多路复用技术

多路复用技术是将多路信号通过一条线路传输的技术。在网络通信中，通信的主要费用花在线路的传输费用上。由于计算机网络的通信多是突发性业务，即数据的波动性较大。采用多路复用技术，可以使线路数据的波动性得到平滑，使得发送的数据速率和平均值对应，提高线路利用率，降低通信费用。

随着技术的发展，信道复用技术目前有了很大的发展，主要有如下几种：频分多路复用技术FDM（Frequency Division Multiplexing）、时分多路复用技术TDM（Time Division Multiplexing）、统计时分多路复用技术STDM（Statistics Time Division Multiplexing）、波分复用技术WDM（Wavelength Division Multiplexing）、码分复用技术CDM（Code Division Multiplexing）等。

目前的高速数据网多数都是采用了多路复用技术。如现今的公共电话交换网（PSTN）、异步转移模式ATM、同步数字系列SDH都采用了多路复用技术。使用多路复用技术可以有效地利用高速干线的通信能力。

多路复用通过多路复用器来实现，多路复用器和数据终端设备的连接如图2-37所示。图中表明3个DTE设备通过多路复用器MUX在一条传输线路上传输。

2.6.1　频分多路复用技术

频分多路复用技术FDM（Frequency Division Multiplexing）将一条宽带传输线路分成多个窄带的子信道，每一个子信道传输一路信号，实现在一条线路上传输多路信号，频分多路复用的工作原理如图2-38所示。在频分多路复用技术中，N路低速信号占用不同的（互不重叠的）窄频带，依次排列在宽带线路的频带的信道上进行传输，在再借助于滤波器将各路低速信号分开。

图2-37 多路复用技术工作原理示意

图2-38 频分多路复用技术的工作原理示意

FDM的典型例子就是有线电视系统（CATV）中使用的频分多路技术。一根CATV电缆的带宽大约是750MHz，每个电视频道带宽为6MHz，采用FDM技术可传送100多个频道的电视节目。

网络中采用FDM技术传输数字数据信号时，利用频移键控调制FSK将不同信道的数字数据信号调制成多个频率不同的模拟载波信号依次排列在宽带线路的频带内进行多路传输。

除FSK调制以外，FDM技术也可采用ASK、PSK以及它们的组合。每一个载波信号形成了一个子信道，各子信号的频率不相重合，子信道之间留有一定宽度隔离频带，防止相互串扰。

2.6.2　时分多路复用技术

时分多路复用技术TDM（Time Division Multiplexing）是多路信号分时使用一条传输线路，实现在一条线路上传输多路信号。在TDM中，将时间分成若干时隙，每路低速信号使用信道的一个时隙，将N路信号顺序发送到高速复用信道上。分时就是通道按时间片轮流占用整个带宽，时分多路复用技术的原理如图2-39所示。

时间片的大小可以按一次传送一位、一个字节或一个固定大小的数据块所需的时间来确定。这种传统的时分多路复用又称为同步时分多路复用。

图2-39 时分多路复用技术的工作原理示意

2.6.3　统计时分多路复用技术

统计时分多路复用技术STDM（Statistics Time Division Multiplexing）又称智能时分多路复用技术，它的主要思想是提高TDM的效率。在TDM技术中，整个传输时间划分为固定大小的周期。每个周期内，各子通道都在固定位置占有一个时隙。这样在可以按约定的时间关系恢复各子通道的信息流。当某个子通道的时隙来到时，如果没有信息要传送，这一部分带宽就浪费了。统计时分复用能动态地将时隙仅分配给有数据待传送的端口，而对于无数据传输的端口就不分配时隙，大大提高线路利用率，统计时分多路复用技术的原理如图2-40所示。

图2-40 统计时分多路复用技术的工作原理示意

在网络中，我们把统计时分方式下的多路复合器称为集中器。集中器依次循环扫描各个子信道。若某个子信道有信息要发送则为它分配一个时隙，若没有信息要发送就跳过，这样就没有空时隙在线路上传播了。然而分配器的工作就更复杂，需要在每个时隙中加入一个控制域，以指示该时隙是属于哪个子通道的，以便接收方准确接收。

在网络技术中，频分多路复用和时分多路复用往往还可以混合使用。在一个传输系统，可以采用频分多路复用技术将线路分成许多条子信道，每个子信道再利用时分多路复用来细分。在宽带局域网中，可以使用这种混合技术。

在介绍脉码调制PCM时曾提到，对4KHz的话音信道按8KHz的速率采样，256级量化，则每个话音信道的数据速率是64Kbps。为每一个这样的低速信道敷设一条通信线路是不划算的，所以在实际中往往是采用高带宽的通信线路，使用多路复用技术建立更高效的通信线路。在美国使用很广的一种通信标准是贝尔系统的Tl载波。

图2-41 T1载波结构

T1载波也叫一次群，它就是利用PCM和TDM技术，使24路采样话音信号，复用到一条1.544Mb／s的高速信道上进行传输。该系统的工作是这样的，用一个编码解码器轮流对24路话音信道取样、量化和编码，一个取样周期中（125us）得到的7位一组的数字合成一串，共7×24位长。这样的数字串在送入高速信道前要在每一个7位组的后面插入一个控制位（信令），于是变成了8×24＝192位长的数字串。这192位数字组成一帧，最后再加入一个帧位（用于帧同步），故帧长193位，每125us传送一帧。T1载波结构如图4-41所示。

这样，我们可以算出TI载波的各项比特率。对24路话音信道的每一路来说传输数据的比特率为7bit／125ps＝56Kbps，传输控制信息的比特率为1bit／125us：速率为8Kbps，总的传输比特率为：193bit／125us＝1.544Mbps。

除了T1载波，还有T2载波、T3载波。T2＝6.312Mbps、T3＝44.736Mbps。

CCITT建议两种载波标准，一种是和Tl一样的1.544Mbps，而另一种是E1标准。E1标准的速率为2.048Mbps，它的每一帧开始处有8位作同步用，中间有8位用作信令，再组织30路8位数据，共32个8位数据组成一帧，一个帧含256位数据，以每秒8000帧的速率传输，可计算出数据传输率为2.048Mbps，这是E1载波是欧洲标准，也称为E1线路，我国一般采用E1标准。

2.6.4　波分多路复用技术

波分多路复用技术WDM（Warelength Division Multiplexing）主要用于光纤通信，波分多路复用是将两种或多种不同波长的光波信号经合波器（Multiplexer，也称复用器）汇合在一起，并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术，经分波器（Demultiplexer，也称解复用器）将各种波长的光载波分离，然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术，称为波分复用。

波分复用又分为密集波分复用（DWDM）和稀疏波分复用（CWDM）。DMDM使更多的不同波长光载波信号在同一根光纤中进行传输，CWDM相对使用不太多的不同波长光载波信号在同一根光纤中进行传输。如DMDM使用32个不同波长的光波在同一根光纤中进行传输，CWDM使用8个不同波长的光波在同一根光纤中进行传输。

波分复用技术当前研究的热点之一是DWDM，DWDM实验室水平可达到在一根光纤中传输100路10Gbps的数据，即100×10Gbps。中继距离400km；30×40Gbps，中继距离85km；64×5Gbps，中继距离720km。