第二章.物理层：2.4信道复用技术

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2.4.1 频分复用、时分复用和统计时分复用

复用：允许用户使用一个共享信道进行通信。

1. 频分复用FDM

• 最基本

• 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。

• 所有用户在同样的时间占用不同的带宽（即频带）资源。

  

2. 时分复用TDM

• 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）的。
• TDM信号也成为等时信号。
• 所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

3. 频分多址与时分多址

• 可让N个用户各使用一个频带，或让更多的用户轮流使用这N各频带。这种方式称为频分多址接入FDMA，简称频分多址。
• 可让N个用户各使用一个时隙，或让更多的用户轮流使用这N各时隙。这种方式称为时分多址接入TDMA，简称为时分多址。

4. 复用器和分用器

成对使用。

5. 时分复用会导致信道利用率不高

6. 统计时分复用STDM

2.4.2 波分复用

波分复用：光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。

上图表示8路传输速率均为2.5Gbit/s的光载波（其波长均为1310(m)，经光的调制后，分别将波长变换到1550~1557nm，每个光载波相隔1nm（这里只是为了说明问题的方便。实际上，对于密集波分复用，光载波的间隔一般是0.8nm或1.6nm）这8个波长很接近的光载波经过光复用器（波分复用的复用器又称为合波器）后，就在一根光纤中传输。 因此，在一根光纤上数据传输的总速率就达到了8×2.5Gbit/s=20Gbit/s。但光信号传输了 一段距离后就会衰减，因此必须对衰减了的光信号进行放大才能继续传输。现在已经有了很好的掺铒光纤放大器EDFA。它是一种光放大器，不需要像以前那样复杂，先把光信号转换成电信号，经过电放大器放大后，再转换成为光信号。 EDFA不需要进行光电转换而直接对光信号进行放大，并且在1550nm波长附近有35nm （即4.2THz)频带范围提供较均匀的、最高可达40、50dB的增益。两个光纤放大器之间的光缆线路长度可达120km，而光复用器和光分用器（波分复用的分用器又称为分波器）之间的无光电转换的距离可达600km（只需放入4个EDFA光纤放大器）。

2.4.3 码分复用

• 每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
• 各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此不会造成干扰。
• 当码分复用CDM信道为多个不同地址的用户所共享时，就称为码分多址CDMA。

1. CDMA工作原理

• 将每一个比特时间划分为m个短的间隔，称为码片。

• 为每个站指派一个唯一的m bit码片序列。

  • 发送比特1：发送自己的m bit码片序列。

  • 发送比特0：发送该码片序列的二进制反码。

  • 为了方便，我们按惯例将码片中的0记为-1，将1记为+1.

    

2. 码片序列实现了扩频

• 要发送信息的数据率=b bit/s，实际发送的数据率=mb bit/s，同时，所占用频带宽度也提高到原来的m倍。
• 扩频通常有两大类：
  • 直接序列扩频DSSS，上述为直接序列扩频。
  • 调频扩频FHSS，一句跳频码，使载波的频率不停地跳变。

3. CDMA的重要特点

• 每个站分配的码片序列：各不相同，且必须互相正交。

• 正交：向量S和T的格式化内积等于0：

  

• 任何一个码片向量和该码片向量自己的格式化内积都是1。

  

• 一个码片向量和该码片反码的向量的格式化内积值是-1。

  

4. CDMA工作原理

假定有一个X站要接受S站发送的数据，X站就必须知道S站所特有的码片序列。假设同时还有一个T站在发送信息，并且S站发送的信息和T站发送的信息以叠加的方式输送到接收端，X站要想知道S站发送的信息就需要过滤掉T站发送的信息。这时候需要将S站所特有的码片序列与发送的总信号做规格化内积，即做运算【S*(S_x+T_x)】，运算结果为【S * S_x】，因为【S * T_x】为0（CMDA特点）。有CMDA特点得，若【S * S_x】的计算结果为1，则S站发送的为1，若【S * S_x】的计算结果为-1，则S站发送的为-1，若【S * S_x】的计算结果为0，则S站没有发送数据。

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参考资料：《计算机网络(第8版)》—— 谢希仁