任务二 多路复用技术

知识点

1.什么是多路复用技术？

为了节省通信系统的建设、使用费用，提高通信系统的工作效率，人们希望一路传输介质能同时传输多路信息，即一条物理线路中存在多个信号通道（信道），于是便产生了多路复用技术。

基本原理：允许两个或多个数据源共享同一个传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。

• 在发送端将若干个彼此无关的信号合并为一个能在一个共用信道上传输的复合信号
• 在信号的接收端将复合信号分离出原来的若干个彼此无关的信号
• 不论一个多路复用系统中输入或输出端的数量多少，都只需要一条传输线路

2.常用的多路复用技术有哪些？

技术	英文缩写	适用信号
频分多路复用	FDM	模拟信号
时分多路复用	TDM	数字信号
统计时分多路复用	STDM	数字信号
波分多路复用	WDM	光信号（光纤通信）

3.什么是频分多路复用（FDM）？

原理：按频率区分信号的方法，把传输频带分割成若干个较窄的频带，每个窄频带构成一个子信道，每个子信道独立地传输一路信息。

工作过程：

1. 输入N路具有相同带宽的数据
2. 线路上的频带是每个数据源的带宽的N倍以上（大于 N x H）
3. 将线路的频带划分成N个带宽大于H且互不重叠的窄频带，分别作为N路输入数据源的子信道
4. 接收端的分离设备利用已调信号的不同频段将各路信号分离出来，恢复为N路输出数据

应用实例：电话系统中，每一路语音信号的频谱一般为300~3000Hz，双绞电缆的可用带宽是100kHz，在同一对双绞线上可采用频分复用技术传输多达24路电话信号。

4.什么是时分多路复用（TDM）？

原理：将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信号源来使用公共信道，只要各路数据传输在时间上能区分开（不重叠），一个信道就有可能传输多路数据。

使用条件：当一条传输信道的最高可用传输速率超过欲传输的各路传输速率总和时，就有可能使这些数据在这条信道上进行时分多路复用的传输。

工作过程：

1. 将各路数据分段压缩在一系列等宽的时隙内
2. 通过复合电路将它们按序复合在一起发送到通信线路上传输
3. 在接收端，通过采用定时脉冲分别对各路时隙序列的定时扫描，将各路数据分离出来

5.什么是统计时分多路复用（STDM）？

概念：统计时分复用（Statistical Time Division Multiplexing）是一种根据信号源实际需要动态分配线路资源的时分复用方法。

与普通时分多路复用的区别：

对比项	时分多路复用（TDM）	统计时分多路复用（STDM）
时间片分配方式	平均分配（固定分配）	动态分配（按需分配）
信号源无数据时	时间片浪费	不为其分配线路资源
信道利用率	较低	较高（线路传输能力可被其他用户使用）

优点：只有当信号源有数据要发送时才为其分配线路资源，当用户暂停发送数据时，不为其分配线路资源，从而线路的传输能力可以被其他用户使用，提高信道利用率。

6.什么是波分多路复用（WDM）？

原理：同频分多路复用相似，主要用于光纤通信。利用不同波长的光在一条光纤上同时传输多路信号。

工作过程：

1. 两束不同频率的光波通过棱镜（或光栅）之后使用一条共享的光纤传输
2. 到达目标节点后再经过棱镜（或光栅）重新分成两束光波
3. 只要每个信道有各自的频率范围且互不重叠，它们就能够以多路复用的方式通过共享光纤进行远距离传输

与电信号频分多路复用的不同：波分多路复用是在光学系统中利用衍射光栅来实现多路不同频率光波信号的合成与分解的。

7.波分多路复用系统有哪些类型？

（1）固定式波分复用系统

• 从光纤1进入的光波将传送到光纤3
• 从光纤2进入的光波将传送到光纤4
• 固定对应关系，光纤1的光波不能传送至光纤4

（2）交换式波分复用系统

• 所有的输入光纤与输出光纤都连接到无源的星型中心耦合器中
• 每条输入光纤的光波能量通过中心耦合器分送到多条输出光纤中
• 一个星型结构的交换式波分复用系统可以支持数百条光纤信道的多路复用
• 在未来的高速光纤网络中有广泛的应用前景

8.四种多路复用技术的综合对比

技术简称	区分维度	适用介质	适用信号	关键设备/器件
FDM	频率	双绞线、同轴电缆	模拟信号	滤波器、调制解调器
TDM	时间	任何介质	数字信号	复合电路、定时脉冲
STDM	时间（动态分配）	任何介质	数字信号	按需分配控制器
WDM	波长（光的频率）	光纤	光信号	棱镜/衍射光栅