第4章多路復(fù)用技術(shù)

第3章多路復(fù)用技術(shù)

MultiplexingComputerNetworks

本章講什么

What’saboutThisChapter？

本章學(xué)習(xí)如何充分利用(多路共享)高帶寬長途通道。本章研究：什么是多路復(fù)用技術(shù)?兩種四類常用的多路復(fù)用技術(shù)頻分復(fù)用

(用于模擬信號)頻分復(fù)用(電路適用)波分復(fù)用(光纜適用)時分復(fù)用

(用于數(shù)字信號)同步時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用本章主要內(nèi)容

Contents6.1頻分復(fù)用

Frequency-divisionMultiplexing6.2波分復(fù)用

Wavelength-divisionMultiplexing6.3同步時分復(fù)用

SynchronousTime-divisionMultiplexing6.4統(tǒng)計時分復(fù)用

StatisticalTime-divisionMultiplexing

復(fù)用技術(shù)

MultiplexingTechniques一般來說，正在通信的兩個站點不會完全用盡數(shù)據(jù)鏈路的全部帶寬。“復(fù)用”(multiplexing)就是使一條數(shù)據(jù)鏈路能同時傳輸多路信號的一組技術(shù)。復(fù)用技術(shù)最常用在使用大容量光纖、同軸電纜或微波鏈路的長途通信方面，以及廣域網(wǎng)的主干連接。P105圖6.1復(fù)用與無復(fù)用

Multiplexingvs.NoMultiplexing鏈路和通道（信道）

LinkandChannel在多路復(fù)用技術(shù)中，“鏈路”一詞指的是物理路線?！巴ǖ馈保ㄐ诺溃┮辉~指的鏈路的一部分，它能在一對給定的線路間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。一條鏈路可以有許多(n)條通道。Inmultiplexing,thewordlinkreferstothephysicalpath.Thewordchannelreferstotheportionofalinkthatcarriesatransmissionbetweenagivenpairoflines.Onelinkcanhavemany(n)channels.

在多路復(fù)用技術(shù)中，“鏈路”一詞指的是物理路線?！巴ǖ馈保ㄐ诺溃┮辉~指的鏈路的一部分，它能在一對給定的線路間實現(xiàn)數(shù)據(jù)的傳輸。

一條鏈路可以有許多(n)條通道。

Inmultiplexing,thewordlinkreferstothephysicalpath.Thewordchannel

refers

totheportionofalinkthatcarriesatransmissionbetweenagivenpairoflines.

Onelinkcanhavemany(n)channels.Note復(fù)用技術(shù)種類

CategoriesofMultiplexing異步時分復(fù)用:亦稱統(tǒng)計時分復(fù)用(STDM)P106圖6.23.1頻分復(fù)用

Frequency-divisionMultiplexing頻分復(fù)用

FrequencyDivisionMultiplexingFDM是一種模擬技術(shù)，用于鏈路帶寬大于要傳輸?shù)膸茁沸盘枎捴偷那闆r。每路信號都被調(diào)制到一個不同的載波頻率上，然后組合成一個復(fù)合信號。各載波頻率之間應(yīng)有一定間隔（防護(hù)頻帶），保證各路信號不會重疊。應(yīng)用示例：廣播電臺和有線電視信道分配后，即使沒有數(shù)據(jù)傳送也被占用。頻分復(fù)用示意圖

FrequencyDivisionMultiplexingDiagram頻分復(fù)用：“齊頭并進(jìn)”型復(fù)用FDM：模擬復(fù)用技術(shù)

FDM:AnalogMultiplexingTechnique

如果源端發(fā)送的是數(shù)字信號，復(fù)用前要先轉(zhuǎn)換為模擬信號。頻分復(fù)用是一種模擬多路復(fù)用技術(shù)，用于將多路模擬信號合成為一路復(fù)合信號。FDMisananalogmultiplexingtechniquethatcombinesanalogsignals.Note頻分復(fù)用系統(tǒng)

復(fù)合基帶調(diào)制信號的頻譜

SpectrumofCompositebasebandmodulatingsignalFDM復(fù)用過程時域圖

FDMMultiplexing,TimeDomain復(fù)用器FDM解復(fù)用過程時域圖

FDMDemultiplexing,TimeDomainFDM復(fù)用過程頻域圖

FDM解復(fù)用過程頻域圖

FDMDemultiplexing,FrequencyDomain莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心2009年3月5個通道,帶寬均為100kHz，如果通道間需要10kHz的防護(hù)頻帶，求鏈路的最小帶寬。解：5×100+4×10=540kHz模擬載波系統(tǒng)

AnalogCarrierSystems由美國AT&T公司推出的分級的FDM結(jié)構(gòu)基群12路話音信道(每路4kHz)=48kHz頻譜60kHz～108kHz超群60路話音信道由5個基群信號通過FDM二次調(diào)制形成–超群復(fù)用器主群10個超群組成（600路話音信道）-主群復(fù)用器巨群由６個主群組成模擬載波系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖

AnalogHierarchyP108圖6.9應(yīng)用示例:ADSL

ExampleofFDMApplicationADSL(非對稱數(shù)字用戶線路）利用現(xiàn)有電話線(實際帶寬1.1MHz)實現(xiàn)寬帶網(wǎng)絡(luò)連接非對稱(Asymmetric)的含義下行速率大于上行采用頻分復(fù)用技術(shù)最低的25kHz用于傳統(tǒng)電話話音傳輸使用回聲抵消或FDM技術(shù)來分配兩個頻帶(上行和下行)在頻帶內(nèi)部使用FDM技術(shù)距離可達(dá)5.5千米ADSL信道設(shè)置

ADSLChannelConfiguration離散多音頻(DMT)技術(shù)

DiscreteMultitone在不同頻率使用多個載波信號每路信道上發(fā)送一些比特將有效傳輸頻帶劃分成多個4kHz的子信道先發(fā)送測試信號判斷各子信道的信噪比，按其優(yōu)劣為傳輸質(zhì)量好的信道多分配一些比特，反之少分配一些。256個下行流子信道(每個4kHz子信道可承載60kbps)理論可達(dá)15.36Mbps受傳輸損傷影響實際可達(dá)1.5Mbpsto9MbpsDMT每個信道分配的比特

DTMBitsPerChannelAllocation離散多音頻技術(shù)

DiscreteMultitoneTechnique3.2波分復(fù)用

Wavelength-divisionMultiplexing波分復(fù)用示意圖

Wavelength-divisionMultiplexingDiagram波分復(fù)用：光纖通道上的頻分復(fù)用波分復(fù)用

不同頻率的多路光線在同一光纖上傳輸，即在一根光纖上采用頻分復(fù)用技術(shù)，承載若干不同頻率的光信號。FDM的一種形式。每一種顏色（波長）的光承載一個數(shù)據(jù)信道。波分復(fù)用與分離過程中棱鏡的作用

PrismsinWavelength-divisionMultiplexingandDemultiplexingWDM技術(shù)非常復(fù)雜，原理卻非常簡單：光源的組成與分離由棱鏡完成。P109圖6.11

密集波分復(fù)用(DWDM)

一般認(rèn)為，信道間距大于1nm且信道總數(shù)低于8以下，稱之為WDM系統(tǒng),反之，若波道間距小于1nm且波道總數(shù)大于8，即稱之為DWDM系統(tǒng)。DWDM能夠在同一根光纖中，把不同的波長同時進(jìn)行組合和傳輸。為了保證有效，一根光纖轉(zhuǎn)換為多個虛擬光纖。目前，由于采用了DWDM技術(shù)，單根光纖可以傳輸?shù)臄?shù)據(jù)流量達(dá)到400Gbps以上。鐵通公司已利用DWDM等技術(shù)建成了先進(jìn)的京滬穗環(huán)、東北環(huán)、西北環(huán)、西南環(huán)、東南環(huán)等五個高速傳輸網(wǎng)。Cernet2和中國下一代互聯(lián)網(wǎng)示范工程CNGI也采用DWDM構(gòu)建高速主干網(wǎng)。3.3同步時分復(fù)用

SynchronousTime-DivisionMultiplexing時分復(fù)用示意圖

TimeDivisionMultiplexingTDM:“交替前進(jìn)”型多路復(fù)用同步時分復(fù)用

SynchronousTDMTDM是一種數(shù)字復(fù)用技術(shù)，它將不同源端的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)合并到一個時間共享的鏈路上，適用于媒體數(shù)據(jù)速率容量超過要傳輸?shù)膸茁窋?shù)字信號總速率的情況。幾路數(shù)字信號可以通過交替使用不同的“時隙”(timeslot,亦譯成“時間片”或“時槽”)在一條傳輸線路上傳送。交替可以按位、按字節(jié)塊或大數(shù)據(jù)塊進(jìn)行。時隙被預(yù)先固定分配給每個數(shù)據(jù)源。即使某個數(shù)據(jù)源并沒有數(shù)據(jù)傳送，該時隙也得分配給它。每個數(shù)據(jù)源對應(yīng)的時隙數(shù)量可以是不同的。TDM幀

TDMFrames同步時分復(fù)用

SynchronousTime-divisionMultiplexingTDM：數(shù)字復(fù)用技術(shù)

TDM:Digital

MultiplexingTechnique

如果源端發(fā)送的是模擬信號，復(fù)用前要先轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。時分復(fù)用是一種數(shù)字多路復(fù)用技術(shù)，用于將多個低速通道組合成為一個高速通道。TDMisadigitalmultiplexingtechniqueforcombiningseverallow-rate

channelsintoonehigh-rateone.交替

InterleavingP112圖6.15同步TDM系統(tǒng)同步時分復(fù)用技術(shù)

SynchronousTDM復(fù)用器將不同的輸入交替組合成幀，然后送入傳輸鏈路。傳輸鏈路的容量必須能容納所有的輸入。如果上圖中每路輸入的帶寬是9.6kbps，傳輸鏈路所需總帶寬至少要48kbps。復(fù)用過程

MultiplexingProcess因為將每個時隙分配給特定的輸入線路，如果這些輸入線路沒有全部進(jìn)入工作狀態(tài)，就會出現(xiàn)空閑的時隙。上圖中，只有前三個幀是完全填滿的。而24個時隙中有6個空閑未用，意味著鏈路傳輸能力的四分之一被浪費(fèi)了。分離過程

DemultiplexingProcess莆田學(xué)院現(xiàn)代教育技術(shù)中心2009年3月數(shù)據(jù)速率管理

ManagementofDataRate以上討論是假定所有輸入數(shù)據(jù)的速率都是相同的。當(dāng)輸入數(shù)據(jù)的速率不同時，可用三種策略或這三種策略的組合：多級復(fù)用(multilevelmultiplexing)多時隙分配(multiple-slotallocation)脈沖填充(pulsestuffing)多級復(fù)用

MultilevelMultiplexing當(dāng)一路的數(shù)據(jù)速率是其他幾路數(shù)據(jù)速率的整數(shù)倍時，可采用多級復(fù)用技術(shù)。多時隙復(fù)用

Multiple-slotMultiplexing在一個幀里對某路輸入分配多個時隙。P113圖6.20脈沖填充

PulseStuffing如果某些源輸入的數(shù)據(jù)速率不是其他源輸入數(shù)據(jù)速率的整數(shù)倍，只能采用“脈沖填充”，即：將最高的輸入速率的選作主速率，然后將其他所有低速率的輸入添加虛位。脈沖填充示例

幀同步

FramingTDM技術(shù)應(yīng)用時，復(fù)用器和分離器之間的同步是一個主要問題。最常用的技術(shù)是“附加數(shù)字幀同步法”：在每幀上增加一個控制比特（時隙）這些比特看起來就象增加了一個新信道——“控制信道”?？刂菩诺郎纤玫谋忍匦问綉?yīng)該是可識別的。如使用交替變化的01010101…之類數(shù)據(jù)信道上不可能有這樣的比特形式。將每個信道的輸入位與預(yù)期的同步形式比較，就可以解決同步問題。幀指示位

FramingBits幀指示位（比特）通常由1位構(gòu)成，交替變化為0和1

，使分離器與輸入流同步，以準(zhǔn)確地分離時隙。數(shù)字載波系統(tǒng)

DigitalCarrierSystems一種用于數(shù)字信號傳輸服務(wù)的TDM層次結(jié)構(gòu)。每路數(shù)字話音通道的速率為64kbps(DS-0)。美國分級結(jié)構(gòu)以DS-1格式為基礎(chǔ)復(fù)用了24路話音通道數(shù)據(jù)速率1.544Mbps(24×64kbps＋8kbps開銷)若干DS-1通道進(jìn)行復(fù)用，可達(dá)到更高級別的復(fù)用如DS-2是4個DS-1信道的復(fù)用，可獲得6.312

Mbps的數(shù)據(jù)流。以此類推，形成數(shù)字載波系統(tǒng)的層次結(jié)構(gòu)。數(shù)字載波系統(tǒng)層次結(jié)構(gòu)示意圖

DigitalhierarchyDS服務(wù)和T線路的數(shù)據(jù)速率DS服務(wù)與T線路

DSandTlineT線路是電話公司用于實現(xiàn)DS服務(wù)的數(shù)字電話線路。用于電話線路多路復(fù)用的T-1線路

T-1LineforMultiplexingTelephoneLinesP116圖6.24T-1幀結(jié)構(gòu)

T-1FrameStructureE線路的速率E線路的速率

ELineRatesE線路是歐洲使用的T線路版本，二者概念相同，容量不同。3.4統(tǒng)計時分復(fù)用

StatisticalTime-DivisionMultiplexing統(tǒng)計時分復(fù)用

StatisticalTDM(STDM)同步時分復(fù)用中，一個幀中可能會有許多時隙被白白浪費(fèi)。使用統(tǒng)計TDM時，時隙并未預(yù)先分配給特定的數(shù)據(jù)源，而是按需進(jìn)行動態(tài)分配。用戶數(shù)據(jù)先進(jìn)入緩存，然后被盡快地通過可用的時隙傳送出去。對統(tǒng)計復(fù)用器而言，存在n條輸入線路，但TDM幀中只有k(k<n)個時隙可用。所以復(fù)用線路上的數(shù)據(jù)率小于各輸入線路數(shù)據(jù)率的總和。在輸入端，復(fù)用器掃描輸入緩存區(qū)，搜集數(shù)據(jù)，直到一個幀被填滿，然后發(fā)送這個幀。在輸出端，復(fù)用器接收一個幀，然后將各時隙中的數(shù)據(jù)分發(fā)給相應(yīng)的輸出緩存區(qū)。兩種TDM時隙比較

TDMSlotComparisonP117圖6.26異步（統(tǒng)計）時分復(fù)用

AsynchronousTDMa.只有三條輸入線路發(fā)送數(shù)據(jù)幀和地址

FramesandAddresses