什么是复用？

多路复用是一种将多个数据流组合并通过单一介质发送的技术。组合数据流的过程称为多路复用，用于多路复用的硬件称为多路复用器。

多路复用是通过使用一种称为多路复用器（MUX）的设备实现的，它将n个输入线组合成一个输出线。多路复用遵循多对一，即n个输入线和一个输出线。

解多路复用是通过使用接收端可用的称为解多路复用器（DEMUX）的设备实现的。DEMUX将信号分离成其组成信号（一个输入和n个输出）。因此，我们可以说解多路复用遵循一对多方法。

为什么要进行多路复用？

• 传输介质用于将信号从发送方发送到接收方。介质一次只能承载一个信号。
• 如果有多个信号共享一个介质，则必须将介质分成若干部分，使每个信号获得可用带宽的一部分。例如：如果有10个信号，介质的带宽是100个单位，那么每个信号共享10个单位。
• 当多个信号共享公共介质时，可能会发生冲突。多路复用概念用于避免此类冲突。
• 传输服务非常昂贵。

复用的历史

• 多路复用技术广泛应用于电信领域，其中若干电话通过单根电线传输。
• 多路复用起源于19世纪70年代早期的电报技术，现在广泛应用于通信领域。
• George Owen Squier于1910年开发了电话载波多路复用。

多路复用概念

• “n”个输入线通过多路复用器传输，多路复用器将信号组合成一个复合信号。
• 复合信号通过解多路复用器，解多路复用器将信号分离成组成信号并将其传输到各自的目的地。

多路复用的优点

• 通过单一介质可以发送不止一个信号。
• 可以有效地利用介质的带宽。

多路复用技术

多路复用技术可分为

频分多路复用 (FDM)

• 它是一种模拟技术。
• 频分多路复用是一种将单一传输介质的可用带宽细分为多个通道的技术。

• 在上图中，单一传输介质被细分为多个频率通道，每个频率通道分配给不同的设备。设备1的频率通道范围为1到5。
• 输入信号通过调制技术转换为频带，并通过多路复用器组合成复合信号。
• FDM的主要目的是将可用带宽细分为不同的频率通道，并将其分配给不同的设备。
• 使用调制技术，输入信号被传输到频带中，然后组合形成复合信号。
• 用于调制信号的载波称为副载波。它们表示为f1、f2...fn。
• FDM主要用于广播和电视网络。

FDM的优点

• FDM用于模拟信号。
• FDM过程非常简单且易于调制。
• 大量信号可以通过FDM同时发送。
• 它不需要发送方和接收方之间的任何同步。

FDM的缺点

• FDM技术仅在需要低速通道时使用。
• 它存在串扰问题。
• 需要大量的调制器。
• 它需要高带宽通道。

FDM的应用

• FDM通常用于电视网络。
• 它用于FM和AM广播。每个FM广播电台都有不同的频率，它们被多路复用形成复合信号。多路复用信号在空气中传输。

波分复用 (WDM)

• 波分复用与FDM相同，不同之处在于光信号通过光纤电缆传输。
• WDM用于光纤以增加单根光纤的容量。
• 它用于利用光纤电缆的高数据速率能力。
• 它是一种模拟多路复用技术。
• 来自不同光源的光信号通过多路复用器组合形成更宽的光带。
• 在接收端，解多路复用器将信号分离并传输到各自的目的地。
• 多路复用和解多路复用可以通过使用棱镜来实现。
• 棱镜可以作为多路复用器，将各种光信号组合成复合信号，复合信号通过光纤电缆传输。
• 棱镜还执行反向操作，即解多路复用信号。

时分复用

• 它是一种数字技术。
• 在频分多路复用技术中，所有信号在同一时间以不同频率运行，但在时分多路复用技术中，所有信号以相同频率在不同时间运行。
• 在时分多路复用技术中，通道中可用的总时间分配给不同的用户。因此，每个用户都被分配了不同的时间间隔，称为时隙，发送方在此时间间隔内发送数据。
• 用户在固定的时间量内控制通道。
• 在时分多路复用技术中，数据不是同时传输的，而是逐一传输的。
• 在TDM中，信号以帧的形式传输。帧包含一个时隙循环，其中每个帧包含一个或多个专门用于每个用户的时隙。
• 它可用于多路复用数字和模拟信号，但主要用于多路复用数字信号。

TDM有两种类型

• 同步 TDM
• 异步TDM

同步 TDM

• 同步TDM是一种将时隙预先分配给每个设备的技术。
• 在同步TDM中，每个设备都被赋予一些时隙，而不管该设备是否包含数据。
• 如果设备没有任何数据，则时隙将保持为空。
• 在同步TDM中，信号以帧的形式发送。时隙以帧的形式组织。如果设备在特定时隙没有数据，则将传输空时隙。
• 最流行的同步TDM是T-1多路复用、ISDN多路复用和SONET多路复用。
• 如果有n个设备，那么就有n个时隙。

同步TDM的概念

在上图中，实现了同步TDM技术。每个设备都被分配了一些时隙。无论发送方是否有数据要发送，时隙都将被传输。

同步TDM的缺点

• 由于空槽也传输，其中没有数据，因此通道的容量未充分利用。在上图中，第一个帧已完全填充，但在最后两个帧中，一些槽是空的。因此，我们可以说通道的容量没有得到有效利用。
• 传输介质的速度应大于输入线的总速度。同步TDM的替代方法是异步时分多路复用。

异步TDM

• 异步TDM也称为统计TDM。
• 异步TDM是一种技术，其中时隙不像同步TDM那样是固定的。时隙仅分配给那些有数据要发送的设备。因此，我们可以说异步时分多路复用器只传输来自活动工作站的数据。
• 异步TDM技术动态地将时隙分配给设备。
• 在异步TDM中，输入线的总速度可以大于通道的容量。
• 异步时分多路复用器接受传入数据流并创建一个仅包含数据且没有空槽的帧。
• 在异步TDM中，每个槽包含一个地址部分，用于识别数据的来源。

• 异步TDM和同步TDM的区别在于，同步TDM中的许多槽未被利用，但异步TDM中的槽被充分利用。这导致更小的传输时间，并有效利用通道的容量。
• 在同步TDM中，如果有n个发送设备，那么就有n个时隙。在异步TDM中，如果有n个发送设备，那么就有m个时隙，其中m小于n（m<n）。
• 帧中的槽数取决于输入线数量的统计分析。

异步TDM的概念

在上图中，有4个设备，但只有两个设备（A和C）正在发送数据。因此，只有A和C的数据通过传输线传输。

上图的帧可以表示为

上图显示数据部分包含用于确定数据来源的地址。