多路复用技术(攻略篇)
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多路复用技术
Multiplexing
本章学习如何充分利用(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
频分复用 Frequency-division Multiplexing
交替 Interleaving
P112 图6.15
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
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
复用技术
Multiplexing Techniques
频分复用：“齐头并进”型复用
FDM：模拟复用技术 FDM: Analog Multiplexing Technique
Note
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.
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。
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)
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
ADSL信道设置
ADSL Channel Configuration
波分复用 Wavelength-division Multiplexing
波分复用示意图
波分复用与分离过程中棱镜的作用 Prisms in Wavelength-division Multiplexing and Demultiplexing
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。
P109 图6.11
密集波分复用(DWDM) Dense Wavelength Division Multiplexing
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
例
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。
Note
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。
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
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。
P114 图6. 21
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…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。
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。
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
• 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。
同步时分复用
Synchronous Time-Division Multiplexing
时分复用示意图
Time Division Multiplexing
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
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。
复用与无复用
Multiplexing vs. No Multiplexing
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)
频分复用 Frequency-division Multiplexing
频分复用
Frequency Division Multiplexing
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
交替可以按位、按字节块或大数据块进行。 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
复用了 24 路话音通道 数据速率1.544 Mbps (24×64 kbps ＋ 8 kbps 开销) 若干DS-1通道进行复用，可达到更高级别的复用 如DS-2是4个DS-1信道的复用，可获得6.312
Mbps的数据流。 以此类推，形成数字载波系统的层次结构。
数字载波系统层次结构示意图 Digital hierarchy
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。
链路和通道（信道） Link and Channel
N在o多t路e 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。
在一条多链路路复可以用有技许多术(n中)条，通道“。链路”一词指的是物理路 线In 。mu“ltipl通exin道g,”the（wo信rd 道link）ref一ers词to指the的ph链ysi路cal的pat一h. T部he分wo，rd 它 能在cha一nn对el r给efe定rs 的线路间实现数据的传输。 to 一the条por链tion路of可a l以ink有tha许t ca多rrie(sna)t条ran通sm道iss。ion between a given
DS服务与T线路
DS and T line
DS服务和 T 线路的数据速率
T线路是电话公司用于实现DS服务的数字电话线路。
帧指示位
Framing Bits
帧指示位（比特）通常由1位构成，交替变化为 0 和 1 ，使分离器与输入流同步，以准确地分 离时隙。
数字载波系统
Digital Carrier Systems
一种用于数字信号传输服务的TDM层次结构。 每路数字话音通道的速率为64 kbps (DS -0)。 美国分级结构以 DS-1格式为基础
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
Wavelength-division Multiplexing Diagram
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。
pair of lines.
OnIenlinmk cualntihpavlee xmiannyg(,nt) hcheanwneolsr.d link refers to the physical path. The word channel refers to the portion of a link that carries a transmission between a given pair of lines.
Multiplexing Process
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。上来自百度文库中，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
Multiplexing
本章学习如何充分利用(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
频分复用 Frequency-division Multiplexing
交替 Interleaving
P112 图6.15
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
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
复用技术
Multiplexing Techniques
频分复用：“齐头并进”型复用
FDM：模拟复用技术 FDM: Analog Multiplexing Technique
Note
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.
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。
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)
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
ADSL信道设置
ADSL Channel Configuration
波分复用 Wavelength-division Multiplexing
波分复用示意图
波分复用与分离过程中棱镜的作用 Prisms in Wavelength-division Multiplexing and Demultiplexing
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。
P109 图6.11
密集波分复用(DWDM) Dense Wavelength Division Multiplexing
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
例
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。
Note
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。
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
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。
P114 图6. 21
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…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。
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。
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
• 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。
同步时分复用
Synchronous Time-Division Multiplexing
时分复用示意图
Time Division Multiplexing
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
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。
复用与无复用
Multiplexing vs. No Multiplexing
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)
频分复用 Frequency-division Multiplexing
频分复用
Frequency Division Multiplexing
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
交替可以按位、按字节块或大数据块进行。 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
复用了 24 路话音通道 数据速率1.544 Mbps (24×64 kbps ＋ 8 kbps 开销) 若干DS-1通道进行复用，可达到更高级别的复用 如DS-2是4个DS-1信道的复用，可获得6.312
Mbps的数据流。 以此类推，形成数字载波系统的层次结构。
数字载波系统层次结构示意图 Digital hierarchy
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。
链路和通道（信道） Link and Channel
N在o多t路e 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。
在一条多链路路复可以用有技许多术(n中)条，通道“。链路”一词指的是物理路 线In 。mu“ltipl通exin道g,”the（wo信rd 道link）ref一ers词to指the的ph链ysi路cal的pat一h. T部he分wo，rd 它 能在cha一nn对el r给efe定rs 的线路间实现数据的传输。 to 一the条por链tion路of可a l以ink有tha许t ca多rrie(sna)t条ran通sm道iss。ion between a given
DS服务与T线路
DS and T line
DS服务和 T 线路的数据速率
T线路是电话公司用于实现DS服务的数字电话线路。
帧指示位
Framing Bits
帧指示位（比特）通常由1位构成，交替变化为 0 和 1 ，使分离器与输入流同步，以准确地分 离时隙。
数字载波系统
Digital Carrier Systems
一种用于数字信号传输服务的TDM层次结构。 每路数字话音通道的速率为64 kbps (DS -0)。 美国分级结构以 DS-1格式为基础
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
Wavelength-division Multiplexing Diagram
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。
pair of lines.
OnIenlinmk cualntihpavlee xmiannyg(,nt) hcheanwneolsr.d link refers to the physical path. The word channel refers to the portion of a link that carries a transmission between a given pair of lines.
Multiplexing Process
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。上来自百度文库中，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