【计算机网络】信道复用技术

复用(multiplexing)，合用，共用，是通信技术中的基本概念。

频分复用(FDM)

是按频率分割多路信号的方法，即将信道的可用频带分成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中的一个频段。

在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。

当采用频分复用技术时，所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

频分复用示意图

频分多路复用系统原理

时分复用（TDM）

TDM帧：将传输时间划分为多个等长的时间段（TDM帧）

时隙：每个TDM帧划分成更小的时间段（时隙），每个用户在每个TDM帧中占用固定的时隙进行通信。类似分时OS的时间片概念。

当采用时分复用时，所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度（分时不分频）。



时分复用可能会造成线路资源的浪费

统计时分复用 (Statistic TDM)

STDM的特点

集中器：连接低速用户，集中数据传输。

STDM帧

不等长，时隙数小于所连接的用户数

不是固定分配时隙，而是按需分配时隙，可提高线路的利用率。

增加地址信息

由于STDM帧中的时隙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，这将产生额外开销。

异步时分复用——指统计时分复用

同步时分复用——指普通时分复用

波分复用( WDM)

波分复用就是光的频分复用。

码分复用(CDM)

常用的名词是码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。

码分复用CDM（Code Division Multiplexing）是各用户使用经过特殊挑选的不同码型，在同样的时间使用同样的频带进行通信，但彼此不会造成干扰。

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。

CDMA的原理

在CDMA中，每一个比特时间划分为 m 个短的间隔，称为码片(chip)。通常m的值是64或者128。

每个站被指派一个惟一的 m bit 码片序列(chip sequence) 。

如发送比特 1，则发送自己的 m bit 码片序列。

如发送比特 0，则发送该码片序列的二进制反码。

每一个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。

实例

例如，S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。

发送比特 1 时，就发送序列 00011011，

发送比特 0 时，就发送序列 11100100。

为了方便，接惯例将码片中的0写为-1，将1写为+1，S 站的码片序列：(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)

若S站信息发送率为b（b/s），则实际数据发送率为mb（Baud），同时S站所占用的频带宽度也提高到原来的m倍。

码片序列的正交关系

令向量 S 表示站 S 的码片向量，令 T 表示其他任何站的码片向量，m bit。

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(inner product)都是 0：



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 。



一个码片向量和该码片反码的向量的规格化内积值是 –1。

CDMA 的工作原理

每个站都有自己的码片序列，彼此正交

每个站都发送数据（设为两个站S和T）

1：发自己的码片序列

0：发自己码片序列反码

信号叠加，设叠加信号为（Sx+Tx）

接收