计算机网络-2-3-信道复用技术

复用技术简单介绍

如图，在(a)图中，A1,B1,C1分别使用一个单独的信道和A2,B2,C2来进行通信，因此他们需要使用三个信道进行通信，但是呢，如果把它们在发送端上使用一个复用器，把这三个相互独立的信道“混合在一起”成为一个信道，这样呢，这三个就可以共享使用一个信道进行通信，在接收端使用一个分用器，把他们抽出来，分为把它们送到不同的接收端。这就是所谓的信道复用技术。
信道复用可以分别频分复用和时分复用两大类。下面我们就详细介绍这两种信道复用技术。

频分复用技术

如图所示：

用户在分到一定的频带后，在通信的自始至终都占用着这个信道资源，可见呢，不同的用户在同样的时间占用的是不同的信道资源。

在使用频分复用时，如果用户所占的带宽资源不变。则当用户的数量增加时，服用后的信道的总带宽会大大增加。

时分复用技术

将时间划分为一段段等长的时分复用帧，时分复用的用户在不同的时间招用不同的信道资源。时分复用技术更利用于数字信号传输。

统计时分复用：是对时分复用的改进，它能够明显的提高信道的利用率。如图:

原理是将使用集中器连接4个低速的用户，然后把他们的数据通过高速线路发送到另一台远程计算机。

波分复用技术

其实就是光的频分复用。原理就是在一条光纤上搭载多条光波信号，这样就提出了光的波分复用这一名词。由于现在一天光纤上能搭载越来越多的光型号，因此就又出现了密集波分复用这一名词。

如图，对于8路传输速率为2.5G/s的光载波，经过广的调制后，分别将波长变换到1550-1557nm,这8根波长经过光复用器，就会在一个光纤上传输。，在一个光纤上总的传输速率为8X2.5G/s=20G/s。但是光信号传输一定距离后会衰减，因此必须要对衰减的光信号进行放大才能继续传输。因此呢，这就引出了一个光放大器的东西，现在的光放大器叫做掺饵光纤放大器。这种放大器放大原理并不复杂，只是在1550nm波长附近有35nm的频带范围提供较均匀的增益。

码分复用

每一个用户在同样的时间会用相同的频带进行通信，由于各个用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各个用户之间并不会造成干扰。

这种信号具有很强的抗干扰能力，其频谱李思思与白噪声,不易被发现。码分复用技术主要适用于移动通信中，特别是无线局域网内。下面简述其工作原理:

在CDMA当中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，成为码片，通常m为64或者128,我们现在设m=8。
使用CDMA的每一站被指派一个唯一的m bit码片序列，一个站要发送比特1,则发送自己的m bitm码片序列，如果要发送比特0,则发送该码片的二进制反码。例如：指派给S站的8bit码片序列为00011011,当s发送比特1时，它就发送序列00011011,当s发送比特0时候，就发送11100100,为了方便，我们按照惯例将码片中的0写为"-1",将1写成+1,因此S的码片序列为(-1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,+1)。现假设S站要发送信息的数据率为b bit/s,由于每一个bit要转化为m个比特的码片，因此S站实际要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的一种，扩频通信通常有两大类，一类是直接序列扩频，如上面的例子，还有一种是跳频扩频。

CDMA系统中一个重要的特点就是这种体制给每一站分配的码片序列不仅必须各不相同，并且还必须相互正交，在实际的系统中使用的是伪随机码序列。

用数学公式可以很清楚地表示码片序列的这种正交关系。令向量S表示站S的码片向量,再令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 Ginner product都是0

例如,向量S为(-1-1-1+1+1-1+1+1),同时设向量T为(-1-1+1-1+1+1+1-1),
这相当于T站的码片序列为00101110。将向量S和T的各分量值代入(2-3)式就可看出这两
个码片序列是正交的。不仅如此,向量S和各站码片反码的向量的内积也是0。另外一点也很重要,即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:

而一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是-1。这从(2-4)式可以很清楚地看出,因为求和的各项都变成了-1。

现假定有一个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进行求内积的运算。X站接收到的信号是
各个站发送的码片序列之和。根据上面的公式(2-3)和(2-4),再根据叠加原理(假定各种信号
经过信道到达接收端是叠加的关系),那么求内积得到的结果是:所有其他站的信号都被过
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,内积的结果是-1。

现假定有一个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进行求内积的运算。X站接收到的信号是各个站发送的码片序列之和。根据上面的公式(2-3)(2-4),再根据叠加原理(假定各种信号经过信道到达接收端是叠加的关系),那么求内积得到的结果是:所有其他站的信号都被过滤掉(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,内积的结果是-1。

图2-18是CDMA的工作原理。设S站要发送的数据是110三个码元。再设CDMA将每一个码元扩展为8个码片,而S站选择的码片序列(-1-1-1+1+1-1+1+1)。S站发送的扩频信号为Sx。我们应当注意到,S站发送的扩频信号Sx中,只包含互为反码的两种码片序列。T站选择的码片序列为(-1-1+1-1+1+1+1-1),T站也发送110三个码元,而T站的扩频信号为Tx。因所有的站都使用相同的频率,因此一个站都能够收到所有的站发送的扩频信号。对于我们的例子,所有的站收到的都是叠的信号Sx+Tx

当接收站打算收S站发送的信号时,就用S站的码片序列与收到的信号求规格化内积。这相当于分别计算S·S和S°·Tx。显然,S°S就是S站发送的数据比特,因为在计算规格化内积时,按(2-3)式相加的各项,或者都是+1,或者都是-1;而STx一定是零,因为相加的8项中的+1和-1各占一半,因此总和一定是零。