408 计算机网络

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信道复用技术（FDM/TDM/WDM/CDM） ​

考情分析 ​

信道复用技术在 408 中出现频率中等，选择题为主。常考各种复用方式的基本原理和适用场景对比。CDM/CDMA 的计算题单独放在下一篇讨论，本篇重点是理解各种复用方式的核心思想。

考频：★★☆

为什么要复用 ​

通信线路的建设成本高，一条物理链路如果只给一对用户使用，利用率太低。复用的核心思想是：让多个用户共享同一条物理链路，每个用户占用链路的不同"维度"。

复用器（MUX）在发送端将多路信号合并到一条链路上，分用器（DEMUX）在接收端将它们分离。

频分复用 FDM ​

Frequency Division Multiplexing

原理 ​

将链路的频带划分成多个互不重叠的子频带，每个用户独占一个子频带。所有用户的信号同时在链路上传输，但各自使用不同的频率。

类比 ​

像广播电台——同一片天空中同时传播着多个电台的信号，每个电台使用不同的频率。收音机通过调节频率来选择收听哪个台。

特点 ​

项目说明
划分维度频率
同时传输是，所有用户同时发送
是否需要同步不需要
保护措施相邻子频带之间留保护频带，防止互相干扰
典型应用有线电视、广播、ADSL

示意 ​

频率 ↑
     │  ┌────────┐
     │  │ 用户3  │
     │  ├────────┤ ← 保护频带
     │  │ 用户2  │
     │  ├────────┤ ← 保护频带
     │  │ 用户1  │
     │  └────────┘
     └──────────────→ 时间
       所有用户同时使用各自的频带

时分复用 TDM ​

Time Division Multiplexing

原理 ​

将时间划分成等长的时隙（time slot），每个用户轮流使用整个带宽，每个用户在自己的时隙内独占链路。

特点 ​

项目说明
划分维度时间
同时传输否，用户轮流使用
是否需要同步需要严格的时钟同步
缺点某用户没有数据时，其时隙空闲浪费
典型应用T1/E1 数字电话线路

示意 ​

时间 →
┌──────┬──────┬──────┬──────┬──────┬──────┐
│用户1 │用户2 │用户3 │用户1 │用户2 │用户3 │ ...
└──────┴──────┴──────┴──────┴──────┴──────┘
  一个TDM帧 = 每个用户各一个时隙

统计时分复用 STDM ​

TDM 的最大问题是时隙固定分配——即使某个用户暂时不发送数据，它的时隙也不会让给别人，造成浪费。

统计时分复用（Statistical TDM，STDM） 改进了这个问题：不预先固定分配时隙，而是按需动态分配。哪个用户有数据就让它发，没数据就跳过。

代价：每个时隙需要携带地址信息来标识属于哪个用户（TDM 不需要，因为位置固定就能区分）。

STDM 也叫异步时分复用，传统 TDM 叫同步时分复用。

对比项TDM（同步）STDM（异步/统计）
时隙分配预先固定按需动态
空闲浪费有无
地址信息不需要需要
线路利用率较低高
实现复杂度简单复杂

波分复用 WDM ​

Wavelength Division Multiplexing

原理 ​

本质上就是光纤通信中的频分复用。不同用户使用不同波长的光信号，同时在一根光纤中传输。

光的波长和频率是一一对应的（c=λf），所以波分复用和频分复用原理相同，只是在光纤场景下用"波长"比"频率"更方便。

发送端使用光复用器将不同波长的光信号合并到一根光纤中，接收端使用光分用器将各波长分离出来。各路光信号波长不同，互不干扰。

密集波分复用 DWDM ​

Dense WDM 是 WDM 的升级版，波长间隔更小，可以在一根光纤上复用上百个波长通道，极大提升光纤传输容量。

对比项WDMDWDM
波长间隔较大很小（0.8 nm 或更小）
通道数2-16 个几十到上百个
传输容量一般极大
应用早期光纤通信现代骨干网

码分复用 CDM ​

Code Division Multiplexing

原理 ​

每个用户分配一个唯一的码片序列（chip sequence），所有用户使用相同的频带，在相同的时间同时发送。接收端利用码片序列的正交性来分离各用户的信号。

CDM 用于多址接入时叫 CDMA（Code Division Multiple Access），这是移动通信中的重要技术。

和其他复用方式的本质区别 ​

FDM 在频率维度上分离用户，TDM 在时间维度上分离用户，而 CDM 在编码维度上分离用户——所有用户共享全部时间和全部频率。

CDMA 的详细原理和计算方法在下一篇 CDMA 码分多址 中展开。

四种复用方式总对比 ​

对比项FDMTDMWDMCDM
划分维度频率时间波长（光频率）编码
同时传输是否（轮流）是是
共享频带否（各占一段）是（轮流用全部）否（各占一个波长）是（全部共享）
需要同步否是否是
适用介质电缆、无线电缆光纤无线
典型应用广播、ADSLT1/E1 线路光纤骨干网CDMA 移动通信
信道利用率中等低（TDM）/ 高（STDM）高高

易错点 ​

1. WDM 和 FDM 的关系

WDM 本质上就是光纤中的 FDM。不过在 408 选择题中，它们作为两种不同的技术来出题。看到"光纤"就想到 WDM，看到"电缆/无线"就想到 FDM。

2. TDM 中"同步"的含义

TDM 中的同步是指发送端和接收端必须保持时钟同步，这样接收端才知道当前时隙属于哪个用户。这和"同步时分复用"（相对于"统计时分复用"）中的"同步"是同一个含义。

3. STDM 的线路利用率高于 TDM

TDM 预分配时隙，用户没数据时时隙浪费；STDM 按需分配，有数据才发，所以线路利用率更高。但 STDM 需要额外的地址开销，实现也更复杂。

4. CDM 中所有用户真的是"同时同频"

CDM 不划分频率也不划分时间，所有用户在同一时间使用同一频带。接收端能从叠加信号中分离出各用户的数据，靠的是码片序列的正交性。

高频考点清单 ​

  • FDM 的基本原理：频带划分，保护频带
  • TDM 和 STDM 的对比：固定分配 vs 按需分配
  • WDM 的本质（光纤中的 FDM）
  • CDM 的核心思想：编码维度上的复用
  • 四种复用方式的适用场景和介质
  • STDM 相比 TDM 的优势和代价

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