物理层（二）

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什么是多路复用？

多路复用是一种用于在单个介质上组合和发送多个数据流的技术。组合数据流的过程称为多路复用，用于多路复用的硬件称为多路复用器。

通过使用称为多路复用器（MUX）的设备来实现多路复用，该设备组合n条输入线以产生单个输出线。多路复用遵循多对一，即n条输入线和一条输出线。

通过使用在接收端可用的称为解复用器（DEMUX）的设备来实现解复用。DEMUX将信号分离为其分量信号（一个输入和n个输出）。因此，我们可以说解复用遵循一对多的方法。

为什么要多路复用？

• 传输介质用于将信号从发送器发送到接收器。介质一次只能有一个信号。
• 如果有多个信号共享一个媒体，则必须以这样的方式划分媒体，使得每个信号被给予可用带宽的一些部分。例如：如果有10个信号且介质带宽为100个单位，则每个信号共享10个单位。
• 当多个信号共享公共介质时，存在碰撞的可能性。多路复用概念用于避免这种冲突。
• 传输服务非常昂贵。

多路复用的历史

• 多路复用技术广泛用于电信中，其中多个电话呼叫通过单线传输。
• 多路复用起源于19世纪70年代早期的电报，现在广泛用于通信。
• George Owen Squier 于1910年开发了电话载波多路复用器。

多路复用的概念

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多路复用的优点：

• 可以通过单个介质发送多个信号。
• 可以有效地利用介质的带宽。

多路复用技术

多路复用技术可分为：

多路复用技术

频分复用（FDM）

• 这是一种模拟技术。
• 频分复用是一种将单个传输介质的可用带宽细分为多个信道的技术。

多路复用技术

多路复用技术

FDM的优点：

• FDM用于模拟信号。
• FDM过程非常简单易调制。
• 可以同时通过FDM发送大量信号。
• 它不需要发送方和接收方之间的任何同步。

FDM的缺点：

• 仅在需要低速信道时才使用FDM技术。
• 它遇到了串扰问题。
• 需要大量的调制器。
• 它需要高带宽信道。

FDM的应用：

• FDM通常用于电视网络。
• 它用于FM和AM广播。每个FM无线电台具有不同的频率，并且它们被多路复用以形成复合信号。多路复用信号在空中传输。

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波分复用（WDM）

多路复用技术

• 波分复用与FDM相同，只是光信号通过光缆传输。
• WDM用于光纤以增加单根光纤的容量。
• 它用于利用光缆的高数据速率能力。
• 它是一种模拟多路复用技术。
• 在多路复用器的帮助下，来自不同光源的光信号被组合以形成更宽的光带。
• 在接收端，解复用器分离信号以将它们发送到它们各自的目的地。
• 通过使用棱镜可以实现多路复用和多路分解。
• 棱镜可以通过组合各种光信号以形成复合信号来执行多路复用器的作用，并且复合信号通过光纤电缆传输。
• 棱镜还执行反向操作，即，对信号进行解复用。

多路复用技术

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时分复用

• 这是一种数字技术。
• 在频分复用技术中，所有信号在不同频率下同时工作，但在时分复用技术的情况下，所有信号在不同时间以相同频率工作。
• 在时分复用技术中，信道中可用的总时间分布在不同的用户之间。因此，为每个用户分配不同的时间间隔，称为发送器要发送数据的时隙。
• 用户控制频道一段固定的时间。
• 在时分复用技术中，数据不是同时传输而是数据是逐个传输的。
• 在TDM中，信号以帧的形式传输。帧包含一个时隙周期，其中每个帧包含一个或多个专用于每个用户的时隙。
• 它可用于复用数字和模拟信号，但主要用于复用数字信号。

有两种类型的TDM：

• 同步TDM
• 异步TDM

同步TDM

• 同步TDM是一种将时隙预先分配给每个设备的技术。
• 在同步TDM中，每个设备都有一些时隙，而不管设备是否包含数据。
• 如果设备没有任何数据，则插槽将保持为空。
• 在同步TDM中，信号以帧的形式发送。时隙以帧的形式组织。如果设备没有特定时隙的数据，则将发送空时隙。
• 最流行的同步TDM是T-1复用，ISDN复用和SONET复用。
• 如果有n个设备，则有n个插槽。

多路复用技术

多路复用技术

在上图中，实现了同步TDM技术。每个设备都分配了一些时隙。无论发送方是否具有要发送的数据，都发送时隙。

同步TDM的缺点：

• 没有充分利用信道的容量，因为也传输没有数据的空时隙。在上图中，第一帧完全填满，但在最后两帧中，一些槽是空的。因此，我们可以说通道的容量没有得到有效利用。
• 传输介质的速度应大于输入线的总速度。同步TDM的另一种方法是异步时分复用。

异步TDM

• 异步TDM也称为统计TDM。
• 异步TDM是一种技术，其中时隙不像在同步TDM的情况下那样是固定的。时隙仅分配给具有要发送数据的设备。因此，我们可以说异步时分多路复用器仅传输来自活动工作站的数据。
• 异步TDM技术动态地为设备分配时隙。
• 在异步TDM中，输入线的总速度可以大于信道的容量。
• 异步时分多路复用器接受输入数据流并创建一个仅包含没有空插槽的数据的帧。
• 在异步TDM中，每个插槽都包含一个标识数据源的地址部分。

多路复用技术

异步TDM的概念

多路复用技术

上图的框架可以表示为：

多路复用技术