【25软考网工笔记】第二章（7）多路复用技术

一、多路复用技术

概念：多路复用技术是把多个低速的信道组合成一个高速的信道的技术。 光钎入户：上网、电视、电话 多路复用需要使用到的两个设备：

• 多路复用器(Mutiplexer),在发送端根据某种约定的则把多个低带宽的信号符合成一个高带宽的信号。
• 多路分配器(Demultiplexer),在接收端根据统一规则把高带宽信号分解成多个低带宽信号。

1. 频分复用FDM

1）频分复用的基本概念

定义: 频分复用（FDM）是一种通过不同的频率来区分不同业务的技术。 应用: 典型应用包括无线电广播FM、ADSL、FDD-LTE等。 实例说明: 如无线电广播中，不同的无线电台通过不同的频率进行传输，使得听众可以接收到特定电台的信号。

2）频分复用与相关技术

• 技术区分: 除了频分复用，还存在其他多路复用技术，如时分复用等。
• 频分复用的特点: 通过频率的划分来实现多路信号的同时传输，提高了频率资源的利用率。

3）注意事项与扩展

• 注意: 频分复用技术需要精确控制频率的分配和管理，以避免不同业务之间的干扰。
• 扩展: 随着通信技术的发展，频分复用技术也在不断进步和完善，以适应更高速率、更多业务种类的传输需求。

2. 时分复用

分类: 时分复用按照子通道的动态利用情况可分为两种：同步时分复用和统计时分复用。

1）同步时分复用

定义与原理: 同步时分复用技术是为每个用户均分时间片，无论用户是否有数据要传输，都会分配相应的时间片。 信道利用率: 由于无论用户是否有数据传输都会分配时间片，因此可能导致信道利用率不高。例如，当某些用户没有数据传输时，分配给他们的时间片就会被浪费。

2）统计时分复用

定义: 统计时分复用（Statistic TDM, STDM）是一种改进的时分复用方法，能明显提高信道的利用率。 特点: STDM帧不是固定分配时隙，而是按需动态地分配时隙。由于用户所占用的时隙不是周期性地出现，所以每个时隙中还必须包含用户的地址信息，这是统计时分复用不可避免的开销。

3）同步时分复用与统计时分复用的对比

对比点: 同步时分复用是固定分配时间片，而统计时分复用则是根据用户实际需求动态分配时间片。 效率差异: 统计时分复用通过动态分配时间片，可以提高信道的利用率，相比同步时分复用更加高效。 同步时分复用: 类似于食堂中午吃饭，每个人都固定分配两个馒头，不考虑个体差异，可能造成资源浪费或不足。 统计时分复用: 根据用户需求动态分配资源，如根据年龄、体重分配馒头，避免浪费，提高资源利用率。

4）时分复用的应用场景

传统的语音网络（如T1和E1）使用时分复用技术。SONET、SDH以及4G的TDD（Time Division Duplexing）也采用了时分复用技术，其中4G的TDD是统计时分复用的一个应用实例。

5）题型与考点

• 题型: 统计时分复用作为通信原理中的重要概念，经常出现在选择题中。
• 考点: 需要掌握统计时分复用的定义、特点、与同步时分复用的区别以及应用场景。特别注意统计时分复用中动态分配时隙和包含用户地址信息的特点。

3. 波分复用 WDM

定义: 波分复用是把不同波长的光纤信号复用到一根光纤里边，再通过分配器分出多路的信号。 本质: 波分复用的本质也是频分复用，因为光的波长乘以频率等于一个常量，即光速（光速等于30万公里/每秒）。

4. 应用案例

1）例题2(关于WDM的实质)

题目解析

• WDM实质: WDM（波分复用）的实质是光频分复用（OFDM），将两种或多种不同波长的光波复用汇合在一起，耦合到同一根光纤中进行传输。
• 选项分析:
  • A. OFDM（光频分复用）: 正确选项，与WDM的实质相符。
  • B. OTDM（光时分复用）: 与WDM不同，是另一种复用技术。
  • C. CDM（码分复用）: 与WDM不同，是另一种复用技术。
  • D. EDFA（掺饵光纤放大器）: 是一种放大器，与复用技术无关。
• 答案: A

2）例题2(光纤接入网络技术)

题目解析

• 考点: 识别光纤接入网络中未采用TDMA技术的类型。
• TDMA技术: 传统GPON、EPON、XG-PON等光纤接入网络都采用TDMA来实现上行，下行信号使用广播传输。
• WDM-PON特性: WDM-PON（波分复用无源光纤网络）采用波分复用技术，本质是频分复用，不采用TDMA。
• 答案: D

3）例题(同步时分多路复用技术计算)

题目解析

• 计算方法: 干线速率 = 用户数量 × 每个用户速率 / (1 - 干线开销比例)。
• 同步时分复用特点: 分配的时隙固定，每个信道都是标准的64kb/s，不考虑用户使用率。
• 计算过程:
  • 用户数量: 6个
  • 每个用户速率: 64kb/s
  • 干线开销比例: 4%
  • 干线速率 =6×64/(1−4%)=400kb/s
• 答案: D

4）例题(统计时分多路复用技术计算)

题目解析

• 与同步时分复用的区别: 统计时分复用需要考虑每个用户的平均效率。
• 计算方法: 干线速率 = 用户数量 × 每个用户速率 × 平均效率 / (1 - 干线开销比例)。
• 计算提示: 此题需乘以每个用户的平均效率80%，与同步时分复用不同。

5. 数字传输系统E1/T1

E1与T1标准概述

• T1标准: 美国和日本使用，每路电话64k（56k传输数据+8k控制），24路电话加上开销与间隔，总速率为1.544Mbps。
• E1标准: 欧洲采用，每路电话64k，传30路电话，另有2路用于控制信令，总速率为2.048Mbps。

E1标准详细解析

• 信道分配: E1标准中，32个信道中30个用于语音传送，2个（CHO和CH16）用于控制信令。
• 速率: ITU-T标准E1信道数据速率是2.048Mbps。
• 基本帧: 把32个8位一组的数据样本组装成125us的基本帧，采用时分复用技术。

记忆点 E1与T1的区别: 主要在于速率和信道分配，E1为2.048Mbps，30路电话+2路控制；T1为1.544Mbps，24路电话+开销与间隔。 E1标准中的控制信道: CHO和CH16用于控制信令，其他30个信道用于语音传送。 E1基本帧时长: 125微秒，采用时分复用技术。

6. SONET多路复用速率

1）SONET多路复用速率概述

SONET/SDH线路速率:

• 表中列出了多种SONET（Synchronous Optical Network）和SDH（Synchronous Digital Hierarchy）线路的多路复用速率，包括OC-1、OC-3、OC-12、OC-48、OC-192等，以及它们对应的STM（Synchronous Transport Module）等级和速率。

关键速率记忆:

• OC-3对应STM-1，速率为155Mbps；
• OC-12对应STM-4，速率为622Mbps；
• OC-48对应STM-16，速率为2.5Gbps；
• OC-192对应STM-64，速率为10Gbps。

应用背景:

• 这些速率是早期运营商提供的广域网线路速率，现在虽然较少见，但在一些老旧项目（如公安、银行项目）中仍可能遇到。

2）速率对应关系与记忆点

OC与STM对应: OC-3对应STM-1，OC-12对应STM-4，OC-48对应STM-16，OC-192对应STM-64。这是重要的记忆点，有助于快速理解SONET/SDH线路的速率等级。 广域网接口: 155Mbps（STM-1/OC-3）和622Mbps（STM-4/OC-12）等速率是早期广域网接口的典型速率。 技术演变: 早期的骨干网基于时分复用技术，而现在的骨干网已经转变为分组交换网络。因此，现代运营商提供的接入接口和带宽通常是10M、百兆、千兆、万兆等以太网接口。

7. 应用案例

1）例题1(网工2011年11月)

题目解析

• E1信道速率: E1信道速率是2.048Mb/s，对应选项B。
• 每个语音信道的数据速率: 每个语音信道的数据速率是64Kb/s，对应选项B。这是因为E1的一个时分复用帧传送时间为125us，即每秒8000次，每个子信道含8位数据，所以速率为8×8000=64Kbps。

2）例题1(网工2019年5月)

题目解析

• E1载波的控制开销占比: E1载波有32个时隙，其中CH0用于帧同步，CH16用于传送信令，剩下30个时隙用于数据传输。因此，控制开销占232=6.25%，对应选项B。
• E1基本帧的传送时间: E1基本帧的传送时间为125us，对应选项C。

3）例题1(网工2010年5月)

题目解析

• STM-1(OC-3)速率: STM-1(OC-3)的速率是155.52Mb/s，对应选项A。
• STM-4(OC-12)速率: STM-4(OC-12)的速率是STM-1速率的4倍，即622.08Mb/s，对应选项B。

4）例题(网工2022年11月)

题目解析

• SONET采用的成帧方法: SONET和SDH都采用时分复用方法，对应选项C。

5）例题(网工2024年11月)

题目解析

• 防止用户独占信道的方法: 在统计时分多路复用(STDM)中，如果某个用户的帧到达率远高于其他用户，为了防止该用户独占信道，通常会确保每个用户至少有一个最小保证时隙。这样做可以确保每个用户都能获得一定的带宽，避免某个用户占用全部带宽导致其他用户无法传输数据。
• 对应选项A。

二、知识小结