Эндрю Уэзеролл - Компьютерные сети. 5-е издание

Идея OFDM существовала уже давно, но только в прошлое десятилетие она была широко принята, после того как стало возможно осуществить OFDM эффективно с точки зрения преобразований Фурье цифровых данных по всем поднесущим (вместо того, чтобы отдельно модулировать каждую поднесущую). OFDM используется в 802.11, кабельных сетях и сетях линии электропередачи. Запланировано ее применение в сотовых системах четвертого поколения. Обычно один высокоскоростной поток цифровой информации разделен на многие потоки с низкой скоростью, которые передаются на поднесущие параллельно. Это разделение значимо, потому что с дефектами канала легче справиться на уровне поднесущих; некоторые поднесущие могут быть очень ухудшены и исключены в пользу поднесущих, которые принимаются хорошо.

Рис. 2.22.Мультиплексирование с ортогональным частотным разделением (OFDM)

2.5.4. Мультиплексирование с разделением времени

Альтернатива FDM — TDM( Time Division Multiplexing, Мультиплексирование с разделением времени, временное уплотнение). Здесь пользователи сменяются (по кругу), каждый периодически получая всю полосу пропускания на небольшой отрезок времени. Пример трех потоков, мультиплексированных с помощью TDM, показан на рис. 2.23. Биты от каждого входного потока взяты в фиксированный временной слоти выведены в совокупный поток. Этот поток движется с суммарной скоростью отдельных потоков. Для этого потоки должны быть синхронизированы по времени. Маленькие защитные интервалы, аналогичные защитной полосе частот, могут быть добавлены, чтобы компенсировать небольшие отклонения синхронизации.

Рис. 2.23.Мультиплексирование с разделением времени (TDM)

TDM широко используется в телефонных сетях и сетях сотовой связи. Чтобы избежать путаницы, давайте отметим, что это очень отличается от альтернативного метода STDM( Мультиплексирование со статистическим временным разделением). Слово «статистическое» указывает, что отдельные потоки поступают в мультиплексный поток не по фиксированному распорядку, а согласно статистике их запросов. STDM — это другое название для пакетной коммутации.

2.5.5. CDM — кодовое разделение каналов

Третий вид мультиплексирования, которое работает совершенно иначе, чем FDM и TDM, — это CDM( Мультиплексирование с кодовым разделением, кодовое разделение каналов). Оно является формой коммуникации распределенного спектра,

в которой узкополосный сигнал распределяется по более широкому диапазону частот. Это делает его более терпимым к помехам, а также позволяет нескольким сигналам от различных пользователей совместно использовать общий диапазон частот. Поскольку мультиплексирование с кодовым разделением главным образом используется для этой последней цели, его обычно называют CDMA( Code Division Multiple Access, множественный доступ с кодовым разделением).

В CDMA каждая станция может при передаче все время пользоваться полным спектром частот. Одновременный множественный доступ обеспечивается за счет применения теории кодирования. Прежде чем разбирать алгоритм работы, рассмотрим следующую аналогию. Представьте себе зал ожидания в аэропорту. Множество пар оживленно беседуют. Временное уплотнение можно сравнить с ситуацией, когда все пары людей говорят по очереди. Частотное уплотнение мы сравним с ситуацией, при которой люди говорят на разной высоте звука: одни на высокой, другие низкой, так что все ведут свои разговоры одновременно, но независимо от других. Для CDMA лучше всего подходит сравнение с ситуацией, когда все говорят одновременно, но каждая пара говорящих использует свой язык общения. Франкоговорящие промывают косточки всем остальным, воспринимая чужие разговоры как шум. Таким образом, ключевой идеей CDMA является выделение полезного сигнала при игнорировании всего остального. Далее следует слегка упрощенное описание технологии CDMA.

В CDMA каждый битовый интервал разбивается на m коротких периодов, называемых элементарными сигналами, или чипами( chip). Обычно в битовом интервале помещаются 64 или 128 элементарных сигналов. В нашем примере мы будем допускать, что битовый интервал содержит только 8 элементарных сигналов на бит, для упрощения. Каждой станции соответствует уникальный m-битный код, называющийся элементарной последовательностью. Из педагогических соображений удобнее использовать биполярную запись в виде последовательности -1 и +1. В скобках будем показывать элементарные последовательности.