计算机网络：多路复用技术

前提介绍：

原理：当传输介质的带宽或容量超过传输单一信号的需求时，为了有效地利用通信线路，可以采用多路复用技术（Multiplexing）把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输，从而节省电缆安装维护和通信的费用。

一、频分多路复用（FDM）：

技术原理：当传输介质有效带宽超过被传输信号带宽时，可以把多个信号分别调制到不同的载波频率上，从而在同一传输介质上同时传送多路信号，即将信道的可用频带（带宽）按频率分割多路信号的方法划分为若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，从而形成多个子信道；在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理，这种技术称为频分多路复用。

主要缺点：设备生产比较复杂，会因滤波器特性不够理想以及信道内存在非线性谐波失真而产生的路间干扰。

应用举例：话音通信中，ITU-T的标准和北美与日本采用的贝尔标准

每路话频信道的带宽为4 kHz，用户使用3kHz，再加上两个500Hz的防护频带 12路话音频分多路复用到一条带宽为48kHz的线路上，称之为群，可以是12kHz~60kHz或60kHz~108kHz等。 5个群又可被频分多路复用为带宽240 kHz的超群，一个超群中含有60路话音信道， 5个或10个超群进一步频分多路复用为带宽更宽的主群，他们分别含有300路或600路话音信道

FDM的变种——波分多路复用：

两根光纤连到一个无源棱柱或衍射光栅，每根光纤的能量处于不同的波段。两束光通过无源棱柱或光栅复用到一根长距离传输的光纤上，传输到远方的目的地后再将它们分解开来。

二、时分多路复用（TDM）：

技术原理：若传输介质所能达到的传输速率超过传输数据所需的数据传输速率，则可将一条物理信道按时间分成若干个时间片轮流地分配给多个信号使用，一个复用的信号占用一个时间片，采用信号在时间上的交叉，在一个物理信道上传输多个数字信号。

将物理信道，按时间分成若干个时间片轮流分配给多个信号使用 每个复用的信号占用一个时间片 利用信号在时间上的交叉，在一个物理信道上传输多个数字信号

假设有8个输入，每个输入的数据速率为9.6kbit/s 将共享的物理传输线路按时间分成若干个时间片，每个时间片称为一帧（Frame） 每个帧再分为若干时隙（图中为8个时隙），每个时隙由一路信号占用 一个容量为76.8kbit/s的线路就可容纳8路信号

分类：按信号占用时隙是否固定可变，分为同步时分多路复用和异步时分多路复用。

同步时分多路复用：每路信号占用时间片预先分配且固定不变，即使无数据发送也不能被其他数据源占用。

优点：控制简单，实现容易。 缺点：造成信道资源浪费。

异步时分多路复用：又被称为统计复用，允许动态分配信号的时间片，每个时隙中必须有用户的地址信息 。

TDM应用举例：

T1信道：广泛用于北美和日本

三、码分多路复用（CDM)：

码分多路复用，又称码分多址（Code Division Multiple Access, CDMA） ；真正的动态复用技术，它既共享信道的频率，又共享时间；抗干扰能力强。

技术原理：

每个站点被分配一个m位的唯一的码片序列。 00011011表示成（-1，-1，-1，+1，+1，-1，+1，+1）。 码片序列应满足任意两个码片序列都必须是两两正交。 对于任何站点，如果要发送比特1就发送m位的码片序列，发送比特0就发送码片序列的反码 ，信号在信道中线性相加。

CDM举例：

站点S和T的码片序列分别为（-1-1-1+1+1-1+1+1）和（-1-1+1-1+1+1+1-1） 站点S和T均发送比特1 因此信道上叠加的结果P为（-2,-2,0,0,+2,0,+2,0） 信道另一端识别方法：S·P=1，T·P=1， 此可知站点S和T均发送比特1。

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