第3章 物理层（4）_信道复用技术

5. 信道复用技术

5.1 频分复用（Frequency Division Multiplexing, FDM）

（1）频分复用示意图

 

　　①用户在分配到一定的频带（频率范围）后，在通信过程中自始至终都占用这个频带。不同用户在同样的时间占用不同的频带资源。如利用ADSL拨号上网。

　　②适合于模拟信号。

（2）频分复用原理

 

　　①采用不同的频率进行调制。如A1→A2信道使用f1频率调制载波，B1→B2信道使用f2频率调制载波，C1→C2采用f3频率调制载波。

　　②不同频率调制后的载波通过复用器叠加后发送到信道。

　　③接收端的分用器将信号发送到三个滤波器，滤波器过滤出特定频率载波信号，再经过解调得到信源发送的模拟信号。

5.2 时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）

（1）时分复用（TDM）

 

　　①时分复用采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，将时间划分为一段等长的时分复用帧（TDM）。

　　②每一个TDM帧包含所有用户的一比特数据，并占用固定序号的时隙，同时周期性出现。可见时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。

　　③复用器按A→B→C→D的顺序依次对用户的时隙扫描，然后构成一个时分复用帧。当某用户暂无数据发送时会产生空闲的时隙（如用户B），这会导致复用后的信道利用率不同。

（2）统计时分复用（Statistic TDM, STDM）

 

　　①是一种改进的时分复用，它能明显提高信道的利用率。

　　②统计时分复用要求每一个用户的数据需要添加地址信息（或信道标识信息），接收端根据这个信息分离出各个信道的数据。

　　③交换机干道链路使用的是统计时分复用技术，通过在帧中插入标记来区分不同的VLAN帧。

5.3 波分复用（Wavelength Division Multiplexing， WDM）

（1）由于光载波的频率很高，习惯上用波长而不用频率来表示所使用的光载波，实际上WDM也是一种频分复用技术。

（2）波分复用原理

 

　　①WDM将两种或多种不同波长的光载波信号（携带各种信息）在发送端经复用器汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输。

　　②接收端经解复用器将各种波长的光载波，然后由光接收机作进一步处理以恢复信号。

5.4 码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）

（1）码分复用又称为码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA），，是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术（如手机），它既共享信道频率，也共享时间，是一种真正的动态复用技术。

（2）码分复用原理

 

　　①将每比特时间分成m个更短的时间片，称为码片（Chip）。通常情况下每比特有64或128码片。

　　②A手机发送数据（如110）时，当发送1时就发送码片序列本身（-1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,+1），发送0时就发送码片序列的反码（+1,+1,+1,-1,-1,+1,-1,-1）。B手机发送的010数据也以同样的方式发送。

　　③基站将这A、B两个手机发送数据的信号叠加后发送出去。

　　④假设此时A、B、C三个手机都接收到这个叠加后的信息。他们会将叠加后的信号与各自手机的码片序列进行格式化内积运算。如果得数为1，说明收到数字信号为1；如果得数为-1说明得到的数据信号是0。如果得数为0，说明这个信号不是给自己的。如：

　　　　A：[0×(-1)+0×(-1)+(-2)×(-1)+2×1+0×1+(-2)×(-1) +0×1+2×1]/8=1，得到信号1。

　　　　B：[0×(-1)+0×(-1)+(-2)×1+2×(-1)+0×1+(-2)×1 +0×1+2×(-1)]/8=-1，得到信号0

　　　　C：[0×(-1)+0×1+(-2)×(-1)+2×1+0×1+(-2)×1 +0×(-1)+2×(-1)]/8=0，不是给C的信号。

（3）码片序列的特点

　　①码片正交：为了从信道中分出各路信号，要求码片序列之间两两相互正交（orthogonal），即向量A和B的格式化内积都是0。令向量A表示A手机的码片，B表示其他任何手机的码片向量。

   

　

　

　　②码片序列自己与自己的格式化内积为1。

 

　　

 

　　③自己和自己的反码序列（-A）格式化内积为-1。