物理层的任务:完成不同传输媒体的比特流传输
实现途径:
## 2.2.1 引导型传输媒体
原理:
分类:
复用 (multiplexing) :允许用户使用一个共享信道进行通信。物理层上复用技术是将多路信号组合在一条物理信道上进行传输。
最基本的复用技术,将整个带宽分为多份,用户在分配到一定的频带后,在通信过程中自始至终都占用这个频带。所有用户在同样的时间占用不同的带宽(即频带)资源。
将时间划分为一段段等长的时分复用帧(TDM帧)。每一个时分复用的用户在每一个 TDM 帧中占用固定序号的时隙。每一个用户所占用的时隙是周期性地出现(其周期就是TDM帧的长度)的。TDM 信号也称为等时 (isochronous) 信号。所有用户在不同的时间占用同样的频带宽度。
时分复用会导致信道利用率不高,当用户暂时无数据发送时,分配给该用户的时隙只能处于空闲状态。
在进行通信时,复用器(multiplexer)总是和分用器(demultiplexer) 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,它把高速信道传送过来的数据进行分用,分别送交到相应的用户。
可让 N 个用户各使用一个频带,或让更多的用户轮流使用这 N 个频带。这种方式称为频分多址接入 FDMA (Frequency Division Multiple Access),简称为频分多址。可让 N 个用户各使用一个时隙,或让更多的用户轮流使用这 N 个时隙。这种方式称为时分多址接入 TDMA (Time Division Multiple Access),简称为时分多址。
波分复用 :光的频分复用。使用一根光纤来同时传输多个光载波信号。
每一个用户可以在同样的时间使用同样的频带进行通信。
各用户使用经过特殊挑选的不同码型,因此不会造成干扰。
当码分复用 CDM (Code Division Multiplexing) 信道为多个不同地址的用户所共享时,就称为码分多址 CDMA (Code Division Multiple Access)。
原理:
将每一个比特时间划分为 m 个短的间隔,称为码片 (chip)。为每个站指派一个唯一的 m bit 码片序列。
例如:S 站的 8 bit 码片序列是 00011011。
习惯上,用+1代表1,-1代表0,如:码片序列:(–1 –1 –1 +1 +1 –1 +1 +1)
码片序列实现了扩频:
要发送信息的数据率 = b bit/s,实际发送的数据率 = mb bit/s,同时,所占用频带宽度也提高到原来的 m 倍。
扩频通常有 2 大类:
CDMA的数学特性:
个人理解:
CDMA要实现多用户同时使用同样的频带进行通信,最重要的就是如何区分不同用户的信号,由于信号是会叠加的,如果有多台设备同时发送信号,则接收器收到的信号必然是多台设备发送信号的叠加态。接收器如何实现信号的剥离?就是依靠码片序列。码片序列就像是每个设备的身份证号,是唯一的。并且,不同设备的码片序列的规格化内积为0,这是非常重要的特性。前面我们知道,接收器收到的信号时多台设备的叠加,假设有AB两台设备分别发出了一个比特信号A(+1,+1,+1,-1,+1,-1,+1,-1),B(+1,+1,-1,-1,+1,+1,-1,-1),则接收器收到的信号就是(+2,+2,0,-2,+2,0,0,-2)。假设A的码片序列(身份证号)为(+1,+1,+1,-1,+1,-1,+1,-1),B的码片序列为(-1,-1,+1,+1,-1,-1,+1,+1),则接收器如果要接受A的信号,则用A的码片序列进行规格化内积,得到的是1,说明收到的是比特1,如果接受B的信号,则用B的码片序列进行规格化内积,得到-1,说明是比特0。此时,如果还有一个设备C的码片序列,进行规格化内积得到的一定为0,(见CDMA的数学特性1),说明没有C设备发送的信号。可以说是非常巧妙了!