频分复用和时分复用基本原理（数据通信中常用的多路复用技术）

如何提高通信线路的利用率是数据通信中的一个不可忽视的内容。为了充分利用传输媒体，人们研究了在一条物理线路上建立多个通信信道的技术，这就是多路复用技术。多路复用技术的实质是，将一个区域的多个用户数据通过发送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送，接收多路复用器再对数据进行分离，分发到多个用户。那么只要带宽允许，在已有的高速线路上采用多路复用技术可以省去安装新线路的大笔费用，另外还可以将若干条低速线路进行连接，以满足主机间高速通信的需求。

下面介绍几种常用的多路复用技术：

通信线路的可用带宽往往是超过给定信号的带宽的，如果在这样的一个信道上只传输一路信号的话，就像在宽阔的马路上只有一个车道一样，显然太浪费。因此我们可以把以频率分割的方式把一条信道分成若干个子信道，从而实现多路复用，这就是频分复用的基本原理。每路信号以不同的载波频率进行调制，而且各个载波频率是完全独立的，即各个信道所占用的频带不相互重叠，那么每个信道就能独立地传输一路信号。

如下图，这条信道中同时传输四个用户的信号，左边的设备是一个复用器，右边对应的就是一个分用器，复用器的作用就是把各路用户的信号进行频谱搬移，搬移到分配给它的频段范围，分用器就相当于一个滤波器，再把各种信号区别开来。

频分多路复用在无线电广播和电视领域中应用较多。ADSL也是一个典型的频分多路复用。ADSL用频分多路复用的方法，在公共交换电话网络（PSTN）使用的双绞线上划分出三个频段：0-4kHz用来传送传统的语音信号；20-50kHz用来传送计算机上载的数据信息；150-500kHz或140-1100kHz用来传送从服务器上下载的数据信息。

时分复用是采用时间分片的方式来实现传输信道的多路复用，也就是说每一路信号传输按时间片轮流着占用信道的整个带宽。时间片的大小可以按一次传送一位、一个字节或一个固定大小的数据块所需的时间来确定。比如我们把上课的教室看作一个信道，不同的老师在每天不同的时间段去使用这件教室就相当于是时分复用，因为我们从宏观上来看，同一天这个教室被分配给了多个用户使用，那从微观上来看，在某一时刻该教室还只是分配给了一个老师。

目前，应用最广泛的时分多路复用是贝尔系统的T1载波。该系统的工作是这样的，用一个编码解码器轮流对24路话音信道取样、量化和编码，将一个取样周期中（125μs）得到的7位一组的数字合成一串，共7*24位长。这样的数字串在送入信道前要在每一个7位组的后面插入一个信令位，于是变成8*24=192位长的数字串。最后再加入一个帧同步位，故帧长为193位。因此对于每一路话音信道来说传输速率为7b/125μs=56kbps，而T1载波总的数据传输速率为193b/125μs=1.544Mbps。

波分复用使用在光纤通信中，就是在同一根光纤内传输多路不同波长的光信号，以提高单根光纤的传输能力。其实它本质上是一种光的频分复用，因为所用的频率比较高，习惯上就用光的波长来表示，名字也就变成了波分复用。我们在下图中看到的这样单根光纤可以传送八种波长，每一波长如果速率是2.5Gb/s，那么就可以构成20Gb/s的传输系统，在发送端经过复用器汇合在一起，偶合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术。那在接收端经过解复用器将各种波长的光载波分离，然后由光接收机做进一步处理，以恢复出原始的信号。