信道划分介质访问控制

← 返回 MOC | ← 主页


1. 频分复用 (FDM - Frequency Division Multiplexing)

原理: 频分复用是将整个传输信道的总带宽划分成若干个子频带(子信道),每个用户被分配到一个固定的子频带。在通信过程中,各个用户同时使用不同频带进行数据传输。为了防止相邻频带之间的信号相互干扰,子频带之间通常会保留一定的 保护频带(Guard Band)

特点与应用:

  • 特点: 频域平分,时域重叠。每个用户始终占用指定的频率带宽,通信连贯性好,但如果用户没有数据发送,该频带就会闲置,导致信道利用率较低。
  • 应用场景: 传统的模拟电视广播、FM/AM收音机、早期的有线电视网络(CATV)以及宽带ADSL技术。

2. 时分复用 (TDM - Time Division Multiplexing)

原理: 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TDM帧又被划分为若干个 时隙(Time Slot) 。每个用户在每一个TDM帧中固定占用一个特定序号的时隙。所有用户交替使用同一频带进行数据传输。

特点与应用:

  • 特点: 时域平分,频域重叠。它非常适合数字信号的传输。但与FDM类似,如果某个用户在属于它的时隙内无数据发送,该时隙就会空闲,造成带宽浪费。
  • 演进(STDM): 为了解决带宽浪费问题,后来发展出了 统计时分复用(STDM,也称异步时分复用) ,它按需动态分配时隙,只有当用户有数据要发送时才分配时间,大大提高了信道利用率。
  • 应用场景: 传统的电话交换网络(如T1/E1载波系统)。

3. 波分复用 (WDM - Wavelength Division Multiplexing)

原理:

波分复用本质上就是 光的频分复用 。在光纤通信中,不同波长(即不同颜色)的光信号在同一根光纤中传输时互不干扰。WDM技术利用光复用器(合波器)将多路不同波长的光信号合并到一根光纤中传输,在接收端再用光解复用器(分波器)将它们分离。

特点与应用:

  • 特点: 能够极大地增加光纤的传输容量。现代技术演进出了 密集波分复用(DWDM) ,可以在一根光纤中复用几十甚至上百个波长的光信号,实现Tbit/s级别的超高传输速率。
  • 应用场景: 现代光纤通信网络的基础骨干技术。

4. 码分复用 (CDM - Code Division Multiplexing) / 码分多址 (CDMA)

原理:

码分复用是一种依靠不同编码来区分用户的技术。在CDM中,所有用户在同一时间使用同一频带进行通信。为了区分不同用户的信号,系统为每个用户分配一个唯一且相互正交的 码片序列(Chipping Sequence)

工作机制(核心数学原理):

假设分配给站点的码片序列由 个比特组成(通常将比特 0 记为 -1,比特 1 记为 +1)。

  1. 发送规则:

    • 当站点发送数据比特 1 时,发送其专属的码片序列
    • 当站点发送数据比特 0 时,发送其专属码片序列的反码
  2. 正交特性: 系统分配给不同站点(如站点 和站点 )的码片序列必须是正交的。即它们的规格化内积为0

    同时,任何码片序列与自身的内积为1:

  3. 接收与分离: 当多个站点的信号在空间中叠加(线性相加)后到达接收端,接收端如果想提取站点 发送的数据,只需将接收到的混合信号与站点 的专属码片序列进行内积运算。由于正交性,其他站点的信号在内积运算后都会变成0被过滤掉,只剩下站点 的信号。

本章小结