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2.2 信道复用技术

信道复用技术是物理层常见的技术之一,信道复用技术可以大大增加信道的数据承载能力,在传输数据时更有效率。

2.2.1 信道复用技术简介

如果两地之间有多条传送带(如某A到某B),每条传送带每次只传送一件货物,这样非常浪费传送带资源,效率非常低,性价比也低,如图2-2所示。那么在保证货物不会丢失或者损坏的情况下,让多件货物同时从一条传送带通过,使它们不管是摞在一起,套在一起,还是并排在一起,都能顺利到达对应位置,这样就充分利用了传送带的带宽,如图2-3所示,只是放货和拆货时需要校验、叠加、分开、排序,这就是信道复用技术。

图2-2

图2-3

2.2.2 信道复用技术的分类

信道复用技术可以分为频分复用、时分复用、波分复用、码分复用、空分复用、统计复用、极化波复用等。下面介绍一些常用的信道复用技术。

1.频分复用技术

频分复用(Frequency Division Multiplexing,FDM)是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道固定并始终传输一路信号,如图2-4所示。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和,同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰,应在各子信道之间设立隔离带。频分复用技术的特点是,所有子信道传输的信号以并行的方式工作,每一路信号传输时可不考虑传输时延,因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用外,还有一种是正交频分复用(OFDM)。

图2-4

早期使用电话线上网的时代使用的就是频分复用技术,如图2-5所示。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源(注意,这里的“带宽”是频率带宽而不是数据的发送速率),所以牺牲的是单信道的带宽,从而获得多路传输。

图2-5

2.波分复用技术

在光纤传输中使用的波分复用(Wavelength Division Multiplexing,WDM)技术其实就是光的频分复用技术。因为波速=波长×频率,所以,在波速一定的情况下,波长和频率是互相关联制约的。前面介绍的光纤猫的复用技术就是使用的单模光纤,在上传和下载时使用不同的波长,从而在一条线路中传输多种不同波长和频率的光,也就是不同的信号,如图2-6所示。

图2-6

3.时分复用技术

时分复用是将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙周期性地出现(其周期就是TDM帧的长度)。TDM信号也称为等时(isochronous)信号。

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。

如图2-7所示,简单地说,就是A、B、C、D排队,每个人说一句话,将每个人说的话组合起来,作为一个包发出。然后每个人再说第2句话,组合之后,再发送一个包,以此类推。这样每个人在说话时,就占用了全部带宽,但是不能一直占用,占用一个单位时间后,下个人继续占用,直到最后一个人,这样循环往复。

图2-7

图2-7中的A、B、C、D并不是指每个时间都有话说,如果没有说话,就会占用一个空的位置,也就间接造成了带宽的浪费,如图2-8所示。

图2-8

统计时分复用技术(STDM)的核心思想是发送前给数据贴上标签,到达规定的TDM帧间隔就发送数据,没有数据的就不发送。到达对方地址后,根据标签组合数据,而不是按照帧中的位置机械式地组合。虽然这样浪费了一些时间,但提高了带宽利用率及性价比,如图2-9所示。

图2-9

4.码分复用

码分复用又称码分多址(Code Division Multiple Access,CDMA),CDMA与FDM(频分复用)和TDM(时分复用)不同,它既共享信道的频率,也共享时间,是一种真正的动态复用技术。其原理是每比特时间被分成m个更短的时间槽,称为码片,通常情况下每比特有64或128个码片。每个站点(通道)被指定一个唯一的m位的代码或码片序列。当发送1时站点就发送码片序列,发送0时就发送码片序列的反码。当两个或多个站点同时发送时,各路数据在信道中被线性相加。为了从信道中分离出各路信号,要求各个站点的码片序列是相互正交的。

码分复用技术主要用于无线通信系统,特别是移动通信系统。码分复用技术不仅可以提高通信的话音质量和数据传输的可靠性,以及减少干扰对通信的影响,而且增大了通信系统的容量。笔记本电脑以及掌上电脑等移动性设备的联网通信就是使用了这种技术。 pFmkuoQg3Q9BPACOOrKf0b7KzVOvzl/ayYNXI3jy5ooWcN/BcA6iguAAr6CYAisa

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