网工网规知识点:多路复用技术(时分和波分)

科技   2024-12-09 12:58   新加坡  

多路复用技术是一种将多路信号或数据流整合到单一通信链路上的技术,用以提高带宽利用率和效率。以下是三种常见的多路复用技术:


1. 频分多路复用(Frequency Division Multiplexing, FDM)

  • 原理:频分多路复用通过将可用的带宽划分为若干个频率段,每个频段承载一个信号。各信号占用不同的频段同时传输,彼此互不干扰。

  • 特点

    • 各信号的频带是固定的。

    • 信号之间的频率隔离通过带通滤波器实现。

    • 适用于模拟信号,如广播电视、FM无线电。

  • 优点

    • 实现简单,适合带宽较宽的通信介质。

    • 各路信号独立工作,干扰较小。

  • 缺点

    • 占用频谱资源大,频谱利用率低。

    • 容易受干扰和噪声影响。


2. 时分多路复用(Time Division Multiplexing, TDM)

  • 原理:时分多路复用通过将通信信道的时间划分为若干个时隙,每个时隙分配给一个信号使用。各信号按时间轮流共享同一通信链路。

  • 特点

    • 适用于数字信号。

    • 信号切换速度非常快,人耳或系统无法感知延迟。

  • 优点

    • 资源利用率高,适用于低带宽的通信链路。

    • 信号间隔离较好,抗干扰能力强。

时分复用也是一项比较常用的扩容方式,从传统PDH的一次群至四次群的复用,到如今SDH的STM-1、STM-4、STM-16乃至STM-64的复用。

通过时分复用技术可以成倍地提高光传输信息的容量,极大地降低了每条电路在设备和线路方面投入的成本并且采用这种复用方式可以很容易在数据流中抽取某些特定的数字信号,尤其适合在需要采取自愈环保护策略(是指在网络出现故障时无须人为干预, 网络就能在极短的时间内自动恢复业务的功能的网络中使用。

但时分复用的扩容方式有两个缺陷第一是影响业务,即在“全盘”升级至更高的速率等级时,网络接口及其设备需要完全更换,所以在升级的过程中,不得不中断正在运行的设备;第二是速率的升级缺乏灵活性,以SDH设备为例,当一个线路速率为155Mbit/s的系统被要求提供两个155Mbit/s的通道时,就只有将系统升级到622Mbit/s,即使有两个155Mbit/s将被闲置,也没有办法。

对于更高速率的时分复用设备,目前成本还较高,并且40Gbit/s 的TDM设备已经达到电子器件的速率极限,即使是10Gbit/s 的速率在不同类型光纤中的非线性效应也会对传输产生各种限制。

现在,时分复用技术是一种被普遍采用的扩容方式,它可以通过不断地进行系统速率升级实现扩容的目的,但当达到一定的速率等级时,会由于器件和线路等各方面特性的限制而不得不寻找另外的解决办法。

不管是采用空分复用还是时分复用的扩容方式,基本的传输网络均采用传统的PDH 或SDH技术,即采用单一波长的光信号传输,这种传输方式是对光纤容量的一种极大浪费,因为光纤的带宽相对于目前我们利用的单波长信道来讲几乎是无限的。我们一方面在为网络的拥挤不堪而忧心忡忡,另一方面却让大量的网络资源白白浪费。

    DWDM技术就是在这样的背景下应运而生的,它不仅大幅度地增加了网络的容量,而且还充分利用了光纤的宽带资源,减少了网络资源的浪费。



3. 波分多路复用(Wavelength Division Multiplexing, WDM)

  • 原理:波分多路复用在光纤通信中,通过将不同波长(光频率)的光信号复用在一根光纤上传输。每个波长通道可独立传输数据。

  • 特点

    • 是频分多路复用的光通信实现形式。

    • 每个波长相当于一个独立的通信通道。

  • 优点

    • 极大提高了光纤的带宽利用率。

    • 可扩展性好,适合大规模、高速率传输。

  • 缺点

    • 技术复杂度高,设备成本较高。

    • 波长精确控制和光放大器的设计是关键技术。


总结比较

技术类别原理适用信号类型优点缺点
FDM频率划分传输信号模拟信号实现简单,信号独立频谱利用率低,易受干扰
TDM时间划分传输信号数字信号资源利用率高,抗干扰能力强对同步要求高,资源可能浪费
WDM不同波长光信号传输光信号带宽利用率高,扩展性强成本高,技术复杂度大

这三种多路复用技术各有特点,具体应用场景根据通信需求而定。

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