Lecture-5多路复用技术

莆田学院现代教育技术中心 2009年3月

5个通道,带宽均为100 kHz，如果通道间需要10 kHz的 防护频带，求链路的最小带宽。
解：5 × 100 + 4 × 10 = 540 kHz
模拟载波系统
Analog Carrier Systems
由美国AT&T公司推出的分级的FDM结构 基群 12 路话音信道 (每路4kHz) = 48 kHz 频谱 60kHz ～108 kHz 超群 60 路话音信道 由5个基群信号通过FDM二次调制形成 – 超群复用器 主群 10 个超群组成（600路话音信道）- 主群复用器 巨群 由６个主群组成
Computer Networks
多路复用技术
Multiplexing
What’s about This Chapter？
学习如何充分利用(多路共享)高带宽长途通道。 本章研究： 什么是多路复用技术? 两种四类常用的多路复用技术 频分复用 (用于模拟信号) • 频分复用 (电路适用) • 波分复用 (光缆适用) 时分复用 (用于数字信号) • 同步时分复用 • 统计时分复用
交替 Interleaving
同步TDM系统
同步时分复用技术
Synchronous TDM

复用器将不同的输入交替组合成帧，然后送入传输链路。 传输链路的容量必须能容纳所有的输入。如果上图中每路输 入的带宽是9.6 kbps，传输链路所需总带宽至少要48 kbps。
复用过程
Multiplexing Process

多级复用
Multilevel Multiplexing

当一路的数据速率是其他几路数据速率的整数 倍时，可采用多级复用技术。
多时隙复用
Multiple-slot Multiplexing

在一个帧里对某路输入分配多个时隙。
脉冲填充
Pulse Stuffing

如果某些源输入的数据速率不是其他源输入数 据速率的整数倍，只能采用“脉冲填充”，即： 将最高的输入速率的选作主速率，然后将其他 所有低速率的输入添加虚位。

ADSL信道设置
ADSL Channel Configuration
离散多音频(DMT)技术
Discrete Multitone




在不同频率使用多个载波信号 每路信道上发送一些比特 将有效传输频带划分成多个4 kHz的子信道 先发送测试信号判断各子信道的信噪比，按其优劣 为传输质量好的信道多分配一些比特，反之少分配 一些。 256 个下行流子信道 (每个4 kHz子信道可承载60 kbps) 理论可达15.36 Mbps 受传输损伤影响实际可达1.5 Mbps to 9 Mbps
脉冲填充示例
Example of Pulse Stuffing
帧同步 Framing

TDM技术应用时，复用器和分离器之间的同步是一个主 要问题。 最常用的技术是“附加数字帧同步法”： 在每帧上增加一个控制比特（时隙） 这些比特看起来就象增加了一个新信道——―控 制信道”。 控制信道上所用的比特形式应该是可识别的。 如使用交替变化的01010101„之类数据信道上不可 能有这样的比特形式。 将每个信道的输入位与预期的同步形式比较，就可 以解决同步问题。
复用技术
Multiplexing Techniques

一般来说，正在通信的两个站点不会完全用尽数据链路的 全部带宽。 “复用”(multiplexing) 就是使一条数据链路能同时传输 多路信号的一组技术。 复用技术最常用在使用大容量光纤、同轴电缆或微波链路 的长途通信方面，以及广域网的主干连接。
频分复用：“齐头并进”型复用
wenku.baidu.com
FDM：模拟复用技术 FDM: Analog Multiplexing Technique
频分复用是一种模拟多路复用技术，用于将 多路模拟信号合成为一路复合信号。 FDM is an analog multiplexing technique that combines analog signals.
FDM复用过程频域图 FDM Multiplexing, Frequency Domain
FDM解复用过程频域图 FDM Demultiplexing, Frequency Domain
ASK/FSK信号的 FDM (1)
复用过程
数字信号的FDM——先数模转换后频谱搬迁
ASK/FSK信号的 FDM (2)
时分复用是一种数字多路复用技术，用于将 多个低速通道组合成为一个高速通道。 TDM is a digital multiplexing technique for combining several low-rate channels into one high-rate one.

如果源端发送的是模拟信号，复用前要先转换 为数字信号。
复用与无复用
Multiplexing vs. No Multiplexing
链路和通道（信道） Link and Channel
在多路复用技术中，“链路”一词指的是物理路线。“通道”（信道） 一词指的链路的一部分，它能在一对给定的线路间实现数据的传输。 一条链路可以有许多(n)条通道。 在多路复用技术中，“链路”一词指的是物理路 In multiplexing, the word link refers to the physical path. The word 线。“通道”（信道）一词指的链路的一部分，它 channel refers 能在一对给定的线路间实现数据的传输。 to the portion of a link that carries a transmission between a given 一条链路可以有许多 (n)条通道。 pair of lines. In multiplexing, the word link refers to the One link can have many (n) channels.
主要内容 Contents 频分复用 Frequency-division Multiplexing 波分复用 Wavelength-division Multiplexing 同步时分复用 Synchronous Time-division Multiplexing
统计时分复用 Statistical Time-division Multiplexing

WDM技术非常复杂，原理却非常简单： 光源的组成与分离由棱镜完成。
密集波分复用(DWDM) Dense Wavelength Division Multiplexing
一般认为，信道间距大于1 nm且信道总数低于8以下， 称之为WDM系统, 反之，若波道间距小于1 nm且波道 总数大于8，即称之为DWDM系统。 DWDM能够在同一根光纤中，把不同的波长同时进行 组合和传输。为了保证有效，一根光纤转换为多个虚 拟光纤。目前，由于采用了DWDM技术，单根光纤可 以传输的数据流量达到400 Gbps以上。
Time Division Multiplexing
TDM:“交替前进”型多路复用
同步时分复用
Synchronous TDM

TDM是一种数字复用技术，它将不同源端的数字数据合 并到一个时间共享的链路上，适用于媒体数据速率容量 超过要传输的几路数字信号总速率的情况。 几路数字信号可以通过交替使用不同的“时隙”(time slot, 亦译成“时间片”或“时槽”)在一条传输线路上 传送。 交替可以按位、按字节块或大数据块进行。

模拟载波系统层次结构示意图 Analog Hierarchy
应用示例: ADSL
Example of FDM Application
ADSL (非对称数字用户线路）
利用现有电话线(实际带宽1.1 MHz)实现宽带网络连接 非对称 (Asymmetric)的含义 下行速率大于上行 采用频分复用技术 最低的25 kHz 用于传统电话话音传输 使用回声抵消或FDM技术来分配两个频带(上行和下 行) 在频带内部使用FDM技术 距离可达 5.5千米




时隙被预先固定分配给每个数据源。
即使某个数据源并没有数据传送，该时隙也得分配给它。 每个数据源对应的时隙数量可以是不同的。
TDM帧 TDM Frames
同步时分复用
Synchronous Time-division Multiplexing
TDM：数字复用技术 TDM: Digital Multiplexing Technique
波分复用：光纤通道上的频分复用
波分复用
Wavelength Division Multiplexing

不同频率的多路光线在同一光纤上传输，即在一根光纤 上采用频分复用技术，承载若干不同频率的光信号。 FDM的一种形式。 每一种颜色（波长）的光承载一个数据信道。
波分复用与分离过程中棱镜的作用 Prisms in Wavelength-division Multiplexing and Demultiplexing
DMT每个信道分配的比特
DTM Bits Per Channel Allocation
离散多音频技术 Discrete Multitone Technique
6.2 波分复用 Wavelength-division Multiplexing
波分复用示意图
Wavelength-division Multiplexing Diagram
数据速率管理 Management of Data Rate
以上讨论是假定所有输入数据的速率都是 相同的。 当输入数据的速率不同时，可用三种策略 或这三种策略的组合：

多级复用(multilevel multiplexing) 多时隙分配(multiple-slot allocation) 脉冲填充(pulse stuffing)

每路信号都被调制到一个不同的载波频率上， 然后组合成一个复合信号。
各载波频率之间应有一定间隔（防护频带）， 保证各路信号不会重叠。 应用示例：广播电台和有线电视


信道分配后，即使没有数据传送也被占用。
频分复用示意图
Frequency Division Multiplexing Diagram

因为将每个时隙分配给特定的输入线路，如果这些输入线路 没有全部进入工作状态，就会出现空闲的时隙。上图中，只 有前三个帧是完全填满的。而24个时隙中有6个空闲未用， 意味着链路传输能力的四分之一被浪费了。
分离过程
Demultiplexing Process
莆田学院现代教育技术中心 2009年3月

• 铁通公司已利用DWDM等技术建成了 先进的京沪穗环、东北环、西北环、西 南环、东南环等五个高速传输网。 • Cernet 2和中国下一代互联网示范工程 CNGI也采用DWDM构建高速主干网。
6.3 同步时分复用
Synchronous Time-Division Multiplexing
时分复用示意图

如果源端发送的是数字信号，复用前要先转换 为模拟信号。
频分复用系统
FDM System
复合基带调制信号的频谱
Spectrum of Composite baseband modulating signal
FDM复用过程时域图 FDM Multiplexing, Time Domain
复用器
FDM解复用过程时域图 FDM Demultiplexing, Time Domain
physical path. The word channel refers to the portion of a link that carries a transmission between a given pair of lines. One link can have many (n) channels.
复用技术种类
Categories of Multiplexing
异步时分复用: 亦称统计时分复用(STDM)
6.1 频分复用 Frequency-division Multiplexing
频分复用
Frequency Division Multiplexing

FDM是一种模拟技术，用于链路带宽大于要传 输的几路信号带宽之和的情况。