【学习笔记】数据链路层——信道划分访问控制(FDM、TDM、STDM、WDM、CDM CDMA)
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一. 铺垫知识
① 传输数据使用的两种链路
星型、总线型都是广播式结构。
星型更有容错率,总线型断一个则全断。
② 介质访问控制
定义
采取一定措施,使得两对节点之间的通信不会发生互相干扰的情况。
分类
多路复用(DM:division multiplexing)
频(率)frequency、时(间)time、波 wave、码 code。
静态都是–DM,动态都是CS–
(我觉得特别有意思,因为静态Static & 动态Dynamic,此处刚好相反)
二. 信道划分介质访问控制
① 定义
将使用介质的每个设备,与来自同一信道的其他设备的通信隔离开。把时域和频域资源合理地分配给网络上的设备。
- 有个复用器(合并),和一个分用器(分离)。
- 可以提高信道利用率
- 广播信道 => 点对点信道
② FDM:频分多路复用
- 可以理解成并行,同时运行。
- 技术成熟,容易实现。
- 效率较高。
③ TDM:时分多路复用
- 可以理解成并发,轮流占用信道。
- TDM帧:标志一个周期,时分复用帧。(详细定义见下图红字)
④ STDM:统计时分多路复用
Statistics Time Division Multiplexing
- 可以看成是对③TDM的改进。
- STDM帧:动态分配(具体定义见图右下部分)
- 比TDM更加高效。
举个例子:一个TDM帧中固定放四个用户,假设一人最高2000b/s。换到STDM中,由于动态分配,假设其他三人当前不占用帧,那么一个STDM中都是同一人,最高2000*4 = 8000b/s。
⑤ WDM:波分多路复用
- 就是光的频分多路复用,简单看看下图就好。
⑥ CDM:码分多路复用
常考内容,要注意。
码分多址CDMA(Code Division Multiple Access):
- 1个比特分为多个码片/芯片(chip)
- 每一站点被指定一个唯一的m位芯片序列。(m实际一般为64或128)
- 发送1时,站点发送芯片序列。
发送0时,站点发送芯片序列反码。(通常把0 写成 -1)
看着有点抽象,不过我们举个例子走一走就清晰了。
例子1
A站点,想发送数据10给C;B站点想发送数据01给C。
- 首先,为了简便,我们设定m = 8。
- 然后,给A唯一序列:1为(+1,-1,-1,+1,+1,+1,+1,-1)
由此取反码,得0为(-1,+1,+1,-1,-1,-1,-1,+1) - 同理,给B唯一序列:1为(-1,+1,-1,+1,-1,+1,+1,+1)
由此取反码,得0为(+1,-1,+1,-1,+1,-1,-1,-1)
由此,我们接着解决这三个问题:
问题
1)如何不打架
多站点同时发数据时,要求各个站点芯片序列相互正交。
(也就是规格内积化=0,定义见下文)
2)如何合并
各路数据在信道中,被线性相加。(也就是对应位相加,即向量加法)
3)如何分离
合并的数据和源站规格化内积。
规格化内积:
对应位相乘,然后各个位相加,再除以总位数。
这么理解,A(a1,a2,…,an),B(b1,b2,…,bn),规格化内积 = a1∗b1+a2∗b2+....+an∗bnn\frac{a1*b1 +a2*b2 +....+ an*bn}{n}na1∗b1+a2∗b2+....+an∗bn
例子1.5
对于例子1中的AB站点,我们首先通过求规格化内积来判断不打架。
规格化内积 = a1∗b1+a2∗b2+....+an∗bnn\frac{a1*b1 +a2*b2 +....+ an*bn}{n}na1∗b1+a2∗b2+....+an∗bn ,而A序列(+1,-1,-1,+1,+1,+1,+1,-1),以及B序列(-1,+1,-1,+1,-1,+1,+1,+1),
由此得出规格化内积 = −1−1+1+1−1+1+1−18\frac{-1-1+1+1-1+1+1-1}{8}8−1−1+1+1−1+1+1−1 = 0,满足相互正交要求,不打架。
而后合并:就是A+B = (-2,+2,0,0,-2,0,0,+2)
最后分离:比如分出A,那么就是用A+B来和A做规格化内积
省略过程了,最终得出规格化内积 = −2−2+0+0−2+0+0−28\frac{-2-2+0+0-2+0+0-2}{8}8−2−2+0+0−2+0+0−2 = -1。
又因为-1代表的是比特中的0比特,因此C站知道A传输的是0。
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