2物理层（四）：多路复用技术

1 多路复用技术

多路复用技术是指在同一个物理信道上同时传输多路信号，实现通信信道共享的一套技术。被传输的多路信号可以由不同的信源产生，传输信号时各路信号之间互不影响。因此，它提高了传输介质的利用率。

常用的多路复用技术有：频分多路复用（FDM）、时分多路复用（TDM）、波分多路复用（WDM）等。

1.1 频分多路复用（FDM）

频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing）技术是一种模拟技术。

• 实现原理：它把信道的频谱分割成若干个互不重叠的子信道，各相邻子信道间要留有一个狭长的带宽（保护带），每个子信道可传输一路信号，每个发送设备产生的信号被调制成相应的子信道的载波频率，调制后的信号再被组合成一个可以通过通信链路的复合信号
  

• 传输方式：各路信号在各个子信道上并行传输

• 使用场景：适用于模拟信号，如调频广播电台，有线电视系统（CATV），电话系统等都采用FDM技术

• 特点：技术最为简单，用户在分配到一定的频带后，自始至终都占用这个频带。因此频分复用的所有用户在同样的时间占用不同的带宽资源。

1.2 时分多路复用（TDM）

时分多路复用（TDM）

• 实现原理：将物理信道按时间分成许多等长的时间片，轮流、交替地分配给多路信源，这样使多路输入信号能共享物理信道。

• 实现方式：

  • 发送过程中：将各路数据分段压缩在一系列等宽的时间片内，通过复合电路将它们按序复合在一起发送到通信线路上进行传输
  • 目的端：通过采用定时脉冲的定时扫描电路，可将各路数据分离出来
  • 由多个时间片组成的帧称为时分复用帧
  • 可以这样理解：假如在一个饭店内同时有20 桌人吃饭，饭店在处理时并不是先把第一桌的菜全部做好上齐后，然后再做第二桌菜，等上齐第二桌菜后再处理第三桌、第四桌、……，而是轮流给各桌先上第一道菜，然后回来再轮流给各桌上第二道菜、第三道菜、……，依次进行，直到把所有的菜全部上完为止。
    

• 传输方式：分时使用物理信道，各路信号分配到的时间片是相同的

• 实现方式：

  • 同步时分多路复用（Synchronous Time-division Multiplexing）
    • 普通的时分复用称为同步时分多路复用
    • 这里的同步是指：按照固定顺序，把时间片循环轮流地分配给各路信号，而不管某路信号是否需要继续发送数据或数据已发送完
  • 异步时分多路复用（Asynchronous Time-division Multiplexing）
    • 异步时分多路复用也称为统计时分复用STDM（Statistical TDM）。
    • STDM采用智能方法动态分配时间片，当某路信道需要发送数据时才把时间片分配给它
    • STDM需要把源地址、目的端地址等作为附加信息随同数据一起发送，以便接收站按地址分送数据
    • 适用场景：只适用于真正的数字数据传输（如计算机的输出），不适用于经过转换的模拟数据（如PCM编码的语音信号）传输。如：局域网（基带网络）

1.3 波分多路复用（WDM）

波分多路复用WDM（Wave-length Division Multiplexing）

• 原理：其原理与频分多路复用的相似，主要用于光纤通信。对于光信号是用波长而不用频率来表示所使用的光载波，因此就称为波分多路复用。波分多路复用利用不同波长的光，通过共享光纤远距离传输多路信号
• 密集波分多路复用DWDM（Dense WDM）：波分多路复用最初只能在一根光纤上复用两路光载波信号。而现在可以在一根光纤上复用80路或更多路数的光信号，这就是密集波分多路复用DWDM（Dense WDM）。

1.4 三种技术的比较

FDM适合于传输模拟信号，TDM适合于传输数字电信号，而WDM传输的是光波信号，WDM和FDM技术原理类似。

TDM和FDM比较：

• TDM技术更复杂，抗干扰能力更强
• 数字信号较容易实现自动转换，易于集成化
• TDM和FDM的性能比较：
  • （1）TDM设备比FDM设备易于实现；
  • （2）TDM比FDM传输速率高。TDM中可以充分利用信道的全部带宽；
  • （3）TDM中多路信号只需一个MODEM，而FDM中每路信号均需要一个MODEM；
  • （4）FDM通常需要模/数转换设备，而TDM具有明显的数字形式，适合计算机直接相连；
  • （5）在进行差错控制和校正操作时，TDM比FDM会产生较多的时间延迟。