多路復(fù)用技術(shù)-網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)

ID:107189 · 發(fā)表于 2016-3-5 23:12

在一個網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中，線路容量或者介質(zhì)帶寬是非常寶貴的資源，必須盡量地提高介質(zhì)利用率。在一般情況下，網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)的介質(zhì)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(tǒng)，可以采用多路復(fù)用(Multiplexing) 技術(shù)從空間和時間兩個方面來解決多路信號同時復(fù)用單一介質(zhì)問題。多路復(fù)用技術(shù)主要有兩種：頻分多路復(fù)用FDM(Frequency Division Multiplexing)和時分多路復(fù)用TDM(Time Division Multiplexing)。

1. FDM
FDM的基本前提是：傳輸介質(zhì)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(diào)制，則這些信號就可同時在單一介質(zhì)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(yīng)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(fù)用器中，這個多路復(fù)用器使用不同的頻率來調(diào)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(yīng)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(zhì)的可用帶寬。
例如，假設(shè)傳輸介質(zhì)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(zhì)傳送到另一端的多路復(fù)用器后，再解調(diào)(還原)成各個單路信號，輸出到各自對應(yīng)的輸出線上。
   顯然，F(xiàn)DM是一種并行的多路復(fù)用技術(shù)，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(zhì)的可用帶寬。

2. TDM
TDM的基本前提是：傳輸介質(zhì)所能支持的位傳輸速率應(yīng)大于多路數(shù)據(jù)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(shù)字信號便可以實現(xiàn)同時傳輸。各路信號可以位、字節(jié)、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(fù)用器有 6 路信號輸入，設(shè)每路信號的傳輸速率為10Mb/s，傳輸介質(zhì)的傳輸帶寬大于60Mb/s，使用TDM技術(shù)同時傳輸這 6 路信號。具體的實現(xiàn)方法是：規(guī)定傳送一個數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(gòu)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(shù)等于信號輸入的個數(shù)。如果在某個時間片內(nèi)對應(yīng)的輸入端無數(shù)據(jù)發(fā)送，則在該時間片內(nèi)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(zhì)的。在TDM中，對應(yīng)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(yù)先分配好的，并且是固定不變的，如果某個時間片所對應(yīng)的輸入端無數(shù)據(jù)發(fā)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(zhì)的傳輸帶寬不能低于各個輸入信號的數(shù)據(jù)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(tài)分配的。對于一個給定的輸入端，只有當前有數(shù)據(jù)要發(fā)送時，才分配相應(yīng)的時間片，如果無數(shù)據(jù)發(fā)送，則不分配時間片。并且傳輸介質(zhì)的傳輸帶寬只要不低于各路輸入信號的平均數(shù)據(jù)速率即可，從而提高了傳輸介質(zhì)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(yīng)的關(guān)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?shù)臄?shù)據(jù)單元中必須包含有地址信息，以便尋址目的節(jié)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(tǒng)計TDM(STDM)。
   TDM并不僅僅局限于傳輸數(shù)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(tǒng)可先頻分成許多FDM信道，每個信道再按TDM進行時分復(fù)用。在有些寬帶局域網(wǎng)中則使用了這種技術(shù)。
   從多路復(fù)用的角度，傳輸介質(zhì)與信道是屬于不同范疇的兩個概念，它們之間有聯(lián)系又有區(qū)別。傳輸介質(zhì)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(xiàn)介質(zhì)的邏輯功能。一個傳輸介質(zhì)可能同時提供多個信道，一個信道也可能由多個傳輸介質(zhì)級聯(lián)而成。

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