媒体接入 控制的基本概念

  • 共享信道着重要考虑的一个问题就是如何协调多个发送和接收站点对一个共享传输媒体的占用（例如下面这个总线型局域网），即媒体接入控制MAC(Medium Access Control)

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  • 媒体接入技术主要分两类

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  • 静态划分信道：预先固定分配好信道，这类方法非常不灵活，对于突发性数据传输信道利用率会很低。通常在无线网络的物理层中使用，而不是在数据链路层中使用。
  • 受控接入（已淘汰）
    • 集中控制（多点轮询协议）：有一个主站以循环方式轮询每个站点有无数据发送，只有被轮循到的站点才能发送数据，最大缺点是存在单点故障问题。
    • 分散控制（令牌传递协议）：各站点是平等的，并连接成一个环形网络，令牌（一个特殊的控制帧）沿环逐站传递，接受到令牌的站点才有权发送数据，并在发送完数据后将令牌传递给下一个站点。
  • 随机接入：所有站点通过竞争，随机地在信道上发送数据，如果恰巧有两个或更多站点在同一时刻发送数据，则信号在共享媒体上就要产生碰撞(发生冲突)，使得这些站点地发送都失败，因此这类协议要解决的关键问题是如何尽量避免冲突，及在发生冲突后如何尽快通信，著名的共享式以太网采用的就是随机接入
    • 随着技术发展，交换技术地成熟和成本的降低，具有更高性能地使用点对点链路和链路层交换机的交换式局域网在有线领域已经完全取代了共享式局域网，但由于无线信道的广播天性，无线局域网仍然使用的是共享媒体技术。

      媒体接入控制——静态划分信道

      信道复用

  • 复用(Multiplexing)是通信技术中的一个重要概念。复用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

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频分复用FDM

将传输线路的频带资源划分为多个子频带，形成多个子信道，各子信道之间留出隔离频带，防止子信道之间的干扰。
传输时多路信号输入一个多路复用器时，复用器将多路信号调制到不容信道上，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。
频分复用的所有用户同时占用不同的频带资源进行通信

时分复用TDM

将时间划分成为一个个的时隙，将带宽资源按时隙轮流分配给不同用户，每对用户只在所分配的时隙里使用线路传输数据。
将时间划分为一段段等长的时分复用帧，每一个时分复用用户在一个时分复用帧中占用固定序号的时隙。
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时分复用的所有用户在不同时间占用同样的频带宽度

波分复用WDM

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例如这8路波长1320nm，速率2.5Gbit/s的光载波，经过光调制，分别将波长变换到1550~1561.2nm，这8个波长接近的光载波经过光复用器（合波器），通过一条光纤传播，速率变成了8*2.5Bbit/s
光信号传输一段距离会衰减，对衰减的光信号要再次放大，如今较好的是这种掺铒光纤放大器，可以120km之间放大一次
光分用器，光纤里的光进行解调还原，

码分复用CDM

  • 码分复用CDM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多分址(Code Division Multiple Access)
  • 同样，频分复用合FDM和时分复用TDM同样可用于多址接入，响应的名词是频多分址FDMA和时分多址TDMA。
  • 本课中，不严格区分复用与多址的概念。可简单理解概括为：
    • 复用是将单一媒体的频带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频带资源的一部分。
    • 多址（多点接入）处理的是动态分配信道给用户。这在用户仅仅暂时性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，在信道永久性地分配给用户的应用中，多址是不需要的（对于无线广播或电视广播站就是这样）
    • 某种程度上，FDMA，TDMA，CDMA可以分别看作是FDM，TDM和CDM的应用。
  • 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
  • CDM最初是用于军事通信的，因为这种系统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。
  • 随着技术进步，CDMA设备成本下降，已大量用于民用
  • 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的值是64或128.为了简单起见，在后续的举例中，我们假设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。
    • 一个站如果要发送比特1，则发送它自己的m bit码片序列
    • 一个站如果要发送比特0，则发送它自己的m bit码片序列的二进制反码
  • 码片序列的挑选原则如下：
    1. 直接序列扩频DSSS

为了方便，我们按惯例将码片序列中的0写为-1，将1写为+1
00011011写为-1-1-1+1+1-1+1+1

  1. 分配给每个站的码片序列必须各不相同，实际常伪随机码序列
  2. 分配给每个站的码片序列必须相互正交（规格化内积为0）

令向量S表示站S的码片序列，另向量T表示其他站的码片序列
两个不同站S和T的码片序列正交，就是向量S和T的规格化内集为0:image.png

应用举例：假设所有站所发送的码片序列都是同步的，接受站D知道其他各站所特有的码片序列。接收站D对所接收到的叠加信号进行判断：

  • 计算结果为数值1，被判断方发送了比特1
  • -1， 0
  • 0 未发送数据

例题
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