信道复用技术有哪些（新手必看）
信道多路复用技术是把多个低速信道组合成一个高速信道的技术，它可以有效提高数据链路的利用率，从而使一条高速的主干链路同时为多条低速的接入链路提供服务，即网络干线可以同时运载大量的语音和数据。
信道多路复用技术是人们为了充分利用传输介质，研究出的在一条物理线路上建立多个通信信道的技术。信道多路复用技术的实质是，将一个区域的多个用户数据通过多路复用器进行汇集，然后将汇集后的数据通过一条物理线路进行传输，多路复用器再对数据进行分离，将其分发到多个用户。
信道多路复用技术通常分为频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）技术、时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）技术、波分复用（Wave-Division Multiplexing，WDM）技术和码分复用（Code-Division Multiplexing，CDM）技术。
图 1 频分多路复用技术的工作原理
频分多路复用技术的主要特点如下：信号被划分成若干通道（频道、波段），每个通道互不重叠，能独立进行数据传输，每个载波信号形成一个不重叠、相互隔离（不连续）的频带，接收端通过带通滤波器来分离信号。频分多路复用技术在无线电广播和电视领域中的应用较多。
非对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）是数字用户线路服务中最流行的一种，ADSL 也是一个典型的频分多路复用技术的应用。ADSL 应用频分多路复用技术，在公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network，PSTN）使用的双绞线上划分出 3 个频段：
时分多路复用技术则以信道传输的时间作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用，因此时分多路复用更适合用于数字信号的传输。
时分多路复用技术的工作原理如下，将信道用于传输的时间划分为若干个时间片，给每个用户分配一个或几个时间片，使不同信号在不同时间段内传输，在用户占有的时间片内，用户使用信道的全部带宽来传输数据，如下图所示。
图 2 时分多路复用技术的工作原理
时分多路复用技术可细分为同步时分多路复用（Synchronization Time Division Multiplexing，STDM）技术和异步时分多路复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）技术两种。
图 3 同步时分多路复用技术的工作原理
这时，有大量数据要发送的信道又会由于没有足够多的时隙可利用而要花费很长一段等待时间，从而降低了线路的利用效率。
同步时分多路复用技术的优点是控制简单，易于实现；缺点是无论输入端是否传输数据，都占用相应的时隙，若某个时隙对应的装置无数据发送，则该时隙空闲不用，这会造成信道资源的浪费。
为了克服同步时分多路复用技术的缺点，引入了异步时分多路复用技术。
因此，每个用户分配的时隙宽度及顺序都不是固定的，而是随用户要求传输的数据量变化而变化。异步时分多路复用技术是目前计算机网络中应用广泛的多路复用技术。
异步时分多路复用技术是同步时分多路复用技术的改进版，提高了线路的利用率。
异步时分多路复用技术允许动态地按需分配使用时隙，以避免出现空闲的时隙，即在输入端有数据要发送时才分配时隙，当用户暂停发送数据时不为其分配时隙。同时，异步时分多路复用技术的时隙顺序与输入端之间没有一一对应的关系，任何一个时隙都可以被用于传输任意一路输入信号。例如，A、B、C、D 路信号有数据传输时会依次占用时隙，如下图所示。
图 4 异步时分多路复用技术的工作原理
另外，在异步时分多路复用过程中，每路信号可以通过多占用时隙来获得更高的传输速率。采用这种方式时，传输速率可以高于平均速率，最高速率可实现线路总的容量带宽，即用户占用所有的时隙。
例如，线路总的传输速率为 64kbit/s，4 个用户共用此线路，在同步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率为多少？在异步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率又为多少？
在同步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率为 16kbit/s；在异步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率可达 64kbit/s。请读者自行思考以上两个结果的计算过程。
波分复用技术用同一根光纤传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力。这样做是因为光通信的光源在光通信的“窗口”中只占用了很小的一部分，还有很大的范围没有利用。
如果将一系列载有信息的不同波长的光载波，在光领域内以至几百纳米的波长间隔合在一起沿单根光纤传输，接收器再用一定的方法将各个不同波长的光载波分开，如在光纤的工作窗口中安排 100 个波长不同的光源，同时在一根光纤上传输各自携带的信息，则能使光纤通信系统的容量提高为原来的 100 倍。
波分复用技术一般将波长分割复用器和解复用器（也称为合波/分波器）分别置于光纤两端，实现不同光波长信号的耦合与分离，这两个器件的原理是相同的。波分复用技术的工作原理如下图所示：
图 5 波分复用技术的工作原理
将信号 1、信号 2、信号 3 连接到三棱柱上，每路信号处于不同的波段，3 束信号通过棱柱/衍射光栅合成到一根共享光纤上，待传输到目的地后，将它们用同样的方法分离。
码分复用技术的特征是每个用户有特定的地址码，而地址码之间相互具有正交性，因此各用户信息的发射信号在频率、时间和空间上都可能重叠，从而使有限的频率资源得到利用。
码分复用技术是在扩频技术上发展起来的无线通信技术，即将需要传输的具有一定信号带宽的信息数据，通过一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端也使用完全相同的伪随机码，对接收的带宽信号做相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号（这一过程被称为解扩），以实现信息通信。
码分复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。它不仅可以提高通信的语音质量和数据传输的可靠性并减少干扰对通信的影响，还可以增大通信系统的容量。笔记本电脑或智能手机等移动设备的联网通信就使用了这种技术。
信道多路复用技术是人们为了充分利用传输介质，研究出的在一条物理线路上建立多个通信信道的技术。信道多路复用技术的实质是，将一个区域的多个用户数据通过多路复用器进行汇集，然后将汇集后的数据通过一条物理线路进行传输，多路复用器再对数据进行分离，将其分发到多个用户。
信道多路复用技术通常分为频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）技术、时分多路复用（Time Division Multiplexing，TDM）技术、波分复用（Wave-Division Multiplexing，WDM）技术和码分复用（Code-Division Multiplexing，CDM）技术。
频分多路复用技术
频分多路复用技术的工作原理是，在物理信道的可用带宽超过单个原始信号所需带宽的情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道，每个子信道传输一路信号，如下图所示。图 1 频分多路复用技术的工作原理
频分多路复用技术的主要特点如下：信号被划分成若干通道（频道、波段），每个通道互不重叠，能独立进行数据传输，每个载波信号形成一个不重叠、相互隔离（不连续）的频带，接收端通过带通滤波器来分离信号。频分多路复用技术在无线电广播和电视领域中的应用较多。
非对称数字用户线（Asymmetric Digital Subscriber Line，ADSL）是数字用户线路服务中最流行的一种，ADSL 也是一个典型的频分多路复用技术的应用。ADSL 应用频分多路复用技术，在公共交换电话网络（Public Switched Telephone Network，PSTN）使用的双绞线上划分出 3 个频段：
- 0~4kHz 用来传输传统的语音信号；
- 20~50kHz 用来传输计算机上下载的数据信息；
- 150~500kHz 或 140~1100kHz 用来传输从服务器上下载的数据信息。
时分多路复用技术
频分多路复用技术以信道频带作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的频率范围的方法来实现多路复用，因而更适合用于模拟信号的传输。时分多路复用技术则以信道传输的时间作为分割对象，通过为多个信道分配互不重叠的时间片的方法来实现多路复用，因此时分多路复用更适合用于数字信号的传输。
时分多路复用技术的工作原理如下，将信道用于传输的时间划分为若干个时间片，给每个用户分配一个或几个时间片，使不同信号在不同时间段内传输，在用户占有的时间片内，用户使用信道的全部带宽来传输数据，如下图所示。
图 2 时分多路复用技术的工作原理
时分多路复用技术可细分为同步时分多路复用（Synchronization Time Division Multiplexing，STDM）技术和异步时分多路复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）技术两种。
1) 同步时分多路复用技术
同步时分多路复用技术按照信号的路数划分时隙，每一路信号具有相同大小的时隙且预先被指定，类似于“对号入座”。时隙轮流分配给每路信号，每路信号在时隙使用完毕以后要停止通信，并把信道让给下一路信号使用。当其他各路信号把分配到的时隙都使用完以后，该路信号再次取得时隙进行数据传输。其工作原理如下图所示：图 3 同步时分多路复用技术的工作原理
- 发送第 1 帧时，A 路信号和 D 路信号占用了 2 个时隙，B 路信号和 C 路信号没有数据传输，故空闲 2 个时隙；
- 发送第 2 帧时，只有 C 路信号有数据传输，占用 1 个时隙，空闲 3 个时隙，按此往复。
这时，有大量数据要发送的信道又会由于没有足够多的时隙可利用而要花费很长一段等待时间，从而降低了线路的利用效率。
同步时分多路复用技术的优点是控制简单，易于实现；缺点是无论输入端是否传输数据，都占用相应的时隙，若某个时隙对应的装置无数据发送，则该时隙空闲不用，这会造成信道资源的浪费。
为了克服同步时分多路复用技术的缺点，引入了异步时分多路复用技术。
2) 异步时分多路复用技术
异步时分多路复用技术，也叫作统计时分多路复用（Statistical Time Division Multiplexing）技术。它动态地“按需分配”时隙，即只要用户有传输数据的需求就为其分配时隙：- 当用户需要传输的数据量较大时，可以分配给它较大的时隙；
- 当用户需要传输的数据量较小时，就分配给它较小的时隙；
- 如果用户没有数据需要传输，则可以不分配时隙给它。
因此，每个用户分配的时隙宽度及顺序都不是固定的，而是随用户要求传输的数据量变化而变化。异步时分多路复用技术是目前计算机网络中应用广泛的多路复用技术。
异步时分多路复用技术是同步时分多路复用技术的改进版，提高了线路的利用率。
异步时分多路复用技术允许动态地按需分配使用时隙，以避免出现空闲的时隙，即在输入端有数据要发送时才分配时隙，当用户暂停发送数据时不为其分配时隙。同时，异步时分多路复用技术的时隙顺序与输入端之间没有一一对应的关系，任何一个时隙都可以被用于传输任意一路输入信号。例如，A、B、C、D 路信号有数据传输时会依次占用时隙，如下图所示。
图 4 异步时分多路复用技术的工作原理
另外，在异步时分多路复用过程中，每路信号可以通过多占用时隙来获得更高的传输速率。采用这种方式时，传输速率可以高于平均速率，最高速率可实现线路总的容量带宽，即用户占用所有的时隙。
例如，线路总的传输速率为 64kbit/s，4 个用户共用此线路，在同步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率为多少？在异步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率又为多少？
在同步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率为 16kbit/s；在异步时分多路复用过程中，每个用户的最高速率可达 64kbit/s。请读者自行思考以上两个结果的计算过程。
波分复用技术
在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息，这种方式称为光波分复用技术，通常称为波分复用技术。波分复用技术用同一根光纤传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力。这样做是因为光通信的光源在光通信的“窗口”中只占用了很小的一部分，还有很大的范围没有利用。
如果将一系列载有信息的不同波长的光载波，在光领域内以至几百纳米的波长间隔合在一起沿单根光纤传输，接收器再用一定的方法将各个不同波长的光载波分开，如在光纤的工作窗口中安排 100 个波长不同的光源，同时在一根光纤上传输各自携带的信息，则能使光纤通信系统的容量提高为原来的 100 倍。
波分复用技术一般将波长分割复用器和解复用器（也称为合波/分波器）分别置于光纤两端，实现不同光波长信号的耦合与分离，这两个器件的原理是相同的。波分复用技术的工作原理如下图所示：
图 5 波分复用技术的工作原理
将信号 1、信号 2、信号 3 连接到三棱柱上，每路信号处于不同的波段，3 束信号通过棱柱/衍射光栅合成到一根共享光纤上，待传输到目的地后，将它们用同样的方法分离。
码分复用技术
码分复用技术常用的名称是码分多址（Code-Division Multiple Access，CDMA）技术。码分复用技术也是一种共享信道的技术，每个用户可在同一时间使用同样的频带进行通信，但使用的是基于码型的分割信道的方法，即为每个用户分配一个地址码，各个码型互不重叠，通信各方不会相互干扰，抗干扰能力强。码分复用技术的特征是每个用户有特定的地址码，而地址码之间相互具有正交性，因此各用户信息的发射信号在频率、时间和空间上都可能重叠，从而使有限的频率资源得到利用。
码分复用技术是在扩频技术上发展起来的无线通信技术，即将需要传输的具有一定信号带宽的信息数据，通过一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去。接收端也使用完全相同的伪随机码，对接收的带宽信号做相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号（这一过程被称为解扩），以实现信息通信。
码分复用技术主要用于无线通信系统，特别是移动通信系统。它不仅可以提高通信的语音质量和数据传输的可靠性并减少干扰对通信的影响，还可以增大通信系统的容量。笔记本电脑或智能手机等移动设备的联网通信就使用了这种技术。
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