计算机网络 第二章: 物理层_信道复用技术
文章目录
- 信道复用技术的基本原理
- 常见的信道复用技术
- 习题
- 解答
信道复用技术的基本原理
复用（Multiplexing）就是在一条传输媒体上同时传输多路用户的信号。
当一条传输媒体的传输容量大于多条信道传输的总容量时，就可以通过复用技术，在这条传输媒体上建立多条通信信道，以便充分利用传输媒体的带宽。
尽管实现信道复用会增加通信成本（需要复用器、分用器以及费用较高的大容量共享信道），但如果复用的信道数量较大，还是比较划算的。
常见的信道复用技术
- 频分复用（Frequency Division Multiplexing, FDM）
原理：将整个可用带宽划分为若干个非重叠的频带，每个频带用于传输一个不同的信号。各个信号通过不同的频率通道同时传输。
应用：广播电视、无线电通信。
优点：每个信号使用不同的频段，不会相互干扰。
缺点：需要足够的带宽，以避免信号之间的干扰，且系统对频带的分配要准确。
频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源并行通信
- 时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）
时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带
原理：将时间划分为若干个时间片（时间槽），每个时间片分配给不同的信号或用户。在每个时间片内传输一个信号。
应用：电话网络、数字通信。
优点：通过时间划分，可以在同一个信道上传输多个信号，灵活性高。
缺点：如果某些时间片没有数据需要传输，可能导致带宽浪费。
- 码分复用（Code Division Multiplexing, CDM 或 CDMA）
原理：使用不同的编码序列将多个信号映射到同一频带上，接收端通过解码序列恢复各个信号。每个信号在传播过程中被分配不同的编码序列。
应用：移动通信（如 3G 和 4G 网络）(最早应用到军事里)。
优点：能够在相同的频带上同时传输多个信号，提高频谱利用率。
缺点：需要处理信号间的干扰和复杂的解码过程。
码分复用（Code Division Multiplexing，CDM）常称为码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA），它是在扩频通信技术的基础上发展起来的一种无线通信技术。
与FDM和TDM不同，CDMA的每个用户可以在相同的时间使用相同的频带进行通信。
CDMA最初用于军事通信，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。随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛用于民用的移动通信中。
CDMA将每个比特时间划分为m个更短的时间片，称为码片（Chip）。m的取值通常为64或128。为了简单起见，在后续的举例中，我们假设m的取值为8。
CDMA中的每个站点都被指派一个唯一的m比特码片序列（Chip Sequence）。
-
某个站要发送比特1，则发送它自己的m比特码片序列；
-
某个站要发送比特0，则发送它自己的m比特码片序列的反码。
如果有两个或多个站同时发送数据，则信道中的信号就是这些站各自所发送一系列码片序列或码片序列反码的叠加。为了从信道中分离出每个站的信号，给每个站指派码片序列时，必须遵循以下规则：
- 分配给每个站的码片序列必须各不相同，实际常采用伪随机码序列。
- 分配给每个站的码片序列必须相互正交，即各码片序列相应的码片向量之间的规格化內积为0。
令向量A表示站A的码片向量，向量B表示站B的码片向量。
两个不同站A和B的码片序列相互正交，就是向量A与向量B的规格化內积为0，如下式所示。
- 波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）
原理：在光纤通信中，将不同的光波长（频率）用于同时传输不同的数据流。每个波长通道可以看作是一个独立的信道。
应用：光纤通信系统。
优点：极大地提高了光纤的传输能力。
缺点：需要精确的波长管理和昂贵的光学设备。
根据频分复用的设计思想，可在一根光纤上同时传输多个频率（波长）相近的光载波信号，实现基于光纤的频分复用技术。
目前可以在一根光纤上复用80路或更多路的光载波信号。因此，这种复用技术也称为密集波分复用DWDM。
铺设光缆的工程耗资巨大，应尽量在一根光缆中放入尽可能多的光纤，然后对每一根光纤使用密集波分复用技术。
例如，在一根光缆中放入100根速率为2.5Gb/s的光纤，对每根光纤采用40倍的密集波分复用，则这根光缆的总数据速率为（2.5Gb/s × 40）× 100 = 10000Gb/s = 10Tb/s。
习题
【2014年 题37】站点A、B、C通过CDMA共享链路，A、B、C的码片序列分别是(1,1,1,1)、(1,-1,1,-1)和(1,1,-1,-1)。 若C从链路上收到的序列是(2,0,2,0,0,-2,0,-2,0,2,0,2)，则C收到A发送的数据是（ ）。
A. 000 B. 101 C. 110 D. 111
解答
