时分多路复用

时分多路复用（TDM）是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信号在不同的时间内传送，将整个传输时间分为许多时间间隔（Slot time，TS，又称为时隙），每个时间片被一路信号占用。TDM就是通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一条电路传送多路信号的。电路上的每一短暂时刻只有一路信号存在。因数字信号是有限个离散值，所以TDM技术广泛应用于包括计算机网络在内的数字通信系统，而模拟通信系统的传输一般采用FDM。

基本介绍

在一条信道的传输时间内，将若干路离散信号的脉冲序列，经过分组、压缩、循环排序，交织成时域互不重叠的多路信号一并传输的方式，简称TDM。离散信号包括数据字符、数字话音信号或其他数字化的模拟信号，以及差分脉冲调制（△调制）、脉冲抽样话音信号。分组排序是以一帧码组或一个码元为单位。码元可以取两个或多个离散值（即数字信号），也可以取连续值（即脉冲调幅信号）。在传输过程中，每路离散信号只能在规定的时隙内传送，其馀时隙则为其他各路占用，从而实现了信道传输时间的分割复用。脉冲调幅（PAM）话音信号仍具模拟性质，虽然码率低且有时分复用的可能，但不具备数字信号抗扰性强、易于检测和提取同步信号等优点，一般不用于构成时分多路复用传输系统。

复用方式分类

基带传输的时分复用

为便于话音信号模-数、数-模转换，一次群采用以帧为单位的编组交织方式，交织是对各路信号的帧序列循环依次高速抽样展宽完成。为消除直流和便于定时，一般采用HDB3码型。以一次群再经若干次时分复用，可以构成各级高次群，由于无需考虑直流和定时问题，可用简单的码元交织方式。

射频波道二次调制复用

如数字微波接力系统。小容量系统一般采用四相键控（QPSK），大容量系统则需采用多元正交调幅（MQAM）制方式，用以压缩传输带宽。

时分多址复用TDMA

将一个载频时域划分为帧，每帧分成若干话路时隙，并包括一个携有定时、站地址识别、控制指令和话路分配等信号的报头。据此，各站即可保持严格同步，并按报头内容规定的时隙发送和接收信号，用于卫星通信和地面一点-多点数字微波系统。

光波波道二次调制复用

可提供很宽的工作带宽，足以弥补PCM系统频谱利用率不高的缺陷，可用于大容量、长距离传输。

用户线双向时分复用

可提高码率，并能双向分时传输，简称乒乓法。

数字话音信号插空复用

利用对话不同时发言的间隙，传输各路话音信号的复用方式，属于统计时分复用系统。

复用原理

时分多路复用原理图

以电话通信为例说明时分多路复用的过程：发送端的各路话音信号经低通滤波器将带宽限制在3400Hz 以内，然后加到匀速旋转的电子开关 SA1上，依次接通各路信号，它相当于对各路信号按一定的时间间隙进行抽样。SA1旋转一周的时间为一个抽样周期T，这样就做到了对每一路信号每隔周期T 时间抽样一次，此时间周期称为1帧长。发送端电子开关 SA1不仅起到抽样作用，同时还要起到复用和合路的作用。合路后的抽样信号送到编码器进行量化和编码，然后，将信号码流送往信道。在接收端，将各分路信号码进行统一译码，还原后的信号由分路开关SA2依次接通各分路，在各分路中经低通滤波器将重建的话音信号送往收端用户。在上述过程中，应该注意的是，发、收双方的电子开关的起始位置和旋转速率都必须一致，否则将会造成错收，这就是PCM系统中的同步要求。收、发两端的数码率或时钟频率相同叫位同步或称比特同步，也可通俗的理解为两电子开关旋转速率相同；收、发两端的起始位置是每隔1帧长（即每旋转一周）核对一次的，此称帧同步。这样才一能保证正确区分收到的哪8位码是属于一个样值的，又是属于哪一路的。为了完成上述同步功能，在接收端还需设有两种装置：一是同步码识别装置，识别接收的PCM 信号序列中的同步标志码的位置；二是调整装置，当收、发两端同步标志码位置不对应时，需在收端进行调整使其两者位置相对应。以上两种装置统称为帧同步电路。

时分多路复用不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。

应用例子

当使用频分复用时占有不同频带的多路信号合在一起在同一信道中传输，各路频带间要有防护频带；而时分复用则使占有不同时隙的多路信号合在一起在同一信道中传输，各路时隙间要有防护时隙。时分复用的典型例子：PCM（Pulse Code Modulation，脉码调制）信号的传输，把多个话路的PCM话音数据用TDM的方法装成帧（帧中还包括帧同步信息和信令信息），每帧在一个时间片内发送，每个时隙承载一路PCM信号。

时分复用器是一种利用TDM技术的设备，主要用于将多个低速率数据流结合为单个高速率数据流。来自多个不同源的数据被分解为各个部分（位或位组），并且这些部分以规定的次序进行传输。这样每个输入数据流即成为输出数据流中的一个“时间片段”。必须维持好传输顺序，从而输入数据流才可以在目的端进行重组。特别值得注意的是：相同设备通过相同 TDM 技术原理却可以执行相反过程，即：将高速率数据流分解为多个低速率数据流，该过程称为解除复用技术。因此，在同一个箱子中同时存在时分复用器和解复用器（Demultiplexer）是常见的。

电信中基本采用的信道带宽为DSO，其信道宽为64Kbit/s。电话网络（PSTN）基于TDM技术，通常又称为TDM访问网络。电话交换通过一些格式支持TDM：DSO、T1/E1（为两种接入线路类型）TDM及BRI TDM。E1 TDM支持2.048Mbit/s通信链路，将它划分为32个时隙，每间隔为64Kbit/s。T1 TDM支持1.544Mbit/s 通信链路，将它划分为24个时隙，每间隔为64Kbit/s，其中8Kbit/s信道用于同步操作和维护过程。E1/T1 TDM最初应用于电话公司的数字化语音传输，与后来出现的其他类型数据没有什么不同。E1/T1 TDM目前也应用于广域网链路。BRI TDM通过交换机基本速率接口（BRI，支持基本速率 ISDN，并可用做一个或多个静态PPP链路的数据信道）提供。基本速率接口具有2个64Kbit/s时隙。TDMA也应用于移动无线通信的信元网络。

TDM分类

TDM又分为同步时分复用（Synchronous Time Division Multiplexing，STDM）和异步时分复用（Asynchronous Time Division Multiplexing，ATDM）。

同步时分复用

同步时分复用采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定的时间段（一个周期），再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。

由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，这就形成了时隙浪费，其时隙的利用率很低，为了克服STDM的缺点，引入了异步时分复用技术。

异步时分复用

异步时分复用（ATDM）技术又被称为统计时分复用技术（Statistical Time Division Multiplexing），它能动态地按需分配时隙，以避免每个时间段中出现空闲时隙。

ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它；当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的数据传输。

另外，在ATDM中，每个用户可以通过多占用时隙来获得更高的传输速率，而且传输速率可以高于平均速率，最高速率可达到电路总的传输能力，即用户占有所有的时隙。

技术优缺点

TDM系统具有抗干扰性强、无噪声积累、功放器件全激励功率的利用充分等优点。虽然由于频谱利用率远低于频分多路复用（FDM）系统，工作频带较窄的电缆不能用于大容量系统，但光缆和K波段微波的高载频可提供很大带宽，而多值正交调幅技术在数字微波系统上的应用还可大大提高波道的频谱利用率，使它们均可用于大容量数字传输系统。在电信网必然要过渡到综合业务数字网的趋势下，时分复用系统将居独占地位。