媒体接入控制：静态划分信道

信道复用的基本概念

复用是通信技术中的一个重要概念，也就是通过一条物理线路同时传输多路用户的信号。

当网络中传输媒体的传输容量大于多条单一信道传输的总通信量时，可利用复用技术在一条物理线路上建立多条通信信道，来充分利用传输媒体的带宽。

如图所示，这是3对用户各自使用一条独立的物理线路进行通信，如果在发送端使用复用器，在接收端在使用分用器，这 3 对用户就可以共享一条物理线路进行通信。

信道复用技术

常见的信道复用技术有频分复用FDM、时分复用TDM，波分复用WDM，码分复用CDM。

频分复用技术

频分复用：将传输线路的频带资源划分成多个子频带，形成多个子信道，各子信道之间需要留出隔离频带，以免造成子信道间的干扰。当多路信号输入一个多路复用器时，这个复用器将每一路信号调制到不同频率的载波上，接收端由相应的分用器通过滤波将各路信号分开，将合成的复用信号恢复成原始的多路信号。很显然，频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源并行通信。

时分复用技术

时分复用：横坐标为时间，将时间划分成一个个的时隙。十分复用技术将传输线路的带宽、资源按时隙轮流分配给不同的用户，每对用户只在所分配的时隙里使用线路传输数据。

时分复用技术将时间划分成了一段等长的时分复用帧，每一个时分复用的用户在每一个时分复用帧中占用固定序号的时隙。如图所示，每一个用户所占用的时序是周期性出现的，其周期就是时分复用帧的长度。很显然，时分复用的所有用户在不同的时间占用同样的频带带宽度。

波分复用技术

波分复用：其实就是光的频分复用，如图所示，这是 8 路传输速率均为 2. 5Gbit/s的光载波，其波长均为 1310 nm，经光调至后分别将波长变换到 1550- 1561. 2 nm，每个光在波相隔 1. 6 nm，这 8 个波长很接近的光在波经过光复用器(或称为核波器)就在一根光纤中传输。因此在一根光纤上数据传输的总速率就达到了 8* 2. 5Gbit/s，也就等于 20Gbit/s。光信号传输一段距离后会衰减，因此对衰减了的光信号必须进行放大才能继续传输。

现在已经有了很好的掺耳光纤放大器，两个光纤放大器之间的光缆线路长度可达 120 km，而光复用器和光分用器(或称分波器)之间可以放入 4 个掺耳光纤放大器，使得光复用器和光分用器之间的无光电转换的距离可达 600 km。

码分复用技术

码分复用：码分复用是另一种共享信道的方法。实际上，由于该技术主要用于多址接入，人们更常用的名词是码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)。

频分复用和时分复用同样可用于多址接入接入，相应的名词是频分多指 FDMA(Frequency Division Multiple Access) 和时分多指TDMA(Time Division Multiple Access)。

在本课程中，我们不严格区分复用与多址的概念，可简单理解如下：

复用是将单一媒体的平贷资源划分成很多子信道，这些子信道之间相互独立，互不干扰。从媒体的整体频带资源上看，每个子信道只占用该媒体频带资源的一部分。
多址更确切的应该称为多点接入，他处理的是动态分配信道给用户，这在用户仅仅暂时性的占用信道的应用中是必须的，而所有的移动通信系统基本上都属于这种情况。相反，在信道永久性的分配给用户的应用中，多址是不需要的，例如对于无线电广播或电视广播就是这样。

某种程度上，频分多址FDMA、时分多址TDMA、码分多址CDMA可以分别看成是频分复用FDM、时分复用TDM，码分复用CDM的应用

与FDM和TDM不同，CDM的每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。

由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。

码分复用最初是用于军事通信的，因为这种系统所发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。随着技术的进步，码分多址设备的价格和体积都大幅度下降，因而现在已广泛用于民用的移动通信中。

码分复用技术原理

比特时间：比特时间是指发送1比特需要的时间，这种时间单位与数据率密切相关。如果要将比特时间换为微秒，就必须要知道数据率是多少。如数据率是10Mb/s，则100比特时间就等于10微秒。

在码分多址中，每一个比特时间再划分为m个短的间隔，称为码片(Chip)。通常m的值是 64 或128。为了简单起见，在后续的举例中，我们假设 m 为8，即将每一个比特时间划分为8个短的时间间隔。

在使用码分多址的每一个站，被指派一个唯一的 m比特码片序列。

一个站如果要发送比特1，则发送他自己的 m 比特码片序列。

一个站如果要发送比特0，则发送他自己的 m 比特码片序列的二进制反码。

我们来举例说明：

假设指派给码分多址系统中某个站点的码片序列为00011011

该站发送比特1，就是发送自己的码片序列00011011

该站发送比特0，就是发送自己的码片序列的二进制反码11100100。

为了方便我们按惯例将码片序列中的 0 写为 -1，1 写为 +1

则该站点的码片序列是负 (-1 -1 -1 +1 +1 -1 +1 +1)

顺便提一下，这种通信方式称为直接序列扩频DSSS

码片序列的挑选原则

码片序列的挑选原则如下

第一，分配给每个站的码片序列必须各不相同，实际常采用尾随机码序列

第二，分配给每个站的码片序列必须相互正交，也就是规格化内积为0

令向量 s 表示栈 s 的码片序列，向量 t 表示其他任何栈的码片序列。两个不同站， s 和 t 的码片序列正交就是向量 s 和 t 的规格化内积为0，可写为如下的表达式

向量 s 和 t 的规格化内积为0，就是将向量 s 和 t 中对应分量相乘，然后相加，再除以向量中分量的数量，其结果为0

任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积很显然应该是1
任何一个码片向量和其他各站码片反码的向量的内积也是0
任何一个码片向量和该码片反码的向量的内积是-1

假设给站S分配的码片序列为01011101，给站T分配的码片序列为10111000，这样的分配正确吗？

首先检查码片序列是否各不相同。很显然，题目所给的两个码片序列互不相同，满足码片序列挑选原则的第一条

再来检查码片序列是否相互正交。根据题意可知，向量 S 和 T 的规格化内积计算结果不等于0，不满足码片序列挑选原则的第二条

码分多址的应用举例

假设A 、B、C、D 是码分多址系统中的 4 个站点， A 站发送比特1，也就是发送自己所分配到的码片序列。为了简单起见，我们用向量 A 来表示 A 站的码片序列，B 站发送比特0，也就是发送自己所分配到的码片序列的二进制反码，我们用 B^ 来表示 b 站的码片序列的二进制反码，C 站没有发送数据，显然 D 站可以接收到 A 站和 B 站所发送信号的叠加信号。