多路复用技术

2.5 多路复用技术

2.5.1 频分多路复用

在物理信道能提供比单个原始信号宽得多的带宽的情况下，我们就可将该物理信道的总 带宽分割成若干个和传输的单个信号带宽相同（或略为宽一点）的子信道，每一个子信道传 输一路信号。这即频分多路复用FDM（Frequency Division Multiplexing）。多路的原始信号在频分复用前，首先要通过频谱搬移技术，将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，这可以通过频率调制时采用不同的载波来实现。图2.17给出了3路话频原始信号频分多路复用一带宽为12KHz（从60KHz～72KHz）的物理信道的示意图。

图2.17  频分多路复用FDM

2.5.2 时分多路复用

1. 时分多路复用原理

时分多路复用TDM（Time Division Multiplexing）是将一条物理线路按时间分成一个个的时间片，每个时间片常称为一帧（Frame）, 每帧长125μs, 再分为若干时隙，轮换地为多个信号所使用。每一个时隙由一个信号（也即一个用户）占用，也即在占有的时隙内，该信号使用通信线路的全部带宽，而不像FDM那样，同一时间同时发送多路信号。时隙的大小可以按一次传送一位、一个字节或一个固定大小的数据块所需的时间来确定（见2.4.1小节）。从性质上来说，时分多路复用特别适合于数字信号的场合。通过时分多路复用，多路低速数字信号可复用二条高速的信道。例如，数据速率为48Kbps的信道可为5条9600bps 速率的信号时分多路复用，也可为20条速率为2400bps的信号时分多路复用。

2. 同步时分多路复用和异步时分复用

（1）同步时分多路复用

同步时分多路复用是指时分方案中的时隙是预先分配好的，时隙与数据源是一一对应的，不管某一个数据源有无数据要发送，对应的时隙都是属于它的。或者说各数据的传输定时是同步的。在接受端，根据时隙的序号来分辨是那一路数据，以确定各时隙上的数据应当送往那一台主机。如图2.18所示，数据源A、B、C、D按时间先后顺序分别占用被时分复用的信道。

图2.18  同步时分多路复用

（2）异步时分多路复用

异步时分多路复用是指各时隙与数据源无对应关系，系统可以按照需要动态为各路信号分配时隙，各时隙与数据源无对应关系。为使数据传输顺利进行，所传送的数据中需要携带供接收端辨认的地址信息，因此异步时分复用也成为标记时分复用技术。如图2.19所示，数据源A、B、D被分别标记了相应的地址信息。高速交换中的异步传输模式ATM就是采用这种技术来提高信道利用率的。http://www.woaidiannao.com

图2.19  异步时分多路复用

2.5.3 光波分多路复用

1. 基本原理

光波分多路复用WDM（ Wavelength Division Multiplexing）技术是在一根光纤中能同时传播多个光波信号的技术。光波分多路复用的原理如图2.20所示，在发送端将不同波长的光信号组合起来，复用到一根光纤上，在接受端又将组合的光信号分开（解复用），并送入不同的终端。

图2.20  光波分多路复用单纤传输

2. 光波分多路复用系统原理

简单地说，光波分多路复用是将一条单纤转换为多条“虚纤”，每条虚纤工作在不同的波长上。光波分多路复用系统有3种基本结构：光多路复用单纤传输系统、光双向单纤传输系统、光分路插入传输系统。

（1）光多路复用单纤传输系统

光多路复用单纤传输系统如图2.21所示。在这种系统中，发送端将不同波长的已调光信号λ1，λ2，…，λn通过复用器（Multiplexer）组合在一起，在一条光纤中单向传输；接收端使用解复用器（Demultiplexer）将不同波长的信号分开，从而完成信号传输的任务。图中T（Tranfer）为光发送器，R（Receptor）为光接收器，M为光波分复用器，D为光波分解复用器。

图2.21  光多路复用单纤传输系统结构图

（2）光双向单纤传输系统

光双向单纤传输系统如图2.22所示。在这种系统中，用一条光纤实现两个方向信号同时传输，因而也称为单纤全双工通信系统。实现这种系统的关键思想是两端都需要一组复用/解复用器MD。

图2.22  光双向单纤传输系统结构图

（3）光分路插入传输系统

光分路插入传输系统如图2.23示。在这种系统中，两端都需要一组复用/解复用器MD，复用器将光信号λ3，λ4插接到光纤中，解复用器将光信号λ1，λ2从光纤信号中分接出来，通过不同波长光信号的合流与分流实现信息的上、下通路。计算机基础

图2.23 光分路插入传输系统结构图

3. DWDM系统的关键设备

在DWDM系统中使用的主要设备有DWDM激光器、光波复用器、光接收器和光放大器等。

（1）DWDM激光器

几乎所有的DWDM系统都工作在1550nm的低耗波长区。这样，当信号沿光纤传输时，光传输工好笑，能保证尽可能大的传输距离和更好的信号完整性。为此，要选用1550nm波段的高分辨率或窄带激光器。

（2）光波复用器

光波分复用器是DWDM系统中最关键的设备。从原理上说，光复用器是双向可逆的，将一个光复用器的输入和输出调换过来，就是解复用器。

（3）光接收器

光接收器负责检测进入的光波信号，并将它转换为一种适当的电信号，以便接收设备处理。

（4）光放大器

光放大器用来提升光信号，补偿由于长距离传输而导致光信号的功耗和衰减。

2.5.4 频分多路复用、时分多路复用和光波分多路复用的比较

（1）频分多路复用：按频率分割，在同一时刻能同时存在并传输多路信号，每路信号的频带不同。

（2）时分多路复用：按时间分割，每一时隙内只有一路信号存在，多路信号分时轮换地在信道内传输。

（3）光波分多路复用：按波长分割，在同一时刻能同时存在并传送多路信号，每路信号的波长不同，其实质也是频分多路复用。