计算机网络：信道复用技术概念解析

信道复用技术

频分复用、时分复用和统计时分复用

复用 (multiplexing) 是通信技术中的基本概念。

它允许用户使用一个共享信道进行通信，降低成本，提高利用率。

频分复用 FDM (Frequency Division Multiplexing)

• 将整个带宽分为多份，用户在分配到一定的频带后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。
• 频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源（请注意，这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率）。

时分复用TDM (Time Division Multiplexing)

• 时分复用则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM 帧）。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。
• 每一个用户所占用的时隙是周期性地出现（其周期就是 TDM 帧的长度）。
• TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号。
• 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度。

时分复用可能会造成线路资源的浪费

使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般是不高的。

统计时分复用 STDM (Statistic TDM)

波分复用 WDM (Wavelength Division Multiplexing)

波分复用就是光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。

码分复用 CDM (Code Division Multiplexing)

• 常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。
• 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此彼此不会造成干扰。 、
• 这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。

码片序列(chip sequence)

每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片 (chip)。

每个站被指派一个唯一的 m bit 码片序列。

• 如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。
• 如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

• 发送比特 1 时，就发送序列 00011011，
• 发送比特 0 时，就发送序列 11100100。

S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

码片序列实现了扩频

假定S站要发送信息的数据率为 b bit/s。由于每一个比特要转换成 m 个比特的码片，因此 S 站实际上发送的数据率提高到 mb bit/s，同时 S 站所占用的频带宽度也提高到原来数值的 m 倍。

这种通信方式是扩频(spread spectrum)通信中的一种。

扩频通信通常有两大类：

• 一种是直接序列扩频DSSS (Direct Sequence Spread Spectrum)，如上面讲的使用码片序列就是这一类。
• 另一种是跳频扩频FHSS (Frequency Hopping Spread Spectrum)。

CDMA 的重要特点

• 每个站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须互相正交 (orthogonal)。
• 在实用的系统中是使用伪随机码序列。

码片序列的正交关系

• 令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量。
• 两个不同站的码片序列正交，就是向量 S 和T 的规格化内积 (inner product) 等于 0：

正交关系的另一个重要特性

• 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积都是 1 。

• 一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。

CDMA 的工作原理

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