多路復用技術-網絡系統

ID:107189 · 發表于 2016-3-5 23:12

在一個網絡系統中，線路容量或者介質帶寬是非常寶貴的資源，必須盡量地提高介質利用率。在一般情況下，網絡系統的介質帶寬要大于傳輸單一信號所需的帶寬。為了有效地利用傳輸系統，可以采用多路復用(Multiplexing) 技術從空間和時間兩個方面來解決多路信號同時復用單一介質問題。多路復用技術主要有兩種：頻分多路復用FDM(Frequency Division Multiplexing)和時分多路復用TDM(Time Division Multiplexing)。

1. FDM
FDM的基本前提是：傳輸介質的可用帶寬要大于多路給定信號所需帶寬的總和。如果將這幾路信號中的每路信號以不同的載波頻率進行調制，則這些信號就可同時在單一介質上傳輸。為了保證各路信號帶寬不相互重疊，各路載波頻率之間應當留有一定的保護間隔。

   在圖中， 6 路信號源輸入到一個多路復用器中，這個多路復用器使用不同的頻率來調制每一路信號，每一路信號具有一定的帶寬，圖中的f1 ~f6分別對應于 6 路信號帶寬，形成6 個信道。為了防止各個信道之間的重疊干擾，相鄰的信道之間要用保護帶隔離開。保護帶是信號帶寬中不用的部分。f1 ~f6以及各個保護帶寬之和要小于或等于傳輸介質的可用帶寬。
例如，假設傳輸介質的可用帶寬為70MHz，每路信號帶寬為10MHz。如果采用FDM同時傳輸6 路信號，則各路信號帶寬分配如下：f1 =0～10MHz，f2 =11～21MHz，f3 =22～32MHz，f4 =33～43MHz，    f5=44～54MHz，f6 =55～65MHz，其中各路信道之間的保護帶寬為1MHz。
   當攜帶多路信號的載波通過傳輸介質傳送到另一端的多路復用器后，再解調(還原)成各個單路信號，輸出到各自對應的輸出線上。
   顯然，FDM是一種并行的多路復用技術，在空間上，將整個信道劃分若干子信道，多路信號利用各個子信道進行同時傳輸，充分利用了傳輸介質的可用帶寬。

2. TDM
TDM的基本前提是：傳輸介質所能支持的位傳輸速率應大于多路數據傳輸所需的位傳輸速率的總和。如果每路信號按時間先后輪流交替地使用單一信道，那么在宏觀上多路數字信號便可以實現同時傳輸。各路信號可以位、字節、塊或幀等為單位交替地使用單一信道。在圖 1.5(b)中，多路復用器有 6 路信號輸入，設每路信號的傳輸速率為10Mb/s，傳輸介質的傳輸帶寬大于60Mb/s，使用TDM技術同時傳輸這 6 路信號。具體的實現方法是：規定傳送一個數據單元所需要的時間為一個時間片，每個輸入端一次傳送一個數據單元，6 個時間片便可將 6 個輸入端輪流輸入一次，這 6 個時間片便構成了一幀(Frame)。在一般情況下，幀長是固定的，即一個幀所擁有的時間片數等于信號輸入的個數。如果在某個時間片內對應的輸入端無數據發送，則在該時間片內填充空信號。可見，6 路信號是平均分配和使用高速傳輸介質的。在TDM中，對應于某一路特定信號的時間片稱為它的信道。

   TDM又分為同步TDM和異步TDM。在同步TDM中，每個時間片是預先分配好的，并且是固定不變的，如果某個時間片所對應的輸入端無數據發送，則該時間片便空閑不用，必然造成信道容量的浪費，并且傳輸介質的傳輸帶寬不能低于各個輸入信號的數據速率之和。圖 1.5(b)所示的TDM是一種同步TDM。
在異步TDM中，每個時間片是按需動態分配的。對于一個給定的輸入端，只有當前有數據要發送時，才分配相應的時間片，如果無數據發送，則不分配時間片。并且傳輸介質的傳輸帶寬只要不低于各路輸入信號的平均數據速率即可，從而提高了傳輸介質的利用率。另外，異步TDM中的時間片與輸入端之間沒有一一對應的關系，任何一個時間片都可以用來傳輸任何一路輸入信號。因此，在所傳輸的數據單元中必須包含有地址信息，以便尋址目的節點。這樣，在每個時間片里會增加一些額外的傳輸開銷。異步TDM又稱為統計TDM(STDM)。
   TDM并不僅僅局限于傳輸數字信號，也可以在時間上交替地傳輸模擬信號。對于模擬信號傳輸，可以將TDM和FDM組合起來使用。一個傳輸系統可先頻分成許多FDM信道，每個信道再按TDM進行時分復用。在有些寬帶局域網中則使用了這種技術。
   從多路復用的角度，傳輸介質與信道是屬于不同范疇的兩個概念，它們之間有聯系又有區別。傳輸介質是指傳送信號的物理實體，而信道則提供了傳送某種信號所需的帶寬，著重體現介質的邏輯功能。一個傳輸介質可能同時提供多個信道，一個信道也可能由多個傳輸介質級聯而成。

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