信道共享技术定义控制多个用户共用一条信道的协议38页PPT
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信道共享技术定义控制多个用户共用一条信道的协议
22
国
民
航 学 院 计 算 机
– 一个帧如欲发送成功，必须在该帧发送时刻之前和之 后隔一段时间T0内（2个间隔），没有其他帧发送
– 一个帧发送成功的条件：该帧于该帧前后的两个帧的
到达时间间隔均大于T0
顾
• 假设：帧长固定，无限个用户，按泊松分布产生
兆
新帧；发生冲突重传，新旧帧共传k次，遵从泊
军
松分布；
中
10
国
民
航
学
院
计
算
机
系
顾 兆 军
计
无协调关系的用户争用单一共享信道使用权的系统；
算
– 分类：纯ALOHA协议和时隙ALOHA协议
机
纯ALOHA协议
系
– 基本思想：用户有数据要发送时，可以直接发至信
道；然后监听信道看是否产生冲突，若产生冲突，
顾
则等待一段随机的时间重发(冲传策略），直到成功;
兆 军
Fig. 4-1,4-8
中
ALOHA (2)
兆
• 与纯ALOHA协议相比，降低了产生冲突的概率，
军
信道利用率最高为36.8%。
中
时隙ALOHA
17
国
民
航
学 S=Ge-G
院 计
NR=eG-1
算
机
系
顾 兆 军
中
ALOHA (8)
18
国
民
航 学
有限站数的吞吐量：
院
计 算
– S=G(1-G/N)N-1
机
系
顾 兆 军
中
4.2 随机接入： CSMA和CSMA/CD （1）
7
国 民
信道共享
7.8.1选择型总线接入控制
这种接入方式出现的较早，总线上接有专门的设备， 称为总线控制器，由于控制功能集中在总线控制器上， 所以又称为集中控制方式。选择型总线接入控 制有3种：
中心询问总线接入； 轮转询问总线接入； 中断驱动总线接入。
1.中心询问总线接入控制
2.轮转询问
次站 A
B
N -1
N
in 总线控制器 out go-head go-head
（3）重发策略
随机策略 二进制指数退避算法(BEB-Binary Exponential Back off Algorithm)
t =R·A·2N
(R为随机数
, A为计时单位)
截断式二进制指数退避算法
重传次数 k = Min[重传次数, 10]
线性增量退避算法(LIB-Linear Increment Back of Algorithm)
7.1 信道共享技术的原理
信道多路复用的理论基础是信号分割原理。信号分割的依据 是信号之间的差别。对多路复合信号实现有效分割的充分必要 条件是各路信号应相互线性无关，既要求各路信号相互正交。
∫ x (t) x (t)dt =
a k j
b
1
0
j =k
j ≠k
7.2 信道共享技术的分类
1. 在电信与计算机中的信道共享技术； 2. 按信号分割技术分类； 3. 按接入共享信道的控制方式分类。
（1）. 通过集中器或复用器与主 机相连
每一个用户都有一条单独到集中器或复用器的接入线路。 集中器或复用器按顺序不断扫描各端口，或采用中断技术 来接收用户发来的信息以及把信息转发给用户。 复用器是成对使用的，而集中器可以单个使用。
（2）. 多点接入技术
高级计算机网络 第3章 信道共享技术PPT课件
使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数 据的突发性质，用户对分配到的子信道的利用率一般 是不高的。
用户
Aa
a
Bb b
C
cc
D
d
时分复用 t
①
t②
ab
t③
#1
④
t
bc
ca dt
#2
#3
#4
4 个时分复用帧
统计时分复用 STDM (Statistic TDM)
用户
Aa
a
B bb
C
cc
D
d
统计时分复用 t①
频带宽度。
时分复用
频率
A 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
时间
时分复用
频率
B 在 TDM 帧中 的位置不变
ABCDABCDABCDABCD …
TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧 TDM 帧
时间
时分复用
随机接入 受控接入,如多点线路探询(polling)，或轮询。
3.2 信道复用技术
复用(multiplexing)是通信技术中的基本概念。
A1 B1 C1
A1
B1
复用
C1
(a) 使用单独的信道
(+ + )
共享信道 (b) 使用共享信道
A2 B2 C2
A2
分用
B2
C2
频分复用 FDM
(Frequency Division Multiplexing)
• 确定基本退避时间，一般是取为争用期 2。
• 定义重传次数 k ，k 10，即
多信道共用技术
n个信道组成的系统所能容纳的用户总数 M为
结论
当共用信道数n一定 时，呼损率B越大，系 统的流入话务量A越大， 信道利用率越高，系统 容纳的用户数越多。但 服务质量越低。一般公 网 与 其 它 系 统 B 选 5%20%，专网可B选2%。
结论
采用信道共用技术，可提 高信道利用率，随n增加， η增加，但提高的速度越来 越少。如：N>30时，η提高 不明显。因此，共用信道数 不宜太多。
多信道共用技术
1.1 多信道共用的概念 1.2 话务量、呼损率和信道利用率 1.3 空闲信道的选取
1.3 信道的自动选择方式
信道（信道）自动选择的四种方式
专用呼叫信道方式 循环定位方式 循环不定位方式 循环分散定位方式 多信道技术的主要问题是怎样自动选择信道。
专用呼叫信道方式
这种方式是在网中设置专门的呼叫信道，专用于 处理用户的呼叫。移动用户只要不在通话时，就停在 这呼叫信道上守候。这种方式的优点是处理呼叫的速 度快；但是，若用户数和共用信道数不多时，专用呼 叫信道处理呼叫并不繁忙，它又不能用于通话，利用 率不高。因此，这种方式适用于大容量的移动通信网， 是公用移动电话网所用的主要方式。
单位：Erlang（Erl） 1Erl（1个呼叫/小时，占用1小时）
完成话务量
完成话务量
A0= 0S
0 ：单位时间内呼叫成功的次数 S：每次呼叫平均占用信道时间(小时/次)
呼损率
呼损率（B）：定义为损失话务量与流入 话务量之比。用来说明呼叫损失的概率。
服务等级QoS，用呼损率B表示 B=0.05,则全部呼叫中未被接通的概率仅占5％ B降低，A随之降低，网内容纳的用户数减小
1.3 话务量、呼损率和信道利用率
话务量 呼损率 信道利用率 系统用户数
结论
当共用信道数n一定 时，呼损率B越大，系 统的流入话务量A越大， 信道利用率越高，系统 容纳的用户数越多。但 服务质量越低。一般公 网 与 其 它 系 统 B 选 5%20%，专网可B选2%。
结论
采用信道共用技术，可提 高信道利用率，随n增加， η增加，但提高的速度越来 越少。如：N>30时，η提高 不明显。因此，共用信道数 不宜太多。
多信道共用技术
1.1 多信道共用的概念 1.2 话务量、呼损率和信道利用率 1.3 空闲信道的选取
1.3 信道的自动选择方式
信道（信道）自动选择的四种方式
专用呼叫信道方式 循环定位方式 循环不定位方式 循环分散定位方式 多信道技术的主要问题是怎样自动选择信道。
专用呼叫信道方式
这种方式是在网中设置专门的呼叫信道，专用于 处理用户的呼叫。移动用户只要不在通话时，就停在 这呼叫信道上守候。这种方式的优点是处理呼叫的速 度快；但是，若用户数和共用信道数不多时，专用呼 叫信道处理呼叫并不繁忙，它又不能用于通话，利用 率不高。因此，这种方式适用于大容量的移动通信网， 是公用移动电话网所用的主要方式。
单位：Erlang（Erl） 1Erl（1个呼叫/小时，占用1小时）
完成话务量
完成话务量
A0= 0S
0 ：单位时间内呼叫成功的次数 S：每次呼叫平均占用信道时间(小时/次)
呼损率
呼损率（B）：定义为损失话务量与流入 话务量之比。用来说明呼叫损失的概率。
服务等级QoS，用呼损率B表示 B=0.05,则全部呼叫中未被接通的概率仅占5％ B降低，A随之降低，网内容纳的用户数减小
1.3 话务量、呼损率和信道利用率
话务量 呼损率 信道利用率 系统用户数
《信道共享技术》课件
智能天线
利用多个天线阵列形成定向波束，使 信号集中在特定方向上传输，实现在 同一频段上多个用户同时通信。
MIMO技术
通过在发射端和接收端使用多天线， 实现多路信号的同时传输和接收，提 高通信系统的容量和可靠性。
基于编码的信道共享技术应用案例
码分多址
利用不同的编码对信号进行区分，在同一频段上允许多个用户同时通信，通过解码器对接收到的信号 进行解码，实现多用户通信。
增强信号覆盖
通过信道共享，可以更有效地利用信 号能量，增强信号覆盖范围。
信道共享技术的挑战
同步问题
多个用户之间需要保持同步才 能实现有效的信道共享，这增
加了技术实现的难度。
干扰管理
由于多个用户共享信道，因此 需要有效的干扰管理机制来保 证通信质量。
安全问题
信道共享可能带来安全风险， 需要采取额外的安全措施来保 护用户数据。
频分复用（FDM）
将传输频带划分为多个不重叠的频段 ，每个频段传输一路信号，实现多路 信号的复用传输。
码分复用（CDM）
利用不同的码字对信号进行扩频调制 ，实现多路信号在相同频带内的复用 传输。
基于空间的信道共享技术
空分复用（SDM）
通过在空间上分离多个信号的传输路径，实现多路信号的复用传输。
无线多入多出技术（MIMO）
利用多天线技术，通过在发射端和接收端分别配置多个天线，实现多路信号的复 用传输。
基于编码的信道共享技术
要点一
正交频分复用（OFDM）
将高速数据流分割为多个低速子数据流，在多个正交子载 波上并行传输，实现多路信号的复用传输。
要点二
软频率复用（Soft Frequency Reuse,…
通过在频率域内引入保护带和重叠带，实现多小区间的信 道共享和干扰抑制。
《信道共享技术》课件
5G网络：通过频谱搬移技术实现5G网络的高速传输 卫星通信：通过频谱搬移技术实现卫星通信的高效传输 军事通信：通过频谱搬移技术实现军事通信的安全传输 物联网：通过频谱搬移技术实现物联网设备的高效传输
5G技术的普及： 5G技术的高速 率和低延迟特 性将推动信道 共享技术的发
展
物联网技术的 发展：物联网 技术的普及将 增加对信道共 享技术的需求
频谱感知技术：检测空闲频谱， 提高频谱利用率
动态频谱接入技术：动态选择 空闲频谱，提高频谱接入效率
频谱共享技术：多个用户共享 同一频谱，提高频谱利用率
干扰协调技术：协调用户间的 干扰，提高频谱接入效率
频分复用：将频率资源划分为多个子频段，每个子频段对应一个信道 优点：可以实现多路信号的同时传输，提高频谱利用率 缺点：需要复杂的频率规划和管理，容易产生干扰 应用：适用于固定带宽、固定速率的信道共享场景，如广播电视、无线通信等。
物联网：时分复用技术在物联网中的应用，提高物联网的容量和效率
3GPP LTE网络：采用OFDMA技术，实现多路信号同时在同一频段传输 5G NR网络：采用OFDM技术，实现多路信号同时在同一频段传输 Wi-Fi网络：采用OFDM技术，实现多路信号同时在同一频段传输 卫星通信：采用CDMA技术，实现多路信号同时在同一频段传输
5G技术的普及和 应用
物联网技术的发展
云计算和大数据技 术的应用
网络安全和隐私保 护的加强
汇报人：
云计算技术的 发展：云计算 技术的普及将 推动信道共享
技术的发展
网络安全技术 的发展：网络 安全技术的发 展将推动信道 共享技术的发
展
频谱资源紧张：随着无线通信技术的发展，频谱资源越来越紧张，信道共享技术需要解决频谱资源分配问题。
数据通信与计算机网络-第四章-信道共享PPT课件
话音信号频分多路载波通信系统的原理框图
复合信号的总带宽满足：
n
B ≥ b i
i1
话音信号频分多路复用系统需妥善处理好两个问题：
防止串话、减少互调噪声。
2021/2/12
-数据通信与计算机网络》－－
9信Biblioteka 共享技术4.1.2 时分多路复用(TDM)
时分多路复用通信是指各路信号在同一信道上 占有不同时间间隙进行通信。具体地说，就是把 时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传 输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开、 互不干扰的目的。
4.1.1 频分多路复用(FDM)
频分多路复用是按照频率参量的差别来分割信号的。也就 是说，分割信号的参量是频率，只要使各路信号的频谱互 不重叠，接收端就可以用滤波器把它们分割开来。
把信道的可用频带分割为若干条较窄的子频带，每条子频 带都可以作为一个独立的传输信道用来传输一路信号。为 了防止各路信号之间的相互干扰，相邻两个子频带之间需 要留有一定的保护频带。
STDM两种子帧的格式： 每帧一源的格式：帧末尾标志与总帧末尾标志相同。 每帧多源的格式：在一帧中包含多个数据源的数据， 此时除了需要指明数据源的地址外，还要给出数据字
长。
2021/2/12
-数据通信与计算机网络》－－
由于通过媒质传输的复合信号一般是模拟信号，因此，当 输入信号为数字信号时，应采用数模转换将数字信号转换 为模拟信号，或者由数字信号直接键控载频形成幅度键控 信号。
2021/2/12
-数据通信与计算机网络》－－
7
信道共享技术
频分多路复用原理图
2021/2/12
-数据通信与计算机网络》－－
8
信道共享技术
闲时隙的现象。以这种动态分配时隙方式工作的 TDM称为统计时分多路复用(STDM)。
信道共享技术PPT课件
议。
第1页/共36页
信道共享举例
第2页/共36页
1 受控接入
• 在受控接入中用户不能任意接入信道而必须服从一定的控制。这又分为集中式控 制和分散式控制。
• 分散式控制如令牌环形网。使用一个称为令牌（Token）的特殊帧，使其沿着环路 循环。只有获得令牌的站点才有权发送数据帧，完成发送后立即释放令牌供其它 站点使用。环路中只有一个令牌，因此任何时刻至多只有一个站点发送数据，不 会产生冲突。令牌环上各站点均有相同的机会公平地获取令牌。
第32页/共36页
4.3 频分复用
• 频分复用的用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 • 频分复用的优点是信道复用率高，容许复用的路数多，分路也很方便。因此，它
成为目前模拟通信中最主要的一种复用方式。特别是在有线和微波通信系统中应 用十分广泛。 • 频分复用系统的主要缺点是设备生产比较复杂，会因滤波器件特性不够理想和信 道内存在非线性而产生路间干扰。
第11页/共36页
第12页/共36页
时隙ALOHA性能分析
• 吞吐量S=G(1-G/N)N-1，当N→∞时，S=Ge-G 时隙ALOHA的最大吞吐量与站数的关系
• G=1，S≈0.368，G＞1时，进入不稳定区域
N • 重传次数N R= e G- 1
1
2
3
SMAX 1 0.5 0.44
4
5
0.41 0
轮叫轮询和传递轮询的比较
• 传递轮询的帧时延总是小于同样条件下的轮叫轮询的时延，如果站间的距离越大，传递轮询的效果就比轮 叫轮询的越好。但当站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带来的好处不明显。
• 传递轮询实现起来技术上比较复杂，代价也较高。
第6页/共36页
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信道共享举例
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1 受控接入
• 在受控接入中用户不能任意接入信道而必须服从一定的控制。这又分为集中式控 制和分散式控制。
• 分散式控制如令牌环形网。使用一个称为令牌（Token）的特殊帧，使其沿着环路 循环。只有获得令牌的站点才有权发送数据帧，完成发送后立即释放令牌供其它 站点使用。环路中只有一个令牌，因此任何时刻至多只有一个站点发送数据，不 会产生冲突。令牌环上各站点均有相同的机会公平地获取令牌。
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4.3 频分复用
• 频分复用的用户在同样的时间占用不同的带宽资源。 • 频分复用的优点是信道复用率高，容许复用的路数多，分路也很方便。因此，它
成为目前模拟通信中最主要的一种复用方式。特别是在有线和微波通信系统中应 用十分广泛。 • 频分复用系统的主要缺点是设备生产比较复杂，会因滤波器件特性不够理想和信 道内存在非线性而产生路间干扰。
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时隙ALOHA性能分析
• 吞吐量S=G(1-G/N)N-1，当N→∞时，S=Ge-G 时隙ALOHA的最大吞吐量与站数的关系
• G=1，S≈0.368，G＞1时，进入不稳定区域
N • 重传次数N R= e G- 1
1
2
3
SMAX 1 0.5 0.44
4
5
0.41 0
轮叫轮询和传递轮询的比较
• 传递轮询的帧时延总是小于同样条件下的轮叫轮询的时延，如果站间的距离越大，传递轮询的效果就比轮 叫轮询的越好。但当站间距离较小且通信量较大时，传递轮询带来的好处不明显。
• 传递轮询实现起来技术上比较复杂，代价也较高。
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多信道共用技术
n! i0 i!
上式为电话工程中的Erl公式。如已知呼损率B，则可根 据上式计算出A和n的对应数量关系。详见表2-5。
⒊ 繁忙小时集中度(K)
K=忙时话务量/全日话务量 K一般为8%~14%
⒋ 每个用户忙时话务量（Aa）
☆公式：Aa =CTK/3600 其中C为每一用户每天平均呼叫次数，T为每次呼叫平均
1 话务量与呼损
⒈ 呼叫话务量
☆概念：指单位时间内（1小时）进行的平均电话 交换量。
☆公式表示： A=Ct0 • C——每小时平均呼叫次数（包括呼叫成功和呼叫
失败的次数）；
• t0——每次呼叫平均占用信道的时间（包括接续 时间和通话时间）。
• 如果t0以小时为单位，则话务量A的单位是爱尔兰 (Erl)。
例：某移动通信系统，每天每个用户平均呼叫10次，每次 占用信道平均时间为80秒，呼损率要求10%，忙时集中 率为0.125。问给定8个信道能容纳多少用户？
解：⑴ 根据呼损的要求及信道数，求总话务量A； 可以利用公式，也可查表。 求得A=5.597 Erl. ⑵ 求每个用户的忙时话务量Aa； Aa =CTK/3600=0.0278Erl/用户 ⑶ 求每个信道能容纳的用户数m: A/n m = =205A.8a/8
例：设在100个信道上，平均每小时有2100次呼叫，平均每次呼叫时间为2分 钟，求这些信道上的呼叫话务量。
解：A=21002/60=70 Erl
⒉ 呼损率
☆概念：当多个用户共用时，会出现许多用户虽然发出呼 叫，但因无信道而不能通话 （即呼叫失败 ）。在一个通 信系统中，造成呼叫失败的概率称为呼叫失败概率，简 称为呼损率（B）。
• 呼损率和话务量是一对矛盾，即服叫相互独立，互不相关（呼叫具有随机性）； • 每次呼叫在时间上都有相同的概率；并假定移动电话通信
现代网络技术 第3章 信道共享技术
《现代网络技术》
第3章 信道共享技术
3.4 随机接入技术：CSMA和CSMA/CD
3.4.1 CSMA访问策略 所谓载波，可以理解为数字传输中在信道上检测到 其他站点发送的二进制代码（实际上不存在什么“载 波”），这里借用无线系统中检测站点发出的载波。
《现代网络技术》
第3章 信道共享技术
1. 1-坚持CSMA工作原理 2. 非坚持CSMA工作原理
似。
《现代网络技术》
第3章 信道共享技术
冲突重发 站1 T0 t
帧到 达
站2 T0 帧到 达
帧到 达
冲突重发 t 帧到 达
图3-7 时隙ALOHA系统工作原理 《现代网络技术》
第3章 信道共享技术
3.3.3 轮询与ALOHA的比较
当多点接入系统中的站数不断增多时，轮询系统不 会出现不稳定现象，而两种ALOHA系统都有一个不 稳定的工作区域（指吞吐量超过一定数值的情况）。 因此，在使用ALOHA系统时，一定要采取专门的措 施，否则随机发送的帧很容易使系统在一瞬间进入不 稳定区，从而导致整个系统的吞吐量急剧下降以至不 能工作。
《现代网络技术》
第3章 信道共享技术
否 有待发帧 是 载波侦听 延迟一个 随机时间
发送
是 冲突？ 否 放弃帧的发送 冲突检测 强化冲突
出口
图3-9 CSMA/CD的流程图 《现代网络技术》
第3章 信道共享技术
1. 争用期的概念
实现冲突检测的方法有多种。最简单的方法是比 较接收到的信号电压大小。在基带传输系统中，当两 个帧的信号迭加在信道上时，电压的摆动值要比正常 值大许多，因此只要接收到的信号电压摆动值超过某 一极限值，就认为时发送了冲突。
第3章 信道共享技术
04第四章 信道共享技术
一.轮叫轮询
主机轮流查询个站点,问有无数据要发送.
如图: N N-1 ... 2 1 收 主机 发
23
4.2节 受控多点接入—轮询（二）
二.传递轮询 1.问题提出
轮叫轮询的缺点：轮询帧在多点线路上不停的循 环往返，形成了相当大的开销，增加了帧的等待时延。
2.传递轮询 （1）原理： N N-1 2 1 收 主机
第四章
信道共享技术
多个用户(计算机或终端)要同时与一个主机相连，本章所 讨论的多点接入技术属于数据链路层中的媒体接入控制 MAC子层。
主要内容：
随机接入ALOHA 随机接入CSMA 受控接入 信道复用
和CSMA/CD
1
4.1
概述
广播网络的媒体访问控制 1）广播网络需要解决的问题 2）局域网的数据链路层模型(第5章) 3）多路访问协议 4）IEEE802.3和以太网
– 站点可在任意时刻发送帧 – 检测到冲突，等待一个随机时间后重发
• Slotted Aloha
– 站点只在时间片到来的瞬间发送帧 – 信道利用率提高一倍
• CSMA(IEEE 802.3 和Ethernet)
– 站点通过载波侦听信道的情况确定发送帧的策略
15
典型受控访问协议
受控访问（Controlled Access） • Demand Adaptive ：Token Passing – Bus
• 解决办法：信道分配
– 信道的静态分配 – 信道的动态分配
多路访问信道 multiaccess channel
6
信道的静态分配
• 将信道资源N等分
– 例如电话干线的频分复用FDM – 适于用户数量少且数目固定、通信量大情况
主机轮流查询个站点,问有无数据要发送.
如图: N N-1 ... 2 1 收 主机 发
23
4.2节 受控多点接入—轮询（二）
二.传递轮询 1.问题提出
轮叫轮询的缺点：轮询帧在多点线路上不停的循 环往返，形成了相当大的开销，增加了帧的等待时延。
2.传递轮询 （1）原理： N N-1 2 1 收 主机
第四章
信道共享技术
多个用户(计算机或终端)要同时与一个主机相连，本章所 讨论的多点接入技术属于数据链路层中的媒体接入控制 MAC子层。
主要内容：
随机接入ALOHA 随机接入CSMA 受控接入 信道复用
和CSMA/CD
1
4.1
概述
广播网络的媒体访问控制 1）广播网络需要解决的问题 2）局域网的数据链路层模型(第5章) 3）多路访问协议 4）IEEE802.3和以太网
– 站点可在任意时刻发送帧 – 检测到冲突，等待一个随机时间后重发
• Slotted Aloha
– 站点只在时间片到来的瞬间发送帧 – 信道利用率提高一倍
• CSMA(IEEE 802.3 和Ethernet)
– 站点通过载波侦听信道的情况确定发送帧的策略
15
典型受控访问协议
受控访问（Controlled Access） • Demand Adaptive ：Token Passing – Bus
• 解决办法：信道分配
– 信道的静态分配 – 信道的动态分配
多路访问信道 multiaccess channel
6
信道的静态分配
• 将信道资源N等分
– 例如电话干线的频分复用FDM – 适于用户数量少且数目固定、通信量大情况
《信道复用技术》课件
2
利用信道复用技术，减少频谱的浪费，
提高ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ谱利用效率。
3
降低通信成本
4
利用共享信道，减少建设成本，降低通
信运营商的成本。
5
提高信道利用率
通过共享传输介质，将不同信号同时传 输，提高信道利用率。
提高通信能力
通过信道复用技术，实现多个信号的传 输，提高通信能力。
增加用户容量
通过信道复用技术，实现多用户同时使 用同一信道进行通信，增加用户容量。
频分复用
将频谱划分为多个不重叠的频带，不同信号在不 同频带上进行传输。
波分复用
将频谱分割成多个不重叠的光波，每个光波用于 传输不同信号。
常见的信道复用技术
码分复用
使用不同码型对不同信号进行编码，通过解码器将 信号进行分离。
统计复用
将信号按照概率进行复用，根据统计规律进行信号 的解析与分离。
应用领域
1 无线通信
通过信道复用技术，实现多个用户同时使用 同一信道进行通信。
2 广播电视
利用信道复用技术，将不同电视频道的信号 通过同一频谱进行传输。
3 银行电讯
实现多个银行客户同时进行远程银行业务交 流。
4 卫星通信
通过信道复用技术，实现卫星与地面站之间 的高效通信。
信道复用技术的优势
1
减少频谱资源浪费
《信道复用技术》PPT课 件
本PPT课件将介绍信道复用技术的定义、分类以及常见的应用领域。通过信道 复用，我们能够提高通信能力、降低成本，同时提高信道利用率，让您更好 地理解这一技术。
定义与分类
定义
信道复用是一种通过将多个通信信号共享同一个 传输介质的技术。
时分复用
网络课件-第四章
4.2 受控接入
4.2.1 分类： • 集中式控制：轮询 • 分散式控制：令牌环网 4.2.2 轮询方式 • 主机和站
– 主机：进行接入的管理 – 站：参与数据传输
4.2.2 轮询方式
• 轮叫轮询
– 工作原理：每个站只能接收主机的信息，也 只能向主机发送信息
– 机制：主机从1站开始，逐个询问各站是否 有数据发送。
数据1 数据2 数据3 数据4
信道带宽f
频分复用
• 在相同的时间占用不同的带宽资源
A B C D E F G H I J K L MN F
波分复用
• 与频分复用概念相同，为每路信号分配 相互隔离的光谱频带。
• 波分复用的物理概念
光纤1
棱柱或衍射光栅
,
光纤1
主机A 1 主机B
2 33
4.4 随机接入：CSMA/CD
4.4.1 CSMA
• 载波侦听多点接入（Carrier Sense Multiple Access） – 每个站点在使用信道前，需检测信道是否已被 其他站点占用 – “先听后发”
• CSMA协议分类 – 坚持和非坚持CSMA – CSMA/CD
4.4.1 CSMA
• 冲突的解决方法
– 非坚持CSMA：一旦监听到信道忙，就不再监 听；延迟一个随机时间 后再次监听。
– 坚持CSMA：监听到信道忙时，仍继续监听， 直到信道空闲
4.4.1 CSMA
• 坚持CSMA：
– 1-坚持CSMA：一听到信道空闲就立即发送数 据（以概率1发送）
– p-坚持CSMA：听到信道空闲时，以概率p发送 数据，即以概率1-p延迟一段时间后再发送
4.2 ALOHA
纯ALOHA
信道共享
时分多址 TDMA （Time Division Multiple Access／ ／
Address ：把信道帧划分为若干不相重叠的时隙，把每个时 把信道帧划分为若干不相重叠的时隙， 隙分配给一个用户作为专用地址。 隙分配给一个用户作为专用地址。这是数字数据通信和第 二代移动通信的基本技术。
码分多址CDMA(Code Division Multiple Access)： 码分多址
23
CSMA/CD与CSMA以及ALOGH的吞吐量比较
当a=0.01时几种CSMA/CD，CSMA以及ALOGH的S-G曲线， 其中：ａ是端到端的时延,S是吞吐量，G是网络负载
1) 2) 3) 4)
非坚持CSMA(nonCSMA)。 非坚持CSMA(non-persistent CSMA)。 CSMA(non 坚持CSMA 1-坚持CSMA 坚持CSMA P-坚持CSMA CSMA/CD:边听边发 CSMA/CD:边听边发
15
图的左边画出了三个粗线条方框。 图4-4-1图的左边画出了三个粗线条方框。若分别选择用这三个方框中的一个取 图的左边画出了三个粗线条方框 替换右边的一个叫做"载波监听策略 的方框，则可得到三种不同的协议， 载波监听策略"的方框 替换右边的一个叫做 载波监听策略 的方框，则可得到三种不同的协议，即:
9
纯ALOHA（１） （
A每个站只要有数据发送，就可自由的发送一个数 据帧,但必须收到接收节点的确认信号ACK之后， 才能发送下一个数据帧。 10
纯ALOHA（２） （
图4-3-2 纯ALOHA的工作原理
11
纯ALOHA（３） （
冲突的解决方案 冲突： 冲突： 两个以上的站同时发送报文分组，由于在时间 上重叠从而造成冲突，导致发送失败。 解决方案(补救方法 补救方法) 解决方案 补救方法 发送节点在一个timeout interval内未收到确认信 号ACK,自动重发。
数据通信原理-信道共享
多路复用技术原理
多路复用定义
多路复用技术分类
多路复用是指在一条信道上同时传输 多路信号的技术，它将多个信号组合 成一个复合信号，在接收端再将复合 信号分离成各个原始信号。
常见的多路复用技术包括时分复用 （TDM）、频分复用（FDM）、波分 复用（WDM）和码分复用（CDM） 等。这些技术分别通过不同的方式将 多个信号组合成一个复合信号进行传 输。
无线局域网（WLAN）中的信道共享
CSMA/CA协议
在WLAN中，采用载波监听多路访问/冲突避免（CSMA/CA）协议进行信道共享，通过监听信道空闲状态并随机 退避时间，减少碰撞概率。
隐藏节点和暴露节点问题
由于无线信号传播特性，WLAN中存在隐藏节点和暴露节点问题，需要通过RTS/CTS握手机制等方法解决。
信道分配算法设计及优化
01
静态信道分配算法
根据用户需求和网络资源状况，提前为用户分配固定的信 道资源。这种方法简单易行，但资源利用率较低，且无法 适应动态变化的网络环境。
02 03
动态信道分配算法
根据实时网络状况和用户需求，动态地为用户分配信道资 源。常见的动态信道分配算法包括轮询算法、最大载干比 算法、比例公平算法等。这些算法可以提高资源利用率， 但需要复杂的计算和信令交互。
基于人工智能的网络资源调度
应用深度学习、强化学习等人工智能技术，对网络流量、负载等数据进行实时分析和预 测，实现智能化的网络资源调度。
基于边缘计算的网络资源调度
将计算、存储等资源部署在网络边缘，降低数据传输时延和带宽消耗，提高用户体验和 网络性能。
面临挑战及未来发展方向
信道共享技术的安全性和隐私保护
蜂窝移动通信系统中的信道共享
频分多址（FDMA）
多信道共用技术二不同的信道共用方式
信道的共用方式： 分散式共用：
将n个信道分成若干组，计算每组在共用模式下 所能容纳的用户数，最后再将各组用户数求和 集中式共用：
将n个信道全部集中在一起，计算出容纳的用户数 非共用方式：
专用信道使用方式
1.不同的信道共用方式的比较
前提：可用信道数
n=6，
用户忙时话务量 Aa=0.01（爱尔兰）
用户数：N=6 比较的结果：
集中共用方式比分散共用方式所容纳的用户数多
多信道分散共用时，信道分布越集中，容纳的总 用户数就越多
专用信道方式下，用户数最少，但无呼损
2.空闲信道的选取方式
当某一用户需要通信而发出呼叫时，怎样从这n 个信道中选取一个空闲信道呢?
解决方法： “共用信令信道”（专用呼叫信道）方式 “随路信令信道”（标明空闲信道）方式
5. 小结
1）不同信道共用方式 ——分散共用，集中共用，专用方式
2）空闲信道的选取方式 ——循环定位、循环不定位、循环分散定位
2.空闲信道的选取方式
（1）共用信令信道方式 专用的呼叫信道（信令信道）：
n中选1 专用于处理用户的呼叫、信道的分配等 不可传输业务信息
好处：处理一次呼叫过程所需时间很短 坏处：需要占用一个信道 适用情况：大容量的公共通信网
2.空闲信道的选取方式
（2）标明空闲信道方式 随路信令信道方式：
随机占用信道进行通信 分类： 循环定位方式 循环不定位方式 循环分散定位方式
系统呼损率
B=10%
① 分散共用方式:
AB C
D
E
F
G
共用方式 （分组）
1，1， 1，1， 1，1，
1，1， 1，1，
2
1，1， 2，2
1，1， 1，3
将n个信道分成若干组，计算每组在共用模式下 所能容纳的用户数，最后再将各组用户数求和 集中式共用：
将n个信道全部集中在一起，计算出容纳的用户数 非共用方式：
专用信道使用方式
1.不同的信道共用方式的比较
前提：可用信道数
n=6，
用户忙时话务量 Aa=0.01（爱尔兰）
用户数：N=6 比较的结果：
集中共用方式比分散共用方式所容纳的用户数多
多信道分散共用时，信道分布越集中，容纳的总 用户数就越多
专用信道方式下，用户数最少，但无呼损
2.空闲信道的选取方式
当某一用户需要通信而发出呼叫时，怎样从这n 个信道中选取一个空闲信道呢?
解决方法： “共用信令信道”（专用呼叫信道）方式 “随路信令信道”（标明空闲信道）方式
5. 小结
1）不同信道共用方式 ——分散共用，集中共用，专用方式
2）空闲信道的选取方式 ——循环定位、循环不定位、循环分散定位
2.空闲信道的选取方式
（1）共用信令信道方式 专用的呼叫信道（信令信道）：
n中选1 专用于处理用户的呼叫、信道的分配等 不可传输业务信息
好处：处理一次呼叫过程所需时间很短 坏处：需要占用一个信道 适用情况：大容量的公共通信网
2.空闲信道的选取方式
（2）标明空闲信道方式 随路信令信道方式：
随机占用信道进行通信 分类： 循环定位方式 循环不定位方式 循环分散定位方式
系统呼损率
B=10%
① 分散共用方式:
AB C
D
E
F
G
共用方式 （分组）
1，1， 1，1， 1，1，
1，1， 1，1，
2
1，1， 2，2
1，1， 1，3
第四章 信道共享技术
重发策略：同纯ALOHA
性能：网络负载 1 吞吐量 0. 37
代价：需要全网同步；可设置一个特殊站点，由该站点发送时钟信号
帧发送成功的条件：没有其他帧在同一时隙内到达 P[发送成功] = P [ 到达间隔>T0 - Tx ] P [ 到达间隔> Tx ]
Tx
= e
-G
-t
第四章 信道共享技术
关键问题:
当信道使用产生竞争时如何分配信道 的使用权
信道共享技术分类（依据连接方式）
通过集中器或复用器连接
特点：附加设备，集中控制 接入方法：顺序扫描查询，或使用中断技术
通过公用信道连接 (多点接入技术）
特点：一条公用信道连接所有主机，按协议 分配信道 多 点 接 入 技 术
受控接入 集中式控制：轮叫轮询 传递轮询
分散式控制：令牌环网，传递令牌，获得令牌才 有权发送数据
随机接入：站点可随时发送数据，争用信道，易冲突 ALOHA CSMA CSMA/CD
通过复用器或集中器连接
T MUX M M MUX T
主 机
前 端 机
T
T
M
M
C
T
T
信道共享技术分类
信道共享 TDM FDM CATV
轮询和随机接入的比较
（1）当站数较少时，纯ALOHA时延较小 当站数较多时，轮询的时延较小 （2）纯ALOHA受约束少，通信量强度小的时候 可以得到比较小的时延 轮询系统对每个站的发送时机都有严格限制，所以通信量强度 增大时各站不会互相干扰，仍然能一个一个地发，不会冲突， 通信量强度大的时候时延特性好 （3）站数多的时候轮询不会出现不稳定现象， 而两种ALOHA都有不稳定区域