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第4章 多路复用与信道共享技术 计算机网络与通信(第2版) 第4章 多路复用与信道共享技术 4.1 多路复用技术 4.2 信道共享技术 4.1 多路复用技术 4.1.1 频分多路复用(FDM) 4.1.2 时分多路复用(TDM) 4.1.3 波分复用(WDM) 4.1.4 码分复用(CDM) 4.1.5 空分复用(SDM) 4.1 多路复用技术 多路复用是一种将若干彼此无关的信号合并成一路复合信号并在一条公用信道上传输，到达接收端后再进行分离的方法。 多路复用技术包含信号复合、传输和分离三个方面的内容。 4.1.1 频分多路复用(FDM) 频分多路复用是按照频率参量的差别来分割信号的。也就是说，分割信号的参量是频率，只要使各路信号的频谱互不重叠，接收端就可以用滤波器把它们分割开来。 把信道的可用频带分割为若干条较窄的子频带，每条子频带都可以作为一个独立的传输信道用来传输一路信号。为了防止各路信号之间的相互干扰，相邻两个子频带之间需要留有一定的保护频带。 由于通过媒质传输的复合信号一般是模拟信号，因此，当输入信号为数字信号时，应采用数模转换将数字信号转换为模拟信号，或者由数字信号直接键控载频形成幅度键控信号。 频分多路复用原理图 话音信号频分多路载波通信系统的原理框图 复合信号的总带宽满足： 不同的数据速率所需的子频带间隔 频分多路复用(FDM)优缺点 主要优点在于实现相对简单，技术成熟，能较充分地利用信道频带，因而系统效率较高。 主要缺点： 保护频带的存在大大地降低了FDM技术的效率； 信道的非线性失真改变了它的实际频带特性，易造成串音和互调噪声干扰； 所需设备量随输入路数增加而增多，且不易小型化； 频分多路复用本身不提供差错控制技术，不便于性能监测。因此，在实际应用中，FDM正在被时分多路复用所替代。 4.1.2 时分多路复用(TDM) 时分多路复用通信是指各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。具体地说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开、互不干扰的目的。 目前常用的TDM有两种：同步时分多路复用和统计时分多路复用。 1．同步时分多路复用 1．同步时分多路复用 n路通信设备连接到一条公用信道上，发送端的时分多路复用器按照一定的次序轮流地给各个设备分配一段使用公用信道的时间。当轮到某个设备使用的逻辑联系被暂时切断，待指定的通信设备占用信道的时间一到，则同步时分多路复用器就将信道切换给下一个被指定的设备。以此类推，一直轮流到最后一个设备，然后又重新继续开始。 在接收端，时分多路复用器也是按照一定的次序轮流地接通各路输出，并且与输入端的时分多路复用器保持同步。 1．同步时分多路复用 TDM的工作特点是： 第一，通信双方是按照预先指定的时隙进行通信的，而且这种时间关系是固定不变的； 第二，就某一瞬时来看，公用信道上仅传输某一对设备的信号，而不是多路复合信号，但就一段时间而言，公用信道上传输着按时间分隔的多路复合信号。 1．同步时分多路复用 TDM有两种 ：比特交错TDM、字符交错TDM 比特交错TDM和字符交错TDM 比特交错TDM通常用于同步终端系统，而字符交错TDM则用于异步终端系统。 当以比特为基础进行交错时，复用器允许每路每次输入一比特，然后将各路输入的比特组合成帧进行传输。显然，如一帧中含有多个字符，由于减少了同步字符的个数，从而提高了传输效率。另外，如采用时隙大小与每个字符宽度成比例的技术，虽增加了技术的复杂性和成本，但其传输效率将能达到最大值。 比特交错TDM和字符交错TDM 因为字符交错TDM所需的缓冲区大，所以字符交错TDM的成本比比特交错TDM要略微高一些。如果能够考虑到字符交错TDM具有按顺序保存字符位的特点，那么可以取消字符中的控制位(如起始位、停止位)，而仅仅传输数据位和校验位，这样也有利于传输效率的提高。 对于比特交错TDM来说，除了实现较为便宜外，它还能提供较快的同步和较短的传输延迟，这是因为复用器接收到每一比特数据就可传输的缘故。 而字符交错TDM中，复用器则需将若干比特汇集成字符后方可传输。另外，字符交错TDM还具有较强的抗突发干扰的能力。 2．统计时分多路复用 在传统的TDM系统中，以固定分配时隙的方式对来自多个设备的数据流进行组合，然后在单一的公用信道上传输。这种时分多路复用技术既便宜又可靠，并能降低通信费用。但是，把它用于高速通信时效率较低。 为了提高时隙的利用率，可以采用按需分配时隙的技术，即动态地分配所需时隙，以避免每帧中出现空闲时隙的现象。以这种动态分配时隙方式工作的TDM称为统计时分多路复用(STDM)。 传统TDM与S