位制 FSK 通常被使用，並且取得了很大成功。
如果跳頻速率低於符號速率（每個跳躍傳輸的符號數量為整數），則該系統稱為“慢跳系統”。如果符號速率低於跳頻速率（每個符號的跳躍數量為整數），則該系統稱為“快跳系統”。快跳系統更復雜，但更不易受通道失真的影響。
正交頻分複用（OFDM）系統類似於跳頻系統，一部分資訊在一個窄帶頻率上進行傳輸，而另一部分資訊在另一個窄帶頻率上進行傳輸。然而，OFDM 系統並非一次只在一個窄帶頻率上進行傳輸，而是始終在所有頻率上進行傳輸。由於任何一個窄帶都始終被傳輸，因此相當容易同步相位角並對該頻段使用最佳調製技術（QPSK）。由於所有頻率都是由一個發射機產生的，因此與每個頻率都專用於一個不同發射機的系統相比，可以將它們更緊密地打包在一起，而不會產生干擾。
反射（“衰落”）和噪聲源通常會消除一些窄頻段。為了克服這個問題，位元被“編碼”（COFDM）。一個前向糾錯（資料編碼理論/前向糾錯）碼被散佈到每個通道中，這樣即使 2 個通道被完全消除，也只丟失了 2 個碼字位元。然後接收機使用 FEC 來重建被消除的資料。
實際上，幾乎所有的 OFDM 系統都是編碼正交頻分複用（COFDM）系統。