网工基础知识：多路复用技术详解
网工基础知识：多路复用技术详解
学习网络工程师基础理论知识：多路复用技术（内含频分多路复用、波分多路复用、时分多路复用、码分多路复用的工作原理和应用场景及优缺点）
一、多路复用技术的概述
1、多路复用技术的概念
多路复用技术是指在发送端将多路信号组合成一路信号，然后在一条专用的物理信道上实现传输，接收端再将复合信号分离出来。多路复用也叫信道复用。
2、多路复用技术的目的
多路复用的目的：是使得多路信号能够在同一线路上进行传输，最大限度地利用信道资源。
3、多路复用技术的分类
多路复用技术主要有4种方式：
- 频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）
- 波分多路复用（Wave-length Division Multiplexing，WDM）
- 时分多路复用（Time Division Multiple xing，TDM）
- 码分多路复用（Code Division Multiplexing，CDM）
二、各类复用技术的特性
1、频分多路复用（FDM）
1.1 工作原理
频分多路复用：多路信号在频率位置上分开，但同时在一个信道内传输；频分复用信号在频谱上不会重叠，但在时间上是重叠的。
1.2 应用场景
频分多路复用：适用于传输模拟信号；常应用于宽带有线电视、无线广播、ADSL、无线局域网。
1.3 优缺点
优点：技术实现简单，适用于模拟信号传输；每个用户分配固定的频带，稳定性好。
缺点：频带利用率较低，因为每个频段之间需要保护带宽；难以支持高速数据传输，因为模拟信号的抗干扰能力较差。
2、波分多路复用（WDM）
2.1 工作原理
波分多路复用：将整个波长频带划分为若干个波长范围，每路信号占用一个波长范围进行传输，实现多路复用的技术；即在同一根光纤中传输多个不同波长的光信号，每个波长承载一路电信号，通过不同的波长来区分不同的信号来实现多路信号的并行传输；本质上也属于特殊的频分多路复用。
2.2 应用场景
波分多路复用：主要应用于光纤通信领域。
1.3 优缺点
优点：带宽利用率高，传输效率高；灵活性高、系统易于升级和扩展，成本较低。
缺点：技术实现较为复杂，需要精确控制和管理多个波长的光信号；设备成本较高，需要使用到高质量的波分复用器和解复用器设备。
3、时分多路复用（TDM）
3.1 工作原理
时分多路复用：是将一条线路的传输时间分成若干个时隙（Time Slot，又称为时间片），按一定的次序轮流给各路信号源使用，即每路信号占用一个时隙（时间片），时间片结束后，切换到下一个时间片，继续传输下一个信号源的数据。
3.2 应用场景
时分多路复用：主要用于数字信道的多路复用。
3.3 优缺点
优点：高效利用信道资源，通过时间上的交错，可以在同一物理信道上传输多路信号；能实现同步检测，在接收端通过定时脉冲可以准确地分离出各个时间片内的信号。
缺点：对同步要求高，需要精确的时钟同步，以确保各个时间片的准确分配；资源利用率不高，存在部分时间片空闲情况，信道资源利用率不高。
3.4 常见分类
根据时间片的分配方法：分为同步时分多路复用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM） 和异步时分多路复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）两种类型。
3.4.1 同步时分多路复用
工作原理：是一种在固定时间间隔内，每个信号源按照预定的顺序依次传输的技术。
主要特点：是固定时隙的时分复用，使无数据传输的各子信道轮流按时间独占带宽。
应用场景：适用于传输速率稳定且可预测的信号；E1、T1、SDH/SONET、DDN、PON下行。
3.4.2 异步时分多路复用
工作原理：仅在某路信号有数据要发送时，才为其分配时隙，即动态为每路信号按需分配时隙，因此，不会造成时隙资源的浪费，提高了信道的利用率，也叫统计时分多路复用。
主要特点：是对同步时分复用的改进，通过动态分配时隙来进行数据传输。
应用场景：适用于传输速率变化较大的信号，ATM。
4、码分多路复用（CDM）
4.1 工作原理
码分多路复用：是一种扩频多址数字通信技术，即利用与待传输数据（信息）无关的码对被传输信号进行频谱扩展，使传输信息所用的带宽远大于信息本身的带宽；本质是是一种利用各路信号码型结构正交性实现多路复用的通信方式；也叫码分多址（Code Division Multiple Access，CDMA）。
4.2 应用场景
码分多路复用：主要用于无线通信系统。
4.3 优缺点
优点：报编辑码分多路复用通信系统抗窄频带干扰能力强，保密性强，各路的连接、变换较灵活。
缺点：电路较复杂并需有精度高的同步系统。