物理层—信道复用

信道复用的通俗来讲就是多个通信设备共享一条信道进行通信，这样的好处在与提高信道的利用率，在实际通信系统中能为建设信道节约成本。

1.频分复用技术FDM（Frequency Division Multiplexing）

　　频分复用技术就是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，可见频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。这里的带宽指的是频率带宽而不是数据发送的速率。

　　在使用频分复用时，每一个用户占用的带宽不变，当复用的用户增加时，复用后的信道总宽度就会增加。

2.时分复用技术TDM（Time Division Multiplexing）

　　时分复用技术则是将时间划分为一段段等长的时分复用帧，称为TMD复用帧，每一个时分复用用户在每一个TMD帧中占用固定序号的时隙。每一个时分复用用户所占的时隙是周期性的出现，因此TMD信号也称为等时信号。可以看出，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。频分复用技术和时分复用技术都比较成熟，但是缺点就是不够灵活

　　在使用时分复用时，每一个时分复用帧的长度是保持不变的，始终是125us，当用户增加时，每一个用户所占的时分复用帧中的时隙就会相对减少。

3.统计时分复用技术STDM（Statics TDM）

　　在进行通信时，复用器和分用器总是成对的使用的。在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。分用器的作用正好和复用器的作用相反，它把高速信道传送过来的数据进行分用，分别交送到相应的用户。当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，一个用户对已经分到的子信道的利用率一般是不高的。当用户在某一段时间内暂时无数据传输室，那就只能让已经分配到的子信道空闲着，而其他的用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。当某个用户暂时无数据发送时，在时分复用帧中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，其他的用户即使一直有数据要发送，也不能使用这些空闲的时隙。这就导致了复用后的信道利用率不高。

　　统计时分复用STDM是对时分复用系统的一种改进，它能明显提高信道的利用率。统计时分复用系统中关键部件就是集中器。统计时分复用使用STDM帧来传送数据，但每一个SDTM帧中的时隙小数连接在集中器上的用户数。各用户有了数据就随时发送到集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入到STDM帧中，对没有数据的缓存就跳过去，当以帧满了后就发送出去。因此STDM帧不是固定分配时隙的，而是按需动态的分配时隙，统计时分复用系统可以提高线路的利用率。我们还可以看出，在输出线路上，某一用户所占用的时隙并不是周期性的出现，因此统计复用系统又称为异步分时复用系统，而普通的分时系统又称为同步分时系统。虽然统计分时复用的输出线路上的数据率的总和，但是从平均的角度来看，二者之间是平衡的。如果所有的用户都不间断的向数据集中器中发送数据，那么集中器肯定无法应付，它内部设置的缓存都都将溢出。所以集中器能正常工作的前提是假定所有的用户都是间歇的工作。

　　由于STDM帧中的时隙并不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分复用系统必须要有的和不可避免的一些开销。是用统计时分复用的集中器也叫智能复用器，它能提供对整个报文的存储转发能力，但大多数复用器一次只能存储一个字符或一个比特，通过排队的方式使个用户更合理的共享信道。许多集中器还可能具有路由选择、数据压缩、前向纠错等功能。

4.波分复用

　　波分复用WDM（Wavelength Division Multiplexing）就是光的频分复用.光纤技术的应用使得数据的传输速率空前提升，目前一跟单模光纤的传输速率可达到2.5Gb/s，在提高传输速率就变得异常困难。如果设法对光纤传输中的色散问题加以解决，如采用色散补偿技术，则一根单模光纤的传输速率可到达20Gb/s。这个几乎是单个光载波信号的传输的极限值。

　　但是，人们借用传统的载波电话的频分复用的概念，就能做到使用一根光纤来同时传输多个频率很接近光载波信号。这样就是光载波的传输能力得到极大提高了。由于光载波的频率很高，因此习惯上用波长而不用品了来表示所使用的光载波。这样就得到波分复用。最初，人们只能在一根光纤上复用两路光载波信号，这种复用方式称为波分复用WDM，随着技术的提高，在一根光纤上复用的光载波信号路数越来越多，现在已经能在一根光纤上复用80路或者更多的路数的光载波信号，于是就有了密集波分复用。5.码分复用

　　码分复用CDM（Code Division Multiplexing）是另外一种共享信道的方式。实际上，人们更常用的是码分多址。每个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。由于个用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此个用户之间不会造成干扰。码分复用最初是用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，器频谱雷速与白噪声，不易被敌人发现。随着技术的进步，CDMA设备的价格和体积都在不断的下降，因而现在已广泛使用在民用的移动通信中，特别是在无线局域网中。采用CDMA可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性，减少干扰对通信的影响，增大通信系统的容量，降低手机的平均发射功率。

　　在CDMA中，每一个比特时间呗再划分为m个短的间隔，称为码片。通常m的值是64或者128。使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列。一个站如果要发送比特1，则发送它自己的m bit码片序列。如果要发送0，则发送改码片序列的二进制反码。现假定S站要发送的数据率为b b/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 b/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通信中的一种。扩频通信通常有两大类，一是直接序列扩频，另一种是调频扩频。

　　CDMA系统的另一个重要的特点就是这中体制分给每一个站的码片序列不仅必须要各不相同，而且还必须互相正交。

　　（1）两个不同站点的码片序列正交。

　　（2）某一个站点的码片序列和其他站点的码片序列的反码正交。

　　（3）一个码片序列和其码片的规格化内积为1，和其反码的规格化内积为-1.

　　现在假定在一个CDMA系统中有很多站点都在相互通信，每一个站点发送的数据比特流和本站的码片序列的乘积，因而是本站的码片序列和该码片序列的二进制反码的组合序列，或者什么也不发送，我们还假定所有的站点所发送的码片序列都是同步的，即所有的码片序列都是在同一时刻开始的。

　　假定有一个X站要接收S站发送的数据，X站就必须知道S站所特有的码片序列。X站使用它得到的码片向量S与接收到的未知信号求内积的运算。X站接收到的信号时各个站发送的码片序列之和。根据叠加原理，求内积的结果是：所有其它站的信号都被经过滤掉，其内积的相关项都是0，而只剩下S站发送的信号。当S站发送比特1时，在X站计算内积的结果是+1，当S站发送比特0时，计算的结果是-1。