第第5章章 多路复用技术多路复用技术5.1 多路复用概述多路复用概述5.2 频分多路复用（频分多路复用（FDM）5.3 时分多路复用（时分多路复用（TDM）5.4 统计时分复用（统计时分复用（STDM）5.5 T1与与E1线路线路5.6 光波分复用光波分复用5.1 多路复用概述多路复用概述为了更有效的利用传输系统，人们希为了更有效的利用传输系统，人们希望通过同时携带多个信号来高效地使用传望通过同时携带多个信号来高效地使用传输介质，这就是所谓的输介质，这就是所谓的多路复用多路复用（Multiplexing）。）。多路复用意示图如图多路复用意示图如图5-1所示。图中的复用器（又称为所示。图中的复用器（又称为MUX）的的作用是将多条线路的信号集合在一起，并作用是将多条线路的信号集合在一起，并用一条线路来传送。用一条线路来传送。图5-1 复用与分路5.2 频分多路复用频分多路复用（FDM）频分多路复用（频分多路复用（FDM）是将可用的传是将可用的传输频率范围分为多个较细的频带，每个细输频率范围分为多个较细的频带，每个细分的频带作为一个独立的信道分别分配给分的频带作为一个独立的信道分别分配给用户形成数据传输子通路。用户形成数据传输子通路。5 5.2 2.11FDMFDM的基本原理的基本原理图图5-3给出了频分多路复用的原理图。给出了频分多路复用的原理图。多路（以多路（以n路为例）模拟信号经过路为例）模拟信号经过FDM复复用过程到达同一传输介质上。用过程到达同一传输介质上。图图5-3 频分多路复用原理图频分多路复用原理图5.2.25.2.2FDMFDM处理过程处理过程FDM系统最常见的应用就是电话系统。系统最常见的应用就是电话系统。下面以话音信号为例，说明下面以话音信号为例，说明FDM的复用和的复用和解复用过程。解复用过程。1复用过程复用过程频分多路复用是一个模拟过程，多用频分多路复用是一个模拟过程，多用于模拟信号的传输。于模拟信号的传输。2解复用过程解复用过程解复用过程是复用过程的逆过程。解解复用过程是复用过程的逆过程。解复用器采用滤波器将复合信号分解成各个复用器采用滤波器将复合信号分解成各个独立信号。独立信号。5 5.2.32.3对对FDMFDM的性能评价的性能评价FDM的优点在于系统效率较高，充分的优点在于系统效率较高，充分利用了传输介质的带宽；另外，由于技术利用了传输介质的带宽；另外，由于技术比较成熟，实现起来较容易。比较成熟，实现起来较容易。5.3 时分多路复用时分多路复用（TDM）时分多路复用（时分多路复用（TDM）技术是以信道技术是以信道传输时间作为分隔对象，通过为多个信道传输时间作为分隔对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用。复用。时分多路复用是以时间作为信号分隔时分多路复用是以时间作为信号分隔的参量，即信号在时间位置上分开，但它的参量，即信号在时间位置上分开，但它们所占用的频带是重叠的。们所占用的频带是重叠的。5 5.3.1.1TDMTDM原理及特点原理及特点1原理原理抽样定理为时分多路复用提供了理论抽样定理为时分多路复用提供了理论依据，因为抽样定理使得在时间上离散的依据，因为抽样定理使得在时间上离散的抽样脉冲值代替基带信号成为可能，这样抽样脉冲值代替基带信号成为可能，这样当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了空隙。之间就留出了空隙。2特点特点TDM的工作特点如下。的工作特点如下。 通信双方是按照预先指定的时间通信双方是按照预先指定的时间片进行数据传输的，而且这种时间关系是片进行数据传输的，而且这种时间关系是固定不变的；固定不变的； 就某一瞬时来看，公用信道上传就某一瞬时来看，公用信道上传送的仅是某一对设备之间的信号，但就某送的仅是某一对设备之间的信号，但就某一段时间而言，公用信道则传送着按时间一段时间而言，公用信道则传送着按时间分割的多路复用信号。分割的多路复用信号。 与与FDM相比相比TDM更适合于传输数更适合于传输数字信号。字信号。5 5.3.23.2TDMTDM的基本概念的基本概念1帧帧TDM传送信号时，将通信时间分成一传送信号时，将通信时间分成一定长度的帧，每一帧又被分成若干时间片，定长度的帧，每一帧又被分成若干时间片，一帧正是由时间片的完整循环组成的。一帧正是由时间片的完整循环组成的。2交织交织可以把同步时分复用器想像成高速旋可以把同步时分复用器想像成高速旋转的开关。当开关移动到设备前该设备就转的开关。当开关移动到设备前该设备就有机会向公共通路传输规定大小的数据。有机会向公共通路传输规定大小的数据。开关以固定速率和固定的顺序在设备间移开关以固定速率和固定的顺序在设备间移动。这个过程叫做动。这个过程叫做交织交织。3帧定位比特帧定位比特因为在因为在TDM系统中，每一帧内时间片系统中，每一帧内时间片的顺序固定不便，所以每一帧不需要很大的顺序固定不便，所以每一帧不需要很大的额外开销。的额外开销。4比特填充比特填充在设计同步时分复用器时，遇到的最在设计同步时分复用器时，遇到的最困难的问题可能就是需要同步不同的数据困难的问题可能就是需要同步不同的数据源。源。5 5.3.33.3TDMTDM数据复用方式数据复用方式1比特交织法比特交织法比特交织技术主要用于同步的数据源，比特交织技术主要用于同步的数据源，它的每个时间片仅含有一个比特。它的每个时间片仅含有一个比特。2字符交织法字符交织法字符交织法以一个字符为单位进行复字符交织法以一个字符为单位进行复用，图用，图5-10示出了它的基本原理图。示出了它的基本原理图。图图5-10 字符交错法时分多路复用字符交错法时分多路复用3码组交织法码组交织法第三种方式为码组交织法。这种方式第三种方式为码组交织法。这种方式按某一码元长度（若干比特）为单位进行按某一码元长度（若干比特）为单位进行复用，即在每个时间片取出某支路的一个复用，即在每个时间片取出某支路的一个码字。码字。5.4 统计时分复用统计时分复用（STDM）5 5.4.11STDMSTDM的概念的概念统计时分复用统计时分复用STDM，又称智能时分又称智能时分复用复用ITDM，它采用动态地分配集合信道它采用动态地分配集合信道的时隙，只给那些确实要传送数据的终端的时隙，只给那些确实要传送数据的终端分配一个时隙，使它们建立数据链路。分配一个时隙，使它们建立数据链路。5 5.4.22STDMSTDM原理原理5 5.4.3.3STDMSTDM的两种复用方法的两种复用方法STDM也可以分为字符交织型和比特也可以分为字符交织型和比特交织型两种。交织型两种。1字符交织字符交织STDM图图5-12所示为字符交织所示为字符交织STDM原理图。原理图。来自低速信道的数据，经压缩编码后送到来自低速信道的数据，经压缩编码后送到数据缓存器。数据缓存器。图图5-12 字符交织字符交织STDM原理图原理图2比特交织比特交织STDM在比特交织在比特交织STDM中，比特时隙只分中，比特时隙只分配给那些正在工作的用户。配给那些正在工作的用户。图图5-15所示为虚拟信道传送标志的结所示为虚拟信道传送标志的结构示意图。构示意图。图图5-15 虚拟信道传送标志的结构图虚拟信道传送标志的结构图5.5 T1与与E1线路线路5 5.5.1.1T1T1线路线路图图5-16所示为所示为T1线路系统框图。线路系统框图。T1线线路能够将路能够将24条语音话路复用成一条高速数条语音话路复用成一条高速数据电路。因为每条话路（样本）以每秒据电路。因为每条话路（样本）以每秒8000次的速率采样，而每个样本被编制成次的速率采样，而每个样本被编制成8bit码，所以一条话路的传输速率是码，所以一条话路的传输速率是8000样样本本/秒秒 8bit/样本样本=64kbit/s。直到直到80年代初期，年代初期，T1线路还只局限于线路还只局限于由电信运营商使用。而在此之后，它们的由电信运营商使用。而在此之后，它们的使用对象就扩展到了各种商业组织。使用对象就扩展到了各种商业组织。如图如图5-17所示为一家公司使用所示为一家公司使用T1复用复用器的实例。器的实例。图图5-17 一个典型的一个典型的T1复用器的应用实例复用器的应用实例T1复用器以单级复用器以单级NRZ的格式处理数据，的格式处理数据，虽然这种数据格式在计算机系统、电子设虽然这种数据格式在计算机系统、电子设备以及在数据终端（备以及在数据终端（DTE）与数据传输设与数据传输设备（备（DCE）接口中被广泛应用，但是对于接口中被广泛应用，但是对于T1设备的传输，它并不十分适用。设备的传输，它并不十分适用。大多数大多数T1复用器都要将单极性码转换复用器都要将单极性码转换为双极性为双极性AMI码。码。5 5.5.22E1E1线路线路由于国家和地区的不同，各个国家和由于国家和地区的不同，各个国家和地区复用标准也存在许多差异。地区复用标准也存在许多差异。T1复用系复用系列是北美和日本的标准，而北美和日本在列是北美和日本的标准，而北美和日本在T3以上又不相同。以上又不相同。1帧同步时隙（时隙帧同步时隙（时隙0）在每帧的时隙在每帧的时隙0位置所传送的信息是位置所传送的信息是不同的，分为偶帧和奇帧两种情况。不同的，分为偶帧和奇帧两种情况。2信令与复帧同步时隙（时隙信令与复帧同步时隙（时隙16）为了完成各种控制作用，每一路话音为了完成各种控制作用，每一路话音信号都有相应的信令信号，即要传信令信号。信号都有相应的信令信号，即要传信令信号。16个帧合起来称为一个复帧（个帧合起来称为一个复帧（F0F15）。）。为了保证收端、发端各路信令码在时间为了保证收端、发端各路信令码在时间上对准，每个复帧需要送出一个复帧同步码，上对准，每个复帧需要送出一个复帧同步码，以保证复帧得到同步。以保证复帧得到同步。5.6 光波分复用光波分复用目前，频分多路复用技术在光纤通道目前，频分多路复用技术在光纤通道上的应用提出了一种新的更有效的方法，上的应用提出了一种新的更有效的方法，即波分多路复用（即波分多路复用（WDM）。）。它实际上是它实际上是FDM的一个变种。在的一个变种。在WDM中两根工作波中两根工作波长不同的光纤连到一个棱柱或衍射光栅，长不同的光纤连到一个棱柱或衍射光栅，合成到一根共享的光纤上，传送到远方的合成到一根共享的光纤上，传送到远方的目的地，然后，再将它们分解开来。目的地，然后，再将它们分解开来。