数据通信

复用

2019-03-21 08:00 CST
2019-12-26 10:13 CST

多个点对点通信共享数据链路容量

频分复用 (Frequency Division Multiplexing)

各路信号$m_i(t)$ $\rightarrow$ (副载波调制器$f_i$ $\rightarrow$ $s_i(t)$ $\rightarrow$ 叠加$\Sigma$)复用器 $\rightarrow$ 复合基带调制信号 $m_b(t)$ $\rightarrow$ 发送器$f_c$ $\rightarrow$ FDM 信号 $s(t)$ $\rightarrow$ (主接收器 $\rightarrow$ 复合基带信号 $\rightarrow$ 带通滤波器$f_i$)分用器 $\rightarrow$ $s_i(t)$ $\rightarrow$ 解调器$f_i$ $\rightarrow$ $m_i(t)$

  • 有效带宽大于被传输的信号的带宽:$B>\sum_{i=1}^nB_i$
  • 串扰
    • 防护频带:未被使用的部分
  • 互调噪声

FDM 机制

  • 基群
    • 带宽:48kHz
    • 话音数量:12
    • 频谱:60-108kHz
  • 超群,主群

AT&T

ITU-T

波分复用 WDM

  • 不同频率光路在同一光纤上传输

正交频分复用 (OFDM,多载波调制)

  • 副载波正交
    • 实际可用 IFFT -> FFT
    • 循环前缀
  • 一个数据源
  • $R$ bps, 每个比特持续时间为 $\frac{1}{R}$, 通过 OFDM,每个比特的持续时间为 $\frac{N}{R}$
  • 优点
    • 衰减仅影响部分副载波
    • 克服码间干扰

同步时分复用 (Synchronous Time Division Mutliplexing)

各路信号$m_i(t)$ $\rightarrow$ 缓存 $\rightarrow$ $m_i(t)$ $\rightarrow$ 扫描操作 $\rightarrow$ TDM 流 $m_c(t)$ $\rightarrow$ 调制解调器 $\rightarrow$ $s(t)$ $\rightarrow$ 调制解调器 $\rightarrow$ TDM 流 $\rightarrow$ 扫描操作 $\rightarrow$ $m_i(t)$ $\rightarrow$ 缓存 $\rightarrow$ $m_i(t)$

  • 传输媒体能够达到的数据率超出被传输的数字信号的数据率
  • 同步:数据被组织成帧,时隙固定
  • 流量控制:复用线路上数据率固定,无信息则发送空时隙
  • 差错控制:基于单信道的差错控制
  • 组帧
    • 不需要为 TDM 帧定界
    • 需要提供源和接受端的同步机制
      • 增加数字组帧技术:为每个 TDM 帧添加控制比特(如101010)
  • 脉冲填充:同步不同的数据源

TDM 多路电话通信系统

PDH 准同步数字体系

  • AT&T: T体系 PCM24路数字载波系统
    • 基群速率:T1速率 1.544Mbps
    • DS-n
    • 北美,日本
  • ITU-T: E体系 PCM30/32路数字载波系统
    • 基群速率:E1速率 2.048Mbps
    • 欧洲,中国,国际传输

SDH 同步数字体系

  • SONET(同步光纤网卡)
    • OC-1/STS-1 51.84Mbps
    • OC-3/STS-3 155.52Mbps
  • ITU-T
    • STM-1: 155.52Mbps

统计时分复用 (Statistical Time Division Multiplexing)

  • 根据需求分配时隙:复用器扫描输入缓存,搜集数据直到帧被填满
  • 忙期需要输入缓存,解决时隙浪费现象

电缆调制解调器(cable modem)

通过有线电视网访问因特网和其它在线服务的设备

  • 6MHz 专用信道
  • 使用统计时分复用
北美划分 频谱
用户到网络的上行 5-40MHz
电视节目传播下行 50-550MHz
网络到用户的下行 550-750MHz

非对称数字用户线路 ADSL(Asymmetraical Digital Subscriber Line)

使用已经安装好的双绞线(电话线)

频分复用
传统电话业务 POTS 0-20kHz
上行流 25-200kHz
下行流 250-1000kHz
  • 上下行流内部使用 FDM
  • 回声抵消:上行流与下行流重叠
    • 频率越高,衰减越大,更多下行流的频率小
    • 改变上行流容量时具有灵活性
    • 需要两端拥有回声抵消逻辑
  • 可达 5.5km
  • 离散多音调 DMT(Discrete Multitone)
    • 不同频率使用多个载波信号
    • 根据 $\text{SNR}$ 分配比特数
  • 宽带接入配置
    • 分离器$\rightarrow$(部分$\rightarrow$电话)调制解调器G.DMT$\rightarrow$(部分$\rightarrow$机顶盒)$\rightarrow$无线调制解调器/路由器
xDSL 属性 最低速率(bps)
ADSL 非对称,模拟 1.5M(down)0.16(up)
HDSL 对称,数字 1.544M 高数据率数字用户线路,两根双绞线
SDSL 对称,数字 1.544M 单线数字用户线路
VDSL 非对称,模拟 13M(down)1.5(up) 甚高数据率数字用户线路

多信道接入

共享多个发送/接收战斗之间的信道容量,为各站点分配频带或时隙序列,不通过复用器

  • 频分双工(FDD, Frequency-Division Duplex)
  • 时分双工(TDD)/时间压缩复用(TCM)
  • 频分多址(FDMA, Frequency-Division Multiple Address)
  • 时分多址(TDMA)
  • 正交频分多址 (OFDMA)
  • 单载波频分多址 (SC-FDMA)