多工技術

一言以蔽之:Multiple Access技術,分成TDMA、FDMA、CDMA三種。

在會議室內討論

前一陣子我舉行了一個會議,與會者有許多外國人。會議開始後,大家陸續發言,每一個人用英文報告一段時間,不會互相干擾,所以大家都聽得很清楚。

會議結束後,大家還留下來私下討論,會議室的各個角落都坐了一些人,繼續討論細節。這時候,整間會議室裡面同時有許多人在說話,但由於各個角落之間的距離還蠻遠的,所以另外一區的雜訊不會干擾到我們這一區。

有一個角落的討論最特別,那一區聚集了美國人、日本人和韓國人,他們各自用自己的母語跟自己公司的同仁討論,同一時間同一地點有許多人在說話,卻不會互相干擾,只因為他們用的是不同國家的語言。

在頻段內傳輸

Multiple Access

相對與有線網路可以靠著增加實體線路來增加頻寬,無線網路的頻寬是有限的。因此,無線網路必須發展出multiple access多重進接的技術,這樣才能同時多工服務許多使用者。把無線網路的頻段想像成會議室,就可以得到下列三種多工方式。

  • 分時多工(time-division multiple access、TDMA):由於每個人發言的時間是錯開的,同一個人一次使用整個會議室,第一個人講完0.1秒換第二個人、第二個人講完0.1秒換第三個人、第三個人講完0.1秒換第一個人……。只要時間切換地足夠細,感覺上就是三個人同時在講話。
  • 分頻多工(frequency-division multiple access、FDMA):把會議室分成三間的會議室,三個人在各自的小會議室講話,就不會互相干擾。
  • 分碼多工(code-division multiple access、CDMA):發言時間不錯開,會議室也不隔間,只要這三個人講不同國家(orthogonal)的語言,也不會互相干擾。

電腦的多工

電腦的CPU,一次只能處理一個工作,但它可以很快速地(例如0.001秒)在不同工作之間切換,就可以把運算資源分配給多個程式,我們就以為電腦可以同時處理多個任務,其實這只是分時分工。

不過,現代的CPU都不只有一個核心,而是有multiple core。雖然每個core內核只能專注於一個程式,但是多個core就可以處理多個程式。

人腦的多工

Brain

人類的大腦跟CPU是類似的,我們只能在多件事間快速切換大腦的注意力,所以也是分時分工。

在金庸武俠小說裡,周伯通、郭靖、小龍女都練成左右互搏,可以「左手畫方、右手畫圓」,這其實是人類做不到的事。大家不妨自己試試,能夠做到的是畫得很慢,並把大腦的注意力輪流切換到左右手上,這樣才有機會把方圓都畫好,否則會「方不成方、圓不似圓」。

事實上,根據腦部擴散張量造影研究,男生的大腦重視單一半腦內的連結,女生的大腦則是重視兩個半腦之間的連結,也就是說,男生會挑一邊的半腦來工作,而女生會把兩邊的腦都找來工作。因此,男性較不易分心,而女性較容易多工。