带宽与时延以及信道复用技术(CDMA详解)!!!

时间:2024-03-18 20:34:47

生活中,我们经常听到带宽这个词,比如家里上网的带宽是多少呀,50M还是100M,或者光纤是千兆的还是百兆的诸如此类。大家都知道带宽越大,网速越快。但是带宽和网速究竟是怎么一个关系,这里来总结一下:

带宽

带宽本来是指信号具有的频带宽度,比如在传统的通信线路上传送的语言信号的标准带宽是3.1kHz(300Hz到3.4kHz)。在计算机网络中,带宽用来表示网络的通信线路传送数据的能力,因此网络带宽表示在单位时间内从网络中的某一点到另一点所能通过的最高数据率。单位是b/s。

在这两种带宽的表述中,前者是频域称谓,后者是时域称谓,二者本质上是相同的。一条通行线路上,带宽越宽,其最高数据率也越高。

时延

时延是指数据从网络的一端传送到另一端所用的时间,也称为延迟。时延包括四部分,具体如下图

带宽与时延以及信道复用技术(CDMA详解)!!!

图中假设A为一台主机,其发送带宽为10b/s,数据在线路中的传播速度位10m/s,则发送10b的数据需要1s,而10b的数据在线路上占了10m的长度。如果发送带宽增大,变为100b/s,则10b的数据在线路上就占1m的长度,此时数据就会“缩短”。

从这里我们还可以知道,通常所说的光纤的千兆和百兆都指的是线路所允许的最高数据率。

时延带宽积

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从图中可以知道,传播时延越长,也就意味着线路越长,发送带宽越大,就意味着数据在信道中的长度越短。所以时延带宽积的物理意义就是线路上数据量的多少。


信道复用技术

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信道复用主要有几种方式:

  • 频分复用(FDM)
  • 时分复用(TDM)
  • 统计时分复用(STDM)
  • 波分复用
  • 码分复用

频分复用

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。频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。下面是一个例子:

带宽与时延以及信道复用技术(CDMA详解)!!!

图中,用户的语音信号经过调制后到了所分配的频带,然后经过调制器发送出去,在进入信道时,三个信号叠加成一个信号进行传送,到了目的地以后进行滤波解调出每个频带的信号,送给相应的接收端。

时分复用

时分复用是将时间划分为一段段登场的时分复用帧(TDM)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,每一个用户所占的时隙周期性的出现(其周期就是TDM帧长度对应的时间)

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具体过程如下面的例子:

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如上图所示,每一路的数据在每个TDM帧中的相对位置是一样的。

但是采用时分复用,也存在一定的缺点,有可能会造成资源浪费。

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所以,针对时分复用的这个缺陷,一种改进的时分复用出现了,就是后来的统计时分复用

统计时分复用(STDM)

统计时分复用使用STDM帧来传送复用的数据,各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存,然后集中器依次扫描输入缓存,把缓存中的数据放入STDM帧中,一个帧放满就发送出去。STDM帧不是固定分配时隙,而是动态分配。

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波分复用(WDM)——就是光的频分复用!!!

码分复用(CDM)

又叫码分多址(CDMA),每一个用户可以再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,因此各用户不会造成任何干扰。

特点:这种系统发送的信号具有很强的抗干扰性能,其频谱类似于白噪声,不易被敌人发现,所以最早CDMA运用于军事通信。

原理:在CDMA中,每一个比特时间再划分为m个短的间隔,成为码片。通常m的值为64或者128。这里设m为8。

使用CDMA的每一个站被指派一个唯一的m bit码片序列,如果发送1,则发送m bit码片序列,如果发送0,则发送其二进制反码。比如指派给S站的码片序列为00011011,则S发送1时,就发送00011011;S发送0时,就发送11100100,我们习惯把0写为-1,1写为+1。

所以,假定S站要发送信息的数据率为b bit/s,而一个比特要转化成8个码片序列,则S站实际上发送的数据率提高到mb bit/s,同时S站所占用的带宽也提高到原来的m倍。这种通信方式就是扩频通信的一种。

扩频通信

  • 直接序列扩频通信(DSSS)
  • 跳频扩频(FHSS)

CDMA系统的两个特点:

  • 给每一个站分配的码片序列不仅必须各不相同,并且还必须相互正交。(规格化内积为0)在实用的系统中使用伪随机码序列。
  • 任何一个码片向量和该码片向量自己的规格化内积为1

所以在通信时,如果X站要接收S站的信息,就必须知道S站所特有的码片序列。X站使用它得到的S站的码片序列和收到的位置信号进行求内积运算,X站收到的是所有站码片序列之和,求内积时其他站的内积都是0直接被过滤掉,当最后结果为-1时,说明S站发的是0;当最后结果为+1时,说明S站发的是1。