复用技术

速查

复用（Multiplexing）在一条物理线路上同时传多路信号。FDM按频率、TDM按时间、WDM按波长、CDM按码片。CDMA 码片相互正交，用内积解码。

基本概念 ▾

复用（Multiplexing）是在一条物理线路上同时传输多路信号的技术，提高信道利用率。

基本模型

发送端：
用户A ──→ ┌──────────────┐
用户B ──→ │   复用器(MUX)  │ ──→ 共享信道 ──→
用户C ──→ └──────────────┘

接收端：
         ┌──────────────┐ ──→ 用户A
共享信道 →│   分用器(DEMUX) │ ──→ 用户B
         └──────────────┘ ──→ 用户C

频分复用（FDM） ▾

将信道的频带划分为多个子频带，每个用户占用一个子频带。

频率
  ↑
  │ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐ ┌───┐
  │ │用户│ │用户│ │用户│ │用户│
  │ │ A │ │ B │ │ C │ │ D │
  │ └───┘ └───┘ └───┘ └───┘
  └──────────────────────────→ 时间
      (同时传输)

所有用户同时占用不同频带
需要保护频带（Guard Band）防止干扰
应用：有线电视、传统电话系统、调频广播

时分复用（TDM） ▾

将时间划分为周期性的时隙（Time Slot），每个用户占用固定时隙。

时间 →
  ┌──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┬──┐
  │A1│B1│C1│D1│A2│B2│C2│D2│ ...
  └──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┴──┘
  │←─── 帧1 ───→│←─── 帧2 ──→│

同步 TDM

每个用户固定分配时隙；无数据时，时隙浪费（空闲时隙）

统计 TDM（异步 TDM）

时隙按需动态分配，只有有数据的用户才获得时隙
需要在数据中添加地址信息；效率高于同步 TDM

特性	FDM	TDM
分割方式	频率	时间
同时性	同时	交替
信号类型	模拟	数字
保护频带	需要	不需要
灵活性	较低	较高

波分复用（WDM） ▾

在光纤中同时传输不同波长（颜色）的光信号。

光纤:
  λ1(红) ──→ ┌──────────────┐ ──→ λ1
  λ2(绿) ──→ │   合波器       │ ──→ λ2
  λ3(蓝) ──→ │  (MUX/DEMUX)  │ ──→ λ3
  λ4(黄) ──→ └──────────────┘ ──→ λ4
             一根光纤传输

本质是光纤上的 FDM
每个波长独立传输一路信号
DWDM（密集 WDM）可在一根光纤上传输上百路
应用：海底光缆、长途骨干网、数据中心互联

码分复用（CDM） ▾

每个用户分配唯一码片序列（Chip Sequence），所有用户同时使用同一频带和时间。

编码过程

用户数据: 1 → 发送码片序列 S
用户数据: 0 → 发送码片序列的反码 (-S)

例: 用户A码片 = (+1,-1,-1,+1,-1,+1,+1,-1)
    发送1: (+1,-1,-1,+1,-1,+1,+1,-1)
    发送0: (-1,+1,+1,-1,+1,-1,-1,+1)

解码过程

收到叠加信号 = A的信号 + B的信号 + ...
用A的码片做内积:
  结果/m = 1 → A发送了1
  结果/m = -1 → A发送了0
  结果/m = 0 → A未发送

CDMA 计算示例

码片序列:
A: (-1,-1,-1,+1,+1,-1,+1,+1)
B: (-1,-1,+1,-1,+1,+1,+1,-1)
C: (-1,+1,-1,+1,+1,+1,-1,-1)
D: (-1,+1,-1,-1,-1,-1,+1,-1)

收到: (-1,+1,-3,+1,-1,-3,+1,+1)

A内积: 1-1+3+1-1+3+1+1 = 8  → 8/8 = 1 → A发送了1
B内积: 1-1-3-1-1-3+1-1 = -8 → -8/8 = -1 → B发送了0

抗干扰能力强、保密性好；所有用户共享全部频带和时间
应用：3G 移动通信（CDMA2000、WCDMA）

复用技术对比 ▾

技术	分割维度	适用信号	代表应用
FDM	频率	模拟	有线电视
TDM	时间	数字	电话系统
WDM	波长	光	光纤通信
CDM	码片	数字	3G 移动

记忆卡片 ▾

FDM 和 TDM 的核心区别？

FDM 按频率分割，用户同时在不同频带；TDM 按时间分割，用户交替用同一频带。

CDMA 码片需满足什么？如何解码？

码片相互正交（内积为0）。解码：用目标码片与接收信号做内积，/m=1发1，=-1发0，=0未发。

WDM 是什么？本质？

波分复用，光纤中同时传不同波长光信号；本质是光纤上的 FDM。

统计 TDM 比同步 TDM 好在哪？

按需分配时隙，无数据用户不占时隙，效率更高，但需标记地址信息。

图示 · FDM 与 TDM 对比 ▾

图：FDM 把带宽切成并行子频带，TDM 把时间切成轮流时隙，二者复用维度不同。