$2.2.4 多路復(fù)用技術(shù)
在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,傳輸媒體的帶寬或容量往往超過(guò)傳輸單一信號(hào)的需求,為了有效地利用通信線路,希望一個(gè)信道同時(shí)傳輸多路信號(hào),這就是所謂的多路復(fù)用技術(shù)(MultiplexiI1g)。采用多路復(fù)用技術(shù)能把多個(gè)信號(hào)組合起來(lái)在一條物理信道上進(jìn)行傳輸,在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可大大節(jié)省電纜的安裝和維護(hù)費(fèi)用。頻分多路復(fù)用FDM (Frequency Division Multiplexing)和時(shí)分多路復(fù)用IBM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。
1.頻分多路復(fù)用FDM
在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下,可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同(或略寬)的子信道,每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào),這就是頻分多路復(fù)用。多路原始信號(hào)在頻分復(fù)用前,先要通過(guò)頻譜搬移技術(shù)將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上,也即使信號(hào)的帶寬不相互重疊,這可以通過(guò)采用不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。頻分多路復(fù)用FDM的一個(gè)示例見(jiàn)圖2.12(a),其中8個(gè)信號(hào)源輸入到一個(gè)多路復(fù)用器中,該多路復(fù)用器用不同的頻率(f1~f8)調(diào)制每一個(gè)信號(hào),每個(gè)信號(hào)需要一個(gè)以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止相互干擾,使用保護(hù)帶來(lái)隔離每一個(gè)通道,保護(hù)帶是一些不使用的頻譜區(qū)。
2.時(shí)分多路復(fù)用TDM
若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過(guò)傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率,則可采用時(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù),也即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用,而不像FDM那樣,同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)。這樣,利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。這種交叉可以是位一級(jí)的,也可以是由字節(jié)組成的塊或更大的信息組進(jìn)行交叉。如圖2.12(b)中的多路復(fù)用器有8個(gè)輸入,每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)速率假設(shè)為9.616ps,那么一條容量達(dá)76.8kbps的線路就可容納8個(gè)信號(hào)源。該圖描述的時(shí)分多路復(fù)用四M方案,也稱同步(Synchronous)時(shí)分多路復(fù)用TDM,它的時(shí)間片是預(yù)先分配好的,而且是固定不變的,因此各種信號(hào)源的傳輸定時(shí)是同步的。與此相反,異步時(shí)分多路復(fù)用1DM允許動(dòng)態(tài)地分配傳輸媒體的時(shí)間片。
時(shí)分多路復(fù)用TDM不僅僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào),也可以同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。另外,對(duì)于模擬信號(hào),有時(shí)可以把時(shí)分多路復(fù)用和頻分多路復(fù)用技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用。一個(gè)傳輸系統(tǒng),可以頻分成許多條子通道,每條子通道再利用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)來(lái)細(xì)分。在寬帶局域網(wǎng)絡(luò)中可以使用這種混合技術(shù)。
Bell系統(tǒng)的T1載波利用脈碼調(diào)制PCM和時(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù),使24路采樣聲音信號(hào)復(fù)用一個(gè)通道,其幀結(jié)構(gòu)如圖2.13所示。24路信道各自輪流將編碼后的8位數(shù)字信號(hào)組成幀,其中7位是編碼的數(shù)據(jù),第8位是控制信號(hào)。每幀除了24×8=192位之外,另加一位幀同步位。這樣,一幀中就包含有193位,每一幀用125us時(shí)間傳送,因此T1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mbps。
CCITT建議了一種2.048Mbps速率的PCM載波標(biāo)準(zhǔn),稱為E1載波(歐洲標(biāo)準(zhǔn))。它的每一幀開(kāi)始處有8位作同步用,中間有8位用作信令,再組織30路8位數(shù)據(jù),全幀含256位,每一幀也用125us傳送,可計(jì)算出數(shù)據(jù)傳輸速率為256位/125us=2.048Mbps。
在數(shù)據(jù)通信系統(tǒng)或計(jì)算機(jī)網(wǎng)絡(luò)系統(tǒng)中,傳輸媒體的帶寬或容量往往超過(guò)傳輸單一信號(hào)的需求,為了有效地利用通信線路,希望一個(gè)信道同時(shí)傳輸多路信號(hào),這就是所謂的多路復(fù)用技術(shù)(MultiplexiI1g)。采用多路復(fù)用技術(shù)能把多個(gè)信號(hào)組合起來(lái)在一條物理信道上進(jìn)行傳輸,在遠(yuǎn)距離傳輸時(shí)可大大節(jié)省電纜的安裝和維護(hù)費(fèi)用。頻分多路復(fù)用FDM (Frequency Division Multiplexing)和時(shí)分多路復(fù)用IBM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。
1.頻分多路復(fù)用FDM
在物理信道的可用帶寬超過(guò)單個(gè)原始信號(hào)所需帶寬情況下,可將該物理信道的總帶寬分割成若干個(gè)與傳輸單個(gè)信號(hào)帶寬相同(或略寬)的子信道,每個(gè)子信道傳輸一路信號(hào),這就是頻分多路復(fù)用。多路原始信號(hào)在頻分復(fù)用前,先要通過(guò)頻譜搬移技術(shù)將各路信號(hào)的頻譜搬移到物理信道頻譜的不同段上,也即使信號(hào)的帶寬不相互重疊,這可以通過(guò)采用不同的載波頻率進(jìn)行調(diào)制來(lái)實(shí)現(xiàn)。頻分多路復(fù)用FDM的一個(gè)示例見(jiàn)圖2.12(a),其中8個(gè)信號(hào)源輸入到一個(gè)多路復(fù)用器中,該多路復(fù)用器用不同的頻率(f1~f8)調(diào)制每一個(gè)信號(hào),每個(gè)信號(hào)需要一個(gè)以它的載波頻率為中心的一定帶寬的通道。為了防止相互干擾,使用保護(hù)帶來(lái)隔離每一個(gè)通道,保護(hù)帶是一些不使用的頻譜區(qū)。
2.時(shí)分多路復(fù)用TDM
若媒體能達(dá)到的位傳輸速率超過(guò)傳輸數(shù)據(jù)所需的數(shù)據(jù)傳輸速率,則可采用時(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù),也即將一條物理信道按時(shí)間分成若干個(gè)時(shí)間片輪流地分配給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)占用,而不像FDM那樣,同一時(shí)間同時(shí)發(fā)送多路信號(hào)。這樣,利用每個(gè)信號(hào)在時(shí)間上的交叉,就可以在一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。這種交叉可以是位一級(jí)的,也可以是由字節(jié)組成的塊或更大的信息組進(jìn)行交叉。如圖2.12(b)中的多路復(fù)用器有8個(gè)輸入,每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)速率假設(shè)為9.616ps,那么一條容量達(dá)76.8kbps的線路就可容納8個(gè)信號(hào)源。該圖描述的時(shí)分多路復(fù)用四M方案,也稱同步(Synchronous)時(shí)分多路復(fù)用TDM,它的時(shí)間片是預(yù)先分配好的,而且是固定不變的,因此各種信號(hào)源的傳輸定時(shí)是同步的。與此相反,異步時(shí)分多路復(fù)用1DM允許動(dòng)態(tài)地分配傳輸媒體的時(shí)間片。
時(shí)分多路復(fù)用TDM不僅僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào),也可以同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。另外,對(duì)于模擬信號(hào),有時(shí)可以把時(shí)分多路復(fù)用和頻分多路復(fù)用技術(shù)結(jié)合起來(lái)使用。一個(gè)傳輸系統(tǒng),可以頻分成許多條子通道,每條子通道再利用時(shí)分多路復(fù)用技術(shù)來(lái)細(xì)分。在寬帶局域網(wǎng)絡(luò)中可以使用這種混合技術(shù)。
Bell系統(tǒng)的T1載波利用脈碼調(diào)制PCM和時(shí)分多路復(fù)用TDM技術(shù),使24路采樣聲音信號(hào)復(fù)用一個(gè)通道,其幀結(jié)構(gòu)如圖2.13所示。24路信道各自輪流將編碼后的8位數(shù)字信號(hào)組成幀,其中7位是編碼的數(shù)據(jù),第8位是控制信號(hào)。每幀除了24×8=192位之外,另加一位幀同步位。這樣,一幀中就包含有193位,每一幀用125us時(shí)間傳送,因此T1系統(tǒng)的數(shù)據(jù)傳輸速率為1.544Mbps。
CCITT建議了一種2.048Mbps速率的PCM載波標(biāo)準(zhǔn),稱為E1載波(歐洲標(biāo)準(zhǔn))。它的每一幀開(kāi)始處有8位作同步用,中間有8位用作信令,再組織30路8位數(shù)據(jù),全幀含256位,每一幀也用125us傳送,可計(jì)算出數(shù)據(jù)傳輸速率為256位/125us=2.048Mbps。