计算机网络:信道复用技术概念解析

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简介: 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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