物理层(四)：多路复用技术

1、多路复用的基本概念

1.1、多路复用与通信信道

　　为了充分利用通信线路的容量，充分利用传输介质的带宽，引入多路复用技术。

　　使用多路复用技术，发送端可以将多个用户的数据通过复用器(multiplexer)汇集，并将汇集的数据通过一条通信线路传送到接收端；接收端通过分用器(demultiplexer)将数据分离成各路数据，分发给接收端的多个用户。

　　

　　具备复用器与分用器的设备成为多路复用器，多路复用器在一条物理线路上可划分出多条通信信道。

1.2、多路复用技术的分类

1.2.1、时分多路复用(TDM)

　　以信道传输时间为对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片，达到同时传输多路信号的目的。

1.2.2、频分多路复用(FDM)

　　以信道频率为对象，通过设置多个频带互不重叠的信道，达到同时传输多路信号的目的。

1.2.3、波分多路复用(WDM)

　　在一根光纤上复用多路光在波信号，是光频段的频分多路复用。

2、时分多路复用(TDM)

2.1、基本概念

　　时分多路复用将信道用于传输的事件划分为若干个时间片，每位用户分得一个时间片，用户在其占有的时间片内使用信道的全部带宽。

　　时分复用可分为：同步时分多路复用(STDM)与统计时分多路复用(ATDM)。

2.2、同步时分多路复用

　　

　　同步时分多路复用是将通信线路的传输时间分成n个时间片，每个时间片固定的分配给一个信道，每个信道供一个用户使用。

　　图中的n=4，传输的单位时间T定为1s，则每个时间片是1/4s。一个周期的第1个时间片(第一个1/4s)分配给信道1的主机A使用；第二个时间片分配给信道2的主机B；第三个时间片分配给信道3的主机C；第四个时间片分配给信道4的主机D使用。

　　在接收端只需要采用严格的时间同步，按照相同的顺序接收，就能将多路信号分离与复原出来。

　　同步时分多路复用方法简单，易于实现。但由于将时间片固定的分配给信道，而不考虑信道是否有数需要发送，可能会出现很多的空闲时间片，造成信道资源的浪费。

2.3、统计时分多路复用

　　异步时分多路复用(ATDM)，又称统计时分多路复用，允许动态的分配时间片。

　　

　　每个信道并步总是有数据需要发送，为提高通信线路的利用率，允许每个周期内的各个时间片只分配给需要发送数据的信道。

　　在第一个周期内，根据实际信道需要发送数据的情况，将第1,2个时间片分配给信道1，将第3、4个时间片分配给信道3。

　　在第二个周期中，将第一个时间片分配给信道4，将第4个时间片分配给信道2。统计时分复用方法可以提高通信线路的利用率。

　　时分多路复用中的术语"帧"，是指物理层的比特流传输单元，与数据链路层的帧不同。

3、频分多路复用(FDM)

　　频分多路复用是在一条通信线路上设置多个信道，每个信道的中心频率不相同，各个信道的频率范围互不重叠，如此一条通信线路可以分为不同通信频率的多个信道，用于同时传输多路信号。

　　

　　如上图，第1个信道的载波频率范围在60~64kHz,中心频率为62kHz，带宽为4kHz；第2个信道的载波披绿为64kHZ~68kHz，中心频率为66kHZ，中心频率66kHz，带宽为4kHz；第3个信道的载波1频率为68~72kHz，中心频率为70kHz，带宽为4kHz。3个信道的载波频率不重叠。

4、波分多路复用WDM

　　波分复用是在一根光纤上复用多路载波信号。波分复用是光波段的频分多路复用，只要每个信道的光载波频率互不重叠，就可用多路复用方式用过共享光纤进行远距离传输。

　　

两束波长通过光栅后，通过一条共享的光纤传输到目的主机后经过光栅重新分成两束光载波。

波分多路复用利用衍射光栅来实现多路不同频率光载波信号的合成与分解。

5、总结

　　1、设置物理层的目的是屏蔽物理层传输介质、设备与技术的差异性；

　　2、物理层的基本服务功能是实现主机之间比特序列的传输；

　　3、点-点连接的两个实体之间的通信方式分为：全双工通信、半双工通信与单工通信；串行传输与并行传输；同步传输与异步传输；

　　4、在传输介质上传输的信号类型分为： 模拟信号与数字信号；

　　5、网络中常用的传输介质有：双绞线、同轴电缆、光纤、无线与卫星通信信道；

　　6、数据传输速率等于每秒钟传输构成数据代码的二进制比特数，单位为bps；

　　7、多路复用技术可以分为：频分多路复用、时分多路复用。时分多路复用又可分为：同步时分多路复用与统计时分多路复用。