計算機網絡-信道複用技術

還記得計算機網絡中的信道複用技術麼? 來來來, 一起復習一下.

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問: 什麼是信道複用. 在回答這個問題之前先看這樣一個場景:

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其中u1 u2是兩個用戶, 如果這兩個用戶之間連通的信道在他們使用過程中, 被他們完全佔用了, 其他人就只能等着了. 那有人說了, 那就多架設信道不就好了. 如果說 A B之間的信道可以滿足20G 流量的傳輸, 而u1 u2 在通信的過程中, 只使用了其中的千分之一, 這就造成了資源的極度浪費, 不管從哪方面考慮, 都應該充分利用其傳輸的性能.

而這個時候, 爲了解決這個問題, 就出現了信道的複用技術. 簡單說, 就是可以在同一個信道上同時傳送多路數據. 如圖:

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爲了方便理解, 將信道轉化爲單工通信. 其中u1u2發送數據的同時, u3也可以給u4發送數據. 同一個信道可傳輸多路信號的通信.

信道複用的基本思路簡單說就是, 在發送端將多路信號揉成一個信號發送, 而接收端需要將信號再拆分成各路信號進行分發.

如何實現信道的複用呢?

頻分複用

現在最常使用的傳輸媒介就是光纖了, 都知道光信號有不同的頻率, 可見光只佔用其中的一小部分.

而頻分複用, 就是通過將不同頻率的信號進行融合, 然後在接收端再進行不同頻率信號的分離. 當然, 疊加後的頻率是不能超出傳輸媒介的頻率帶寬的.

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複用技術是可以連續複用的, 從A通過複用, 生成的信號可以在B處再次進行信號的疊加, 而遇到頻率帶寬低的信道可拆分傳輸, 最大限度的使用其傳輸性能.

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時分複用

時分複用很好理解, 將信道按照時間段進行劃分, 多個輸入端輪流發送數據, 接收端再按照時間段將數據進行拆分.

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問題

時分複用技術的問題顯而易見, 每個輸入方佔用信道的機會都是均等的. 如果說A沒有數據, 爲了接收端能夠按照時間間隔正確分發數據, A所佔用的時間間隔會留空, 造成資源的浪費.

統計時分複用

爲了解決時分複用空閒造成的資源浪費, 出現了統計時分複用. 基本思路一致, 也是將信道按照時間間隔進行分割, 不同的是, 每次放入數據的時候, 會攜帶一個tag, 標記本段數據的所屬, 接收端根據tag對分段數據進行識別分發(當然, 接收端同時會將附帶的tag去掉). 這樣一來, 只要有數據就方, 而不用空出空閒間隔了.

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波分複用

波分複用技術說白了, 其實就是頻分複用. 都知道, 光是有不同的波長的, 波分複用是根據不同的波長進行復用.

問題是, 光的波長和頻率成反比, 波長一定, 頻率就也定了. 這這這, 不就是頻分複用換了個名嘛. (可能只是因爲在複用時用到的技術不同吧)

碼分複用

先說一下, 碼分複用中的是什麼. 在傳輸過程中, 將一個比特的時間間隔, 再次切分爲 n 個間隔, 其中每個間隔稱爲一個碼片.

每個發送接收方, 定義一個自己的碼片序列, 如下:

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一共7個碼片(也就是說, 原來發送1比特的數據, 現在需要發送7比特). 當發送數據的時候, 如果是二進制1, 就直接發送碼片序列, 如果是二進制0, 則將碼片序列取反再發送.

那麼這個發送的序列如何疊加呢? 很簡單, 就是兩者波形的疊加. 1+1=2, (-1)+(-1)=-2, -1+1=0. (向量的點積) 疊加後的波形是兩個波形的和.

到這裏都很好理解, 問題是接收方如何從數據中將波形分離出來呢? 前面的分離都是物理模型, 咱也不太懂, 到這裏是數學模型了, 可以簡單嘮一嘮.

先複習一下向量相關的概念

首先, 上方的碼片就是一個包含: 1, -1 的向量.

碼片向量的規格化內積: 按位相乘, 取平均值. (內積是向量的概念, 就是點積除以 n)

根據這個定義, 有如下推理:

  • 任一碼片與自身規格化內積爲1 (每位都相同, 相乘後均爲1, 取平均值任爲1)
  • 任一碼片與其反碼片內積爲-1 (每位都相反, 相乘後均爲-1, 取平均值-1)

正交碼片: 內積爲0

信號拆分

首先, 容易分離的不同向量必須是正交向量. 證明過程就不說了, 咱也不懂

如何拆分信號呢? 結果很簡單, 將收到的信號與自己的碼片序列做內積運算, 若內積爲0, 則當前比特沒有自己的信號, 否則爲1或-1, 既1或0.

其他

信道複用技術除了上面幾種, 還有: 空分複用等等.

不同的複用技術, 其對應的應用場景不同. 簡單回顧一下.

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