计算机网络-物理层-时分复用技术

时分复用 则是将时间划分为一段段等长的 时分复用帧(TDM帧) 。 每一个时分复用的用户在每一个TDM帧中占用固定序号的时隙 。 每一个用户所占用的时隙周期性地出现（其周期就是TDM帧的长度） 。因此TDM信号也称为 等时 (isochronous)信号。 时分复用的所有用户是在不同的时间占用同样的频带宽度 向外发送数据 。

在使用时分复用时，每一个时分复用帧的长度是不变的，始终是一个数值。若有1000个用户进行时分复用，则每一个用户分配到的时隙宽度就是125μs的千分之一，即0125μs,时隙宽度变得非常窄。我们应注意到，时隙宽度非常窄的脉冲信号所占的频谱范围也是非常宽的。

当使用时分复用系统传送计算机数据时，由于计算机数据的突发性质，一个用户对已经分配到的子信道的利用率一般是不高的。当用户在某一段时间暂时无数据传输时（例如用户正在键盘上输入数据或正在浏览屏幕上的信息)，那就只能让己经分配到手的子信道空闲着，而其他用户也无法使用这个暂时空闲的线路资源。图2-15 说明了这一概念。这里假定有4个用户A,B,C和D进行时分复用。复用器按A→B→C→D的顺序依次对用户的时隙进行扫描，然后构成一个个时分复用帧。图中共画出了4个时分复用帧，每个时分复用帧有4个时隙。请注意，在时分复用顿中，每一个用户所分配到的时隙长度缩短了，在本例中，只有原来的1/4。可以看出，当某用户暂时无数据发送时，在时分复用顺中分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，其他用户即使一直有数据要发送，也不能使用这些空闲的时隙。 这就导致复用后的信道利用率不高。

统计时分复用STDM(Statistic TDM)是一种改进的时分复用，它能明显地提高信道的利用率。 集中器①(concentrator) 常使用这种统计时分复用。图2-l6 是统计时分复用的原理图。个使用统计时分复用的集中器连接4个低速用户，然后将它们的数据集中起来通过高速线路发送到一个远地计算机。

统计时分复用使用STDM帧来传送复用的数据。但每一个STDM帧中的时隙数小于连接在集中器上的用户数。各用户有了数据就随时发往集中器的输入缓存，然后集中器按顺序依次扫描输入缓存，把缓存中的输入数据放入STDM帧中。对没有数据的缓存就跳过去。当一个帧的数据放满了，就发送出去。因此， STDM帧 不是固定分配时隙，而 是按需动态地分配时隙 。因此统计时分复用可以提高线路的利用率。我们还可看出，在输出线路上，某一个用户所占用的时隙并不是周期性地出现。因此 统计复用又称为异步时分复用 ，而 普通的时分复用称为同步时分复用 。这里应注意的是，虽然统计时分复用的输出线路上的数据率小于各输入线路数据率的总和，但从平均的角度来看，这二者是平衡的。假定所有的用户都不间断地向集中器发送数据，那么集中器肯定无法应付，它内部设置的缓存都将溢出。所以集中器能够正常工作的前提是假定各用户都是间歇地工作。

由于STDM顿中的时隙并不是固定地分配给某个用户，因此在每个时隙中还必须有用户的地址信息，这是统计时分复用必须要有的和不可避免的一些开销。在 图2-16 输出线路上 每个时隙（数据a/b/c/d）之前的短时隙（白色）就是放入这样的地址信息 。使用统计时分复用的集中器也叫做智能复用器，它能提供对整个报文的存储转发能力（但大多数复用器一次只能存储一个字符或一个比特)，通过排队方式使各用户更合理地共享信道。此外，许多集中器还可能具有路由选择、数据压缩、前向纠错等功能。

最后要强调一下，TDM帧和STDM帧都是在物理层传送的比特流中所划分的帧。这种“帧”和我们以后要讨论的数据链路层的“帧”是完全不同的概念，不可弄混。

频分复用、时分复用技术都是适用于电磁信号传输。 这两种复用方法的优点是技术比较成熟，但缺点是不够灵活。 时分复用相比频分复用则更有利于数字信号的传输。

①在进行通信时，复用器(multiplexer)总是和分用器(demultiplexer)成对地使用。在复用器和分用器之间是用户共享的高速信道。分用器的作用正好和复用器相反，它把高速信道传送过来的数据进行分用，分别送交到相应的用户。

频分多路复用是将具有一定带宽的信道划分为多条具有较小带宽的子信道，各条子信道中心频带率不重合，两条子信道之间相距一定的间隔，每条子信道供一个用户使用。时分多路复用是将线路用于传输的时间划分成若干个时间片，每个用户得到一个时间片，在其占有的时间片内，该用户使用通信线路的全部带宽。两种复用技术的性能比较如下：（1）

时分多路复用比频分多路复用传输速率高，可以充分利用信道的全部带宽。（2）

在时分多路复用中只需要一个MODEM，而在频分多路复用中，每个通道均需一个MODEM（3）

在频分多路复用中，通常需要模/数转换设备，而在时分多路复用中具有明显的数字形式，特别适用于与计算机的直接连接。（4）

时分多路复用混合不同速率的同步方式的终端，能适应新的数据通信网。（5）

在进行数据传输的差错控制和校正操作时，时分多路复用比频分多路复用产生较多的时间延迟

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