信道复用技术

Posted 2021-06-20 Dragon

一、基础知识

　　在数据的传输过程中，通常使用两种链路，分别是点对点链路，广播式链路。

　　

　　（1）点对点链路：指两个相邻节点通过一个链路相连。应用有PPP协议，常用于广域网。

　　（2）广播式链路：指所有主机共享通信介质，类拟于公共的高速公路，应用有以太网、无线局域网、局域网。典型的拓扑结构：总线型、星型（逻辑总线型）。

 

二、介质访问控制

　　介质访问控制就是采取一定的措施，使得两对节点之间的通信不会发生互相干扰的情况。

　　介质访问控制可以分为静态划分信道和动态分配信通。

　　（1）静态划分信道：也叫信道划分介质访问控制，有四种控制的方法，1、频分多路复用FDM；2、时分多路复用TDM；3、波分多路复用WDM；4、码分多路复用CDM。

　　（2）动态分配信通，可以分为轮询访问控制  令牌传递协议；随机访问介质访问控制 ALOHA协议、CSMA协议、CSMA/CD协议、CSMA/CA协议。　　

 

三、静态划分信道访问控制

　　信道划分介质访问控制：将使用介质的每个设备与来自同一信道上的其他设备的通信隔开，把时域和频域资源合理分配给网络上的设备。

　　

　　在点对点通信方式中，两点间的通信线路是专用的，其利用率很低，一种提高线路利用率的有效方法是使多个数据源合用一条传输线路，这就是信道复用技术。信道复用技术是将来自若干信道源的信号进行合并，然后将合成的信号经单一的信道和传输设备进行传输，在接收方，设有能将信号进行分离的单独的信号处理设备。

　　多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术。这种技术要用到两个设备，其中，多路复用器在发送端根据某种约定的划则把多个低带宽的信号复合成一个高带宽的信号；多路分配器在接收端根据同一规则把高带宽信号分解成多个低带宽信号。多路复用器和多路分配器统称为多路器，简写为MUX。如图：

　　

　　注：把一条广播信道，逻辑上分成几要用于两个节点之间通信的互不干扰的子信道，实则是把广播信道转变为点对点信道。

　　

　　多路复用技术用到两种设备：

　　（1）多路复用器（Mutiplexer），在发送端根据某种约定的规则把多个低带宽的信号复合成一个高带宽的信号；

　　（2）多路分配器（Demultiplexer）,在接收端根据统一规则把高带宽信号分解成多个低带宽信号。

　　（3）多路复用器和多路分配器统称为多路器，简写为MUX。

　　

　　信道复用技术的形式有：1、频分多路复用FDM；2、时分多路复用TDM；3、波分多路复用WDM；4、码分多路复用CDM。

　　

四、频分多路复用FDM

　　频分多路复用FDM主要用于模拟信号。多路复用器接受来自多个源的模拟信号，每个信号有自己独立的带宽，信号在通信的过程中自始自终都占用这个频带，在同样的时间占用不同的带宽频率，信号被组合成一个具有更大带宽的信号，信号通过媒体传送到目的地，目的地有另一个多路复用器完成信号分解工作，把各信号单元分离开来。如图：

　　　　

 

　　频分多路复用的案例：

　　1）频分多路复用用于无线电广播、有线电视中。一根CATV电缆的带宽约是500MHz，可传送80个频道的电视节目，每个频道6MHz用于声音、视频、及彩色等子信号，每个频道留有一定的警戒频带，防止相互串扰。

 　　2）xDSL采用数字技术对现有的模拟电话用户线进行改造，使它能够承载宽带业务，标准的模拟电话信号的频率在300-3400Hz范围，而xDSL技术把0-4kHz低频频谱给传统电话使用，而40k-1.1MHz的频率范围则给用户上网使用。相关的技术有HDSL、SDSL、VDSL、ADSL和RADSL等。

　　

　　ADSL技术解析：

　　1）ADSL技术在用户线缆两端各安装一个ADSL调制解调器。

　　2）采用的方案是离散多音调DMT调制技术，多单调即多载波或多子信道。

　　3）上行下行带宽不对称，下行数率在32k-6.4Mb/s，上行数据率在32k-640kb/s之间。

　　4）DMT调制技术采用频分多路复用技术，把40kHz-1.1MHz的高阶频谱划分为许多的子信道，其中25个子信道用于上行信道，而249个子信道用于下行信道。

　　5）每个子信道占据4kHz带宽，并使用不同的载波进行数字调制，相当于在一个线路上用多条信道并行地传送数据。

 

五、时分多路复用TDM

　　频分复用实现了多用户数据的同时传输，但在同一时间，不同用户占用不同的信道带宽频率，那就会造成不同用户使用的信道频率有高有低，各用户间的宽带使用体验也是不同的，高频段用户使用的速度更快，低频段用户使用的速度会慢一些，不是一个平衡的状态。

　　时分多路复用TDM，信道分割的方法是信号占用的时间，将使用复用的各路信号在时间上互不重叠，在传输时把时间分成小的时隙，每一时隙由复用的一个信号占用。如图所示的情况，4个用户A，B，C，D进行时分复用时，4个时隙构成一个时分复用帧，每一个时分复用的用户在一个TDM帧中占用固定序号的时隙，每个用户占用的时隙周期性的出现，时分复用的所有用户在不同的时间占用相同的频带频率。

　　　　

　　在进行通信时，复用器和分用器总是成对地使用，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相反，它将高速线路传送过来的数据进行分组，分别送到相应的用户处。当使用时多路分复用技术传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性，一个用户对分配到的信道的利用率一般不高，因某用户在某一段时间暂无数据传输时，就会使分配到的信道时隙空闲，而其他有数据的用户也无法使用这个空闲的时隙资源传送数据（按时间分配时隙）。

　　

六、统计时分复用STDM

　　统计时分复用STDM是一种改进的时分复用技术，它可以提高信道的利用率。集中器使用这个方法。

　　统计时分复用技术使用STDM帧来传送复用数据，但每一个STDM帧中的时隙数小于或等于连接在集中器上的用户数，如图所示，按A、B、C、D的顺序依次分配时隙，各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，将缓存中的数据存入STDM帧中，当一个帧的数据放满了，就发送出去，因此STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态分配时隙，由于用户占用的时隙并不是周期性地被使用，所以在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须要有的不可避免的开销。

　　　　

 

七、波分多路复用WDM

　　波分多路复用WDM是光的频分复用，使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。

　　　　

　　波分多路复用将标准波长光波，通过光合波器（复用器）将光信号耦合到一根光纤上，进行传输当传输一定距离信号会衰减，为了对不同波长光信号具有相同的放大增益，需要采用光纤放大器（EDFA）对光信号进行放大，当光信号到达接收端后，由分用器将光信号再转换为标准波大。

　　注：如运营商使用的光纤通信技术为GPON技术，运营商端复用器为设备OLT，用户端的分用器为设备ONU（光猫）。

 

六、码分多路复用CDM

　　码分多路复用CDM又称码分多址（Code Division Multiple Access,CDMA），CDM与FDM（频分多路复用）和TDM（时分多路复用）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（Chip），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形相加。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。

　　码分多路复用也是一种共享信道的方法，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用的是基于码型的分割信道的方法，即每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方之间不会相互干扰,且抗干拢能力强。

　　码分多路复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。它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。