复用和复用器

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复用是一种将多条信道组合在一条电路或传输路径上的技术。复用可能出现在软件中,其中多个信息线程被同时传递到设备或进程。比如，传输的语音信号的频谱一般在300~3400Hz内，为了使若干个这种信号能在同一信道上传输，可以把它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不致相互影响，并能在接收端彼此分离开来。

TCP/IP允许一台计算机在一条网络链接上同时复用两条以上的连接。这种情形发生在当用户运行两个不同的程序(例如Web浏览器和电子邮件程序)来访问因特网时,这时,两个程序使用同一条链接访问不同的站点。TCP(或UDP)协议在用户的计算机中为每个应用程序分配一个特定的端口号。端口号和 IP地址一起称为套接字。当在一个系统中同时有多个套接字使用时,该系统就在复用。

分组和信元复用技术在分组交换或信元交换中插入多个用户的传输。　　

如图M-11中所示,目前存在两种主流的多路复用技术。在图M-11a中,FDM(频分复用)将电路频谱分成一个个带区,然后在特定带区上传输每一条信道。在图M-11b中,TDM(时分复用)将电路分成一个个时隙,然后将信道分配到一组中继插槽。

图M-llc显示的是称为“逆向复用”的第三种技术。与将多个信道置于一条线路不同,它将一个或多个信道复用到两个以上的物理电路。附加的线路可能是永久性的,也可能是临时的(为处理通信促发而设置的)。

FDM(频分复用)

FDM是一种宽带模拟传输技术, 信道传输速率为30 kHz。如图M-11a所示,其中的多个信号同时在一条电缆上传输。在早期的电话系统中用到了FDM。其中,每个数据或语音信号被调制到不同频率上的载波上。所有信道都可以作为单信号被扩大、控制，并转换为频带传送至目的地，该技术主要优点在于经济实用。接收终端的接收者隔离复用信号取决于接收频带传送还是拒绝过滤操作，并进行适合于特定波段或波段组调制方式的解调检波过程。相应的类比可以在无线广播中找到。多个电台同时进行传输。为了收听某个特定的台,可以将收音机调到它广播的频率。电路的频率范围再细分成更狭窄的带区,然后每个带区携带不同的传输信号。保护带区将传输子带区分隔开来,这样可将相互干涉减至最少。

在北美洲,为了在具有不同容量的系统上传输信号,AT&T曾使用了一种等级式FDM方案。该等级体系中的基群由12信道组成。该组的带宽为48kHz,所占频率范围从60～lO8kHz。第一个信道所占频率范围从60～64kHz,第二个为64～68kHz,其余依此类推,直到第12信道,它的频率范围为104到lO8kHz。等级体系中的下一级由5个群组成;它们组合在一起,总共携带60条信道(称为超群),频率范围从312～552kHz。体系结构一直延伸到更高的频率,其中的组可包含300、600、900,一直到10800条语音信道。

语音通话要求一条带宽为3000Hz的信道,但一般为每条信道分配4000Hz,这样信道之间有足够的间隔,避免了相互的串音。下面给出了示意图。

WDM(波分复用)是FDM的一种变体,它应用在光缆中。红外范围中的两种以上的波长通过一条光缆传输。请设想频率范围稍许不同的多条红外束。最初的WDM系统可以传输两种或四种不同波长上的信号。这些波长通常称为“lambdas”,它们基本上是光电路,其中每一条都能以OC-48速率　(2.4Gbit/s)传输完全不同的信号。当前的DWDM　(密集WDM)系统中,每条光纤最多可传输100种波长,而在将来的系统中,每条光纤传输的波长可达1000种或更多。

另一种多路复用技术是0FDM(正交频分复用)。由于快速数字信号处理器(DSP)的发展,这种技术近来变得非常流行。数据信号传输时,先分到大量单独的载波上,然后由接收系统对这些独立载波中的消息进行重组。0FDM也称为DMT(离散多音频系统)或MCM(多载波调制)。0FDM是通过无线电波进行大量数字数据传输的FDM调节技术。OFDM把无线信号分为多种小型的子信号，然后在接收器的不同频率中进行同步传输。0FDM是宽带无线系统的重要技术,它帮助消除被称为“多径”的信号反射问题。802.11WLAN和802.16(WiMAX)技术便使用OFDM作为物理层的通讯标准。

TDM(时分复用)

时分复用是指一种通过不同信道或时隙中的交叉位脉冲，同时在同一个通信媒体上传输多个数字化数据、语音和视频信号等的技术。TDM是一种基带技术；如图M-12所示,它将数据或语音的单个的信道存入通信信道传输的一道帧位流中。模拟输入(语音)使用PCM(脉冲代码调制)或其他压缩技术进行数字化。

每条输入信道获取一个连续存入的时间片段,这样所有信道使用传输介质的机会均等。即使某个信道不发送任何信号,仍将时隙分配给它专用并保持时隙为空。虽然这使效率降低,但可以保证每条信道享有它自己数据所需的时隙。

复用方案(如T1)可以还可以处理24条语音信道(4kHz宽)。主干线甚至支持更多的信道。T3主干线可支持28条T1线路。目前,这些干线在运营商的CO(中央办公室)之间使用,使用OC(光纤载波)的光缆主干线技术目前更为普及。OC(光纤载波) 是定义在SONET光信号传输的物理协议系列(OC-1、OC-2、OC-3等)。OC 信号电平把STS帧以各种速率发送到多模光纤线路。其基本速率为51.84Mbps(OC-1)；每个信号电平的速率就是基本速率的整数倍(这样，OC-3的速率为155.52Mbps)。　

T1是最常见的时分复用线路。如图M-13所示,总共有24个重复的时隙,每时隙有8bit。语音信号由编解码器(编码解码器)进行数字化,然后将每条信道中的7bit放在其中一个时隙上。每时隙上的第8bit用于信令。整个帧由24条8bit时隙组成,帧自身使用一个特殊位用于同步。整个帧长度为l93bit.这24条信道中的每一条上的数据速率为64kbit/s,因此T1线路的总速率为1.544Mbit/s。

Tl线路是北美洲数字体系(NADH)的一部分。它最初由AT&T创建,现在用于北美洲和日本。欧洲使用的体系与之相似,只是略有不同。在NADH的术语中,Tl线路是DS-1,而且它由24条DS-0　(64kbit/s)信道组成。被称为DS-3的T3线路由28条Tl线路,也就是672条DS-0信道组成。现在NADH体系已成为SONET的OC (光纤载波)体系的一部分,后者将以“OC (光纤载波)”和“SONET (同步光纤网络)”为题进行描述。

在无线网络中使用的两种相关技术是CDMA(码分多址)和TDMA(时分多址)。这两种技术将在各自的主题中分别讨论。

STDM(统计时分复用)

如上所述,即使信道上没有任何需要发送的信号,时分复用还是为信道分配时隙。这样使用带宽的效率较低。因为可能有的信道负担过重,而其他信道却闲置着。

统计型复用器解决了这个问题,它动态地分配时间槽,提高了线路的使用效率。统计型多路复用器使用处理器和缓冲技术分配时隙。因为缓冲可能加大延迟,所以处理器速度必须足够高,才能保证有效地向时隙分配数据,同时又可以跟得上数据输入的进度。当然,还有其他不同的技术用于提高多路复用器的性能,其中包括压缩技术,它在处理高性能设备的闲置问题中具有实际的用途。

统计时分复用，又称“异步时分多路复用”。异步时分复用或统计时分复用是把公共信道的时隙实行“按需分配”，即只对那些需要传送信息或正在工作的终端才分配给时隙，这样就使所有的时隙都能饱满地得到使用，可以使服务的终端数大于时隙的个数，提高了媒质的利用率，从而起到了“复用”的作用。统计分析，统计复用可比传统的时分复用提高传输交率2-4倍。这种复用的主要特点是动态地分配信道时隙，所以统计复用又可叫做“动态复用”。

复用器配置

复用器(通常所称的MUX)将不同源(如PBX、异步终端或连接到WAN的网桥)中的信号组合起来,然后在数字线路上将那些信号作为单独的数据流进行传输。图M-14演示复用器如何将内部设备连接到一条租用的Tl型电话线。请注意将复用器连接到Tl线路的是CSU/DSU(信道服务单元/数据服务单元)。　　

有关用Tl线路和复用器建立网络连接的更多信息,请参考“TDM网络”。请注意,目前已经开发出一些网络接入新技术,它们成本较低,而且减少了对昂贵的基于载波的TDM线路的需求。它们包括城域以太网络和城域无线系统。请参考“MAN(城域网)”和“网络接入业务”。