多路复用技术-网络系统

ID:107189 · 发表于 2016-3-5 23:12

在一个网络系统中，线路容量或者介质带宽是非常宝贵的资源，必须尽量地提高介质利用率。在一般情况下，网络系统的介质带宽要大于传输单一信号所需的带宽。为了有效地利用传输系统，可以采用多路复用(Multiplexing) 技术从空间和时间两个方面来解决多路信号同时复用单一介质问题。多路复用技术主要有两种：频分多路复用FDM(Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM(Time Division Multiplexing)。

1. FDM
FDM的基本前提是：传输介质的可用带宽要大于多路给定信号所需带宽的总和。如果将这几路信号中的每路信号以不同的载波频率进行调制，则这些信号就可同时在单一介质上传输。为了保证各路信号带宽不相互重叠，各路载波频率之间应当留有一定的保护间隔。

   在图中， 6 路信号源输入到一个多路复用器中，这个多路复用器使用不同的频率来调制每一路信号，每一路信号具有一定的带宽，图中的f1 ~f6分别对应于 6 路信号带宽，形成6 个信道。为了防止各个信道之间的重叠干扰，相邻的信道之间要用保护带隔离开。保护带是信号带宽中不用的部分。f1 ~f6以及各个保护带宽之和要小于或等于传输介质的可用带宽。
例如，假设传输介质的可用带宽为70MHz，每路信号带宽为10MHz。如果采用FDM同时传输6 路信号，则各路信号带宽分配如下：f1 =0～10MHz，f2 =11～21MHz，f3 =22～32MHz，f4 =33～43MHz，    f5=44～54MHz，f6 =55～65MHz，其中各路信道之间的保护带宽为1MHz。
   当携带多路信号的载波通过传输介质传送到另一端的多路复用器后，再解调(还原)成各个单路信号，输出到各自对应的输出线上。
   显然，FDM是一种并行的多路复用技术，在空间上，将整个信道划分若干子信道，多路信号利用各个子信道进行同时传输，充分利用了传输介质的可用带宽。

2. TDM
TDM的基本前提是：传输介质所能支持的位传输速率应大于多路数据传输所需的位传输速率的总和。如果每路信号按时间先后轮流交替地使用单一信道，那么在宏观上多路数字信号便可以实现同时传输。各路信号可以位、字节、块或帧等为单位交替地使用单一信道。在图 1.5(b)中，多路复用器有 6 路信号输入，设每路信号的传输速率为10Mb/s，传输介质的传输带宽大于60Mb/s，使用TDM技术同时传输这 6 路信号。具体的实现方法是：规定传送一个数据单元所需要的时间为一个时间片，每个输入端一次传送一个数据单元，6 个时间片便可将 6 个输入端轮流输入一次，这 6 个时间片便构成了一帧(Frame)。在一般情况下，帧长是固定的，即一个帧所拥有的时间片数等于信号输入的个数。如果在某个时间片内对应的输入端无数据发送，则在该时间片内填充空信号。可见，6 路信号是平均分配和使用高速传输介质的。在TDM中，对应于某一路特定信号的时间片称为它的信道。

   TDM又分为同步TDM和异步TDM。在同步TDM中，每个时间片是预先分配好的，并且是固定不变的，如果某个时间片所对应的输入端无数据发送，则该时间片便空闲不用，必然造成信道容量的浪费，并且传输介质的传输带宽不能低于各个输入信号的数据速率之和。图 1.5(b)所示的TDM是一种同步TDM。
在异步TDM中，每个时间片是按需动态分配的。对于一个给定的输入端，只有当前有数据要发送时，才分配相应的时间片，如果无数据发送，则不分配时间片。并且传输介质的传输带宽只要不低于各路输入信号的平均数据速率即可，从而提高了传输介质的利用率。另外，异步TDM中的时间片与输入端之间没有一一对应的关系，任何一个时间片都可以用来传输任何一路输入信号。因此，在所传输的数据单元中必须包含有地址信息，以便寻址目的节点。这样，在每个时间片里会增加一些额外的传输开销。异步TDM又称为统计TDM(STDM)。
   TDM并不仅仅局限于传输数字信号，也可以在时间上交替地传输模拟信号。对于模拟信号传输，可以将TDM和FDM组合起来使用。一个传输系统可先频分成许多FDM信道，每个信道再按TDM进行时分复用。在有些宽带局域网中则使用了这种技术。
   从多路复用的角度，传输介质与信道是属于不同范畴的两个概念，它们之间有联系又有区别。传输介质是指传送信号的物理实体，而信道则提供了传送某种信号所需的带宽，着重体现介质的逻辑功能。一个传输介质可能同时提供多个信道，一个信道也可能由多个传输介质级联而成。

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