多路复用技术——实现高效数据传输的利器

多路复用是指在数据传输系统中，允许两个(或多个)数据源共享同一传输介质，就像每个数据源都有自己的信道一样。多路复用将若干个彼此无关的信号合并成一个复合信号后，在共用的信道上进行传输，再在信号接收端将收到的复合信号分离，然后发送给每个输出端。在长途通信中，一些高容量的铜轴电缆、地面微波、卫星设施和光缆，其可传输的频率带宽很宽，为了高效合理地利用资源，通常采用多路复用技术，使多路数据信号共同使用同一条线路进行传输。多路复用技术原理示意如图1-6-8 所示。

图1-6-8　多路复用技术原理示意

在图1-6-8 中，多路复用器将来自多条输入线路的多路数据进行组合、调制成一路复用数据，并将此数据信号送上高容量的数据信道。多路译码器的作用是将收到的复用数据还原成多路数据，并将它们送到适当的输出线路。多路复用器和多路译码器统称多路器(MUX)。在实际应用中，信道的两端都有多路器，因为通信是两个方向的。

只要带宽允许，那么在已有的高速线路上采用多路复用技术，就可以省去安装新线路的大笔费用，因而现今的公用交换电话网普遍使用这种技术来提高线路的使用效率。另外，多路复用技术也可以把一个高带宽信号分接到几个低速线路上同时传输，然后在接收端合成为原来的高带宽信号。

多路复用技术主要采用4 种复用技术: 频分多路复用(Frequency Division Multiplexing，FDM)；时分多路复用(Time Division Multiplexing，TDM)；波分多路复用(Wavelength Division Multiplexing，WDM)；码分多路复用(Code Division Multiplexing，CDM)。

1.频分多路复用

频分多路复用是指在一条传输介质上使用多个频率不同的模拟信号进行多路传输。这些载波可以进行多种调制，如ASK、FSK、PSK 以及它们的组合。每个载波信号形成一个子信道，各个子信道的中心频率不重和，子信道中间留有一定宽度的隔离带(或称为保护带)，如图1-6-9 所示。

图1-6-9　频分多路复用技术原理示意(www.xing528.com)

频分多路复用技术适用于模拟信号，并且传输介质的可用带宽必须大于各路给定信号所需带宽的总和。在实际通信中，物理信道的“可用带宽”往往大于单个给定信号的带宽。多路复用技术是公用电话网中传输语音信息常用的电话线复用技术，它也常被用在宽带计算机网络中。若在电话系统中应用频分多路复用技术，则传输的每路语音信号的频谱范围一般为300 ～3000 Hz，仅占用一根传输线的可用总带宽的一部分。通常，双绞电缆的可用带宽是100 kHz，因此在同一对双绞线上可采用频分多路复用技术传输多达24 路电话信号。

2.时分多路复用

时分多路复用是指将物理信道按时间分成时间片，轮流分配给多个信源来使用公共线路。如图1-6-10 所示，只要各路数据传输时在时间上能区分开，那么一条信道就有可能传输多路数据。当一条传输信道的最高可用传输速率超过欲传输的各路传输速率之总和时，就有可能使这些数据在这条信道上使用时分多路复用传输。为了实现时分多路复用，可将各路数据分段压缩在一系列等宽的时隙内，通过复合电路将它们按序复合在一起，然后发送到通信线路上进行传输。在目的端，采用其定时脉冲分别对准各路时隙序列进行定时扫描电路，即可将各路数据分离。

图1-6-10　时分多路复用技术原理示意

3.波分多路复用

波分多路复用实际上就是光的频分复用。由于光的频率非常高，因此人们习惯用波长表示所使用的光的载波。波分多路复用可以在一根光纤上传输多路信号。如果按照目前的单模光纤的传输速率2.5 Gbps，假设在一根光缆上传输8 路信号，那么复用后的光纤传输率可以达到20 Gbps。现在一根光纤上传输速率已经可以达到10 Gbps，而且在一根光纤上可以同时传输80 路光信号。这种波分复用方式称为密集波分复用。若光纤所使用光波的波长为1310 nm，则经8 路复用器对光波进行调制后，可以变换到1550 ～1557 nm，每个光波相隔约1 nm，这8 路光载波可以在一根光纤中传输。在传输过程中，通过光纤放大器进行中继后，传输距离可以达到600 km。光载波传输到达目的点后，用分用器进行解调后即可获得原来的信号。

4.码分多路复用

根据码型结构的不同来实现信号分割的多路复用称为码分多路复用，或称为码分多址多路复用(Code Division Multiplexing Access，CDMA)。在CDMA 通信系统中，每个用户可以在同一时间使用同样的频带进行通信。由于各用户使用经过特殊挑选的不同码型，因此各用户之间不会造成干扰。码分多路复用技术最初用于军事通信，因为这种系统发送的信号有很强的抗干扰能力，其频谱类似于白噪声，不易被敌人发现。随着技术的进步，CDMA 设备的价格大幅下降，体积也越来越小巧，因而现在已广泛应用在民用移动通信中，特别是无线局域网中。