计算机网络：多路复用技术

多路复用(multiplexing)

简称复用，是通信技术中的基本概念

主要思想：将链路/网络资源划分为"资源片"，将资源片分配给各路"呼叫"（calls）
每路呼叫独占分配到的资源片进行通信。这个过程中，资源片可能闲置。

典型的多路复用方法：

• 频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）
• 时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）
• 波分多路复用（WavelengthDivision Multiplexing，WDM）
• 码分多路复用（Code Division Multiplexing，CDM）

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频分多路复用(FDM)

把通信资源在频率上进行分割，如 有线电视网络
在不同频率范围内传输不同的信号，达到共享同一信道的效果

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时分多路复用(TDM)

将时间划分为一段段等长的时分复用帧（TDM帧），
每个用户在每个帧中占用固定次序的时间片（周期性轮流使用信道）

只在时间上进行划分，使用的频带宽度相同

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波分多路复用(WDM)

波分多路复用实际上就是光的频分复用
因为光更习惯于考虑波长，因此在波长上进行划分

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码分多路复用(CDM)

• 广泛应用于无线链路共享（如蜂窝网，卫星通信等
• 若干个用户同时使用相同频带的信道，通过解码分离出特定用户的数据

原理：一组正交的 m 维向量，-1代表比特 0，1代表比特 1，每个用户持有其中一个向量作为码片序列，
如S₁=（1，1，1，-1，1，-1，-1，-1），S₂=（1，-1，1，1，1，-1，1，1）
用户一持有 S₁ 作为码片，当发送比特 1 的时候发送码片原码，发送比特 0 时发送反码
即 编码信号 = 原始数据 × 码片序列（将比特 0 视为-1）
记各个用户叠加后的编码信号为 P，即接收到的信号序列为P，用户 i 发送的数据为 d_i
则
    $d_i=\frac{1}{m}S_i\cdot{P}$di​=m1​Si​⋅P
（d_i 为 1 时发送了比特 1，为 -1 时发送了比特 1，为0时未发送数据)
拆解一下，按照向量的分配律与结合律，
若用户 i 发送了数据，则
    ${S_i}\cdot{P}=S_i\cdot(\cdots + {\mathop{S}\limits^{\tiny(-)}}_{i-1} + {\mathop{S}\limits^{\tiny(-)}}_{i} + {\mathop{S}\limits^{\tiny(-)}}_{i+1} + \cdots)$Si​⋅P=Si​⋅(⋯+S(−)​i−1​+S(−)​i​+S(−)​i+1​+⋯)
       $=S_i\cdot{\mathop{S}\limits^{\tiny(-)}}_{i}$=Si​⋅S(−)​i​
       $={\small(-)}m$=(−)m

若用户 i 未发送数据，则
    ${S_i}\cdot{P}=0$Si​⋅P=0

即解码过程为 $\small{d_i}=\frac{1}{m}S_i\cdot{P}$di​=m1​Si​⋅P
因此，可用码片序列获得对应用户发送的数据

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2020/4/21