1.2 数据传输

数据（Data）是通信双方传递信息（Information）的载体，信息则是数据携带的内容与解析内涵。计算机网络中传送的内容都是“数据”。从广义上说，“数据”是指在传输时可用离散的数字信号（0和1）逐一准确表示的文字、符号、数码等。几乎涉及一切最终能以离散的数字信号表示的、可被送到计算机进行处理的各种信息都可包括在内。从狭义上说，“数据”就是由计算机输入、输出和处理的一种信息编码（或消息表示）形式。

信息，传统意义上就是指信、消息、通信系统传输和处理的对象，泛指人类社会传播的一切内容。人通过获得、识别自然界和社会的不同信息来区别不同事物，得以认识和改造世界。在一切通信和控制系统中，信息是一种普遍联系的形式。1948年，数学家香农在“通信的数学理论”一文中指出：“信息是用来消除随机不定性的东西。”按照一定要求以一定格式组织起来的数据，凡经过加工处理或换算到人们想要得到的消息内涵，即可称为信息。表示信息的形式可以是数值、文字、图形、声音、图像及动画等，这些表示媒体归根到底都是数据的一种形式。

在数据通信网络中，信息与数据的传送必须依附在实际的物理信号之上，而信号则必须通过特定的信道才能为远端的通信设备所接收。

1.2.1 信号与信道

1. 信号（Signal）

信号：数据的物理量编码（通常为电编码），数据以信号的形式传播。信号可分为模拟信号和数字信号。

（1）模拟信号

模拟信号通过波形变化承载着信息的变化，如图1-3所示，其特点是幅度连续（连续的含义可以理解成某一取值范围内可以取无限多个值）。

模拟信号实质上是随时间连续变化的电磁波，利用电磁波的描述参数（如幅度、频率或相位等）来表示要传输的数据，它的取值可以是无限多个。

（2）数字信号

数字信号是一种离散信号，通过电压脉冲表示要传输的数据，它的取值是有限的，如图1-4所示。

（3）模拟数据和数字数据的表示

模拟数据和数字数据都可以用模拟信号或数字信号来表示，无论信源产生的是何种类型的数据，在传输过程中都可以用采用适合于信道特性的信号形式来传输。

a. 模拟数据可以用模拟信号来表示。模拟数据是时间的函数，并占有一定的频率范围，即频带。这种数据可以直接用占有相同频带的电信号，即对应的模拟信号来表示。早期的模拟电话通信是它的一个应用模型。

b. 数字数据可以用模拟信号来表示。如调制解调器（Modem）可以把接收到的数字数据调制成模拟信号，以便信号能传送较远的距离；同时它把模拟信号解调成数字数据供计算机使用。用Modem拨号上网是它的一个应用模型。

c. 模拟数据也可以用数字信号来表示。对于声音数据来说，完成模拟数据和数字信号转换功能的设施是编码解码器（Codec）。它将直接表示声音数据的模拟信号编码转换成二进制流近似表示的数字信号；而在线路另一端的Codec，则将二进制流码恢复成原来的模拟数据。程控数字电话通信是它的一个应用模型。

d. 数字数据可以用数字信号来表示。数字数据可直接用二进制数字脉冲信号来表示，但为了改善其传播特性，一般先要对二进制数据进行编码。数字数据专线网DDN网络通信是它的一个应用模型。

（4）调制、解调

在模拟信道上传输数字信号时，为了实现信号与信道特性的准确匹配，调制解调器是不可缺少的，如图1-5所示。

调制是一种波形变换过程，利用原始信息改变某种基本电波（称为载波）的某一个参数。调制的主要作用有两个：一是对原始信息实行频谱搬移；二是形成一种最有利于传输和恢复原始信息的信号波形。

调制解调器在发送端将计算机中的数字信号转换成能在电话线上传输的模拟信号，在接收端又将从电话线路上接收到的模拟信号还原成数字信号。

最常用的调制方式有3种：幅度调制、相位调制和频率调制。在数据通信中，调制与解调的具体任务是根据信息速率和信道特性而定的，需要完成下列工作。

a. 基带波形形成，就是原始信息代码波形通过基带波形形成网络之后，形成一种最有利于码元识别的波形。理想的波形是各码元之间互不影响（即无码间干扰）的波形。

b. 信道波形形成，是通过调制器、发送滤波器和接收滤波器，把基带波形形成网络所形成的波形变换成适合于在给定信道中传输的波形。

c. 载波同步和码元同步，就是接收端通过解调器恢复原基带信号时，要正确解调必须有一个与发送载波同频、同相的相干载波，接收机提取和恢复这样的载波，要求载波同步。

另外，在数据通信中解决载波同步只能恢复出基带波形，还必须通过取样判决才能恢复原始信息代码。而要正确地取样判决，必须有一个正确的位定时（位同步）信号，这就是码元同步要解决的问题。

2. 信道

信道（Channel）指信号的传输通道，包括通信设备（如集线器、路由器等）和传输介质（如同轴电缆、光纤等）。

信道按传输介质可分为有线信道或无线信道；按传输信号类型可分为模拟信道和数字信道；按使用权限可分为专用信道和公用信道等。

奈奎斯特公式：用于理想低通信道。奈奎斯特公式为估算已知带宽信道的最高数据传输速率提供了依据。

C=2B×log2L

C：数据传输率，单位bit/s；

B：信道带宽，单位Hz；

L：信号编码级数。

然而，实际的信道上存在损耗、延迟、噪声，因而都是非理想的。损耗引起信号强度减弱，导致信噪比S/N降低。延迟会使接收端的信号产生畸变。噪声会破坏信号，产生误码。例如，在速率为56kbit/s的物理信道上，一个持续时间为0.01s的干扰将会影响约560bit的传输效果。

香农公式：有限带宽高斯噪声干扰信道。

C=B×log2(1+SNR)

其中SNR代表信噪比。

例：信道带宽W=3.1kHz，SNR=2000，则

C=3100×log2(1+2000)≈34kbit/s

即该信道上的最大数据传输率不会大于34kbit/s。

无论采样频率多高，信号编码分多少级，此公式给出了受噪干扰的实际信道能达到的最高传输速率。香农理论同时表明，噪声的存在使得编码级数不可能无限增加。

1.2.2 数据传输的形式

1. 传输形式

数据传输形式基本上可分为两种：基带传输和频带传输。

（1）基带传输

基带传输是按照数字信号原有的波形（以脉冲形式）在信道上直接传输，它要求信道具有较宽的通频带。基带传输不需要调制、解调，设备花费少，适用于较小范围的数据传输。

基带传输时，通常对数字信号进行一定的编码。数据编码常用3种方法：非归零码NRZ、曼彻斯特编码和差动曼彻斯特编码。后两种编码不含直流分量，包含时钟脉冲，便于双方自同步，因此，得到了广泛的应用。

（2）频带传输

频带传输是一种采用调制、解调技术的传输形式。在发送端，采用调制手段，对数字信号进行某种变换，将代表数据的二进制“1”和“0”变换成具有一定频带范围的模拟信号，以适应在模拟信道上传输；在接收端，通过解调手段进行相反变换，把模拟的调制信号复原为“1”或“0”。常用的调制方法有频率调制、振幅调制和相位调制。

频带传输较复杂，传送距离较远，若通过市话系统配备Modem，则可突破基带信号传送距离的限制。

2. 传输方式

数据传输可以分为以下几种。

（1）单工、半双工和全双工方式（Simplex，Half Duplex & Full Duplex）（如图1-6所示）。

单工数据传输指的是两个数据站之间只能沿一个指定的方向进行数据传输。在图1-6（a）中，数据由A站传到B站，而B站至A站只传送联络控制信号。前者称正向信道，后者称反向信道。一般正向信道传输速率较高，反向信道传输速率较低，其速率不超过75bit/s。此种方式适用于数据收集系统，如气象数据的收集、电话费的集中计算等。因为在这种数据收集系统中，大量数据只需要从一端到另一端，另外需要少量联络信号通过反向信道传输。

半双工数据传输是两个数据之间可以在两个方向上进行数据传输，但不能同时进行。该方式要求A站、B站两端都有发送装置和接收装置，如图1-6（b）所示。若想改变信息的传输方向，需要由开关Kl和K2进行切换。问讯、检索、科学计算等数据通信系统运用半双工数据传输。

全双工数据传输是在两个数据站之间，可以两个方向同时进行数据传输。全双工通信效率高，但组成系统的造价高，适用于计算机之间高速数据通信系统。通常四线线路实现全双工数据传输，二线线路实现单工或半双工数据传输。在采用频分法、时间压缩法、回波抵消技术时，二线线路也可实现全双工数据传输。

（2）并行与串行方式

根据一次传输数位的多少可将基带传输分为并行（Parallel）方式和串行（Serial）方式，前者是通过一组传输线多位同时传输数字数据，后者是通过一对传输线逐位传输数字代码。通常，计算机内部及计算机与并行打印机之间采用并行方式，而传输距离较远的数字通信系统多采用串行方式。

并行传输方式要求并行的各条线路同步，因此需要传输定时和控制信号，而并行的各路信号在经过转发与放大处理时，将引起不同的延迟与畸变，故较难实现并行同步。若采用更复杂的技术、设备与线路，其成本会显著上升。故在远距离数字通信中一般不使用并行方式。串行通信双方常以数据帧为单位传输信息，但由于串行方式只能逐位传输数据，因此，在发送方需要进行信号的并/串转换，而接收方则需要进行信号的串/并转换。

（3）异步传输与同步传输方式

异步传输与同步传输均存在基本同步问题：一般采用字符同步或帧同步信号来识别传输字符信号或数据帧信号的开始和结束。两者之间的主要区别在于发送器或接收器之一是否向对方发送时钟同步信号。

异步传输（Asynchronous Transmission）以字符为单位传输数据，采用位形式的字符同步信号，发送器和接收器具有相互独立的时钟（频率相差不能太多），并且两者中任一方都不向对方提供时钟同步信号。异步传输的发送器与接收器双方在数据可以传送之前不需要协调：发送器可以在任何时刻发送数据，而接收器必须随时都处于准备接收数据的状态。计算机主机与输入、输出设备之间一般采用异步传输方式，如键盘、典型的RS-232串口（用于计算机与调制解调器或ASCII码终端设备之间）：发送方可以在任何时刻发送一个字符（由一个开始位引导，然后连续发完该字符的各位，后跟一个位长以上的哑位）。

同步传输（Synchronous Transmission）以数据帧为单位传输数据，可采用字符形式或位组合形式的帧同步信号（后者的传输效率和可靠性更高），由发送器或接收器提供专用于同步的时钟信号。在短距离的高速传输中，该时钟信号可由专门的时钟线路传输；计算机网络采用同步传输方式时，常将时钟同步信号植入数据信号帧中，以实现接收器与发送器的时钟同步。

1.2.3 同步技术

在通信系统中，时钟和同步一直是确保语音和数据连接可靠和无差错的一项关键设计因素。随着当前网络向基于分组的架构转移，时钟要求正在发生变化，实现标准网络时钟和同步更加复杂。

为了防止数据传输丢失，需要对一条电路交换电信网络上的所有节点进行同步，以确保发送和接收节点以同样的速率对数据进行采样。这是通过一种所谓的主从时钟关系实现的，其中所有网络节点（时钟从节点）都同步到一个具有高精度自由运行时钟的节点（时钟主节点）上。该自由运行时钟称为主参考时钟（PRC）或主参考源（PRS），其精度必须为1E（-11）或以上。这样的精度只能通过铯（原子）时钟或铯时钟控制的无线电信号来产生，如全球定位系统（GPS）、全球轨道导航卫星系统（格洛纳斯，GLONASS）和远程导航系统版本（劳兰C，LORAN-C）。

为获得通信的可靠性，希望全球电信网络全部同步到一个单一的PRC/PRS的愿望是不现实的。实际网络采用一种扁平时钟分布结构，包含许多独立运行的PRC/PRS。每个电信提供商一般都有自己的PRC/PRS，这意味着全球性电信网络是由一些同步的“孤岛”通过一些准同步链路链接而成的。运行两种不同PRC/PRS时钟的两个网络孤岛之间仍会发生数据丢失（也称为缓冲滑动），但由于两个原子时钟之间的频率差异很小，因此这种情况很少发生。还有一些其他缺陷会影响电路交换网络的数据传输，最常见的就是信号抖动（Jitter）和漂移（Wander）。抖动和漂移被定义为数字信号的重要时刻在时间上偏离其理想位置的短期变动和长期变动。电路交换网络中的所有接收机都含有弹性存储缓冲区，以补偿抖动和漂移。该缓冲区的大小应大于网络中的最大抖动和漂移。由于分组抖动可能会比电路交换网络中的抖动和漂移大几个数量级，分组网络中用于补偿的抖动缓冲区比电路交换网络中的抖动缓冲区要大得多。

数据同步目的是使接收端与发送端在时间基准上一致（包括开始时间、位边界、重复频率等）。常用同步方式有两种：位同步和群同步。

1. 位同步

目的是使接收端接收的每一位信息都与发送端保持同步。

位同步又称同步传输，它是使接收端对每一位数据都要和发送端保持同步。实现位同步的方法可分为外同步法和自同步法两种。

（1）外同步——发送端发送数据时同时发送同步时钟信号，接收方用同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。在外同步法中，接收端的同步信号事先由发送端送来，而不是自己产生也不是从信号中提取出来。即在发送数据之前，发送端先向接收端发出一串同步时钟脉冲，接收端按照这一时钟脉冲频率和时序锁定接收端的接收频率，以便在接收数据的过程中始终与发送端保持同步。

（2）自同步——通过特殊编码（如曼彻斯特编码），这些数据编码信号包含了同步信号，接收方从中提取同步信号来锁定自己的时钟脉冲频率。自同步法是指能从数据信号波形中提取同步信号的方法。典型例子就是著名的曼彻斯特编码。

2. 群同步

在数据通信中，群同步又称异步传输，是指传输的信息被分成若干“群”。数据传输过程中，字符可顺序出现在比特流中，字符间的间隔时间是任意的，但字符内各比特用固定的时钟频率传输。字符间的异步定时与字符内各比特间的同步定时，是群同步即异步传输的特征。

群同步是靠起始和停止位来实现字符定界及字符内比特同步的。起始位指示字符的开始，并启动接收端对字符中比特的同步；而停止位则是作为字符间的间隔位设置的，没有停止位，下一字符的起始位下降沿便可能丢失。

1.2.4 编码与差错控制

1. 编码

（1）数字数据的模拟信号编码

为了利用廉价的公共电话交换网实现计算机之间的远程通信，必须将发送端的数字信号变换成能够在公共电话网上传输的音频信号，经传输后再在接收端将音频信号逆变换成对应的数字信号。实现数字信号与模拟信号互换的设备称作调制解调器（Modem）。

模拟信号传输的基础是载波，载波具有三大要素：幅度、频率和相位，数字数据可以针对载波的不同要素或它们的组合进行调制。

数字调制有3种基本形式：幅移键控法ASK、频移键控法FSK、相移键控法PSK。

基本原理：用数字信号对载波的不同参量进行调制。

载波：

S(t) = Acos(ωt+Ψ)

S(t)的参量包括幅度A、频率ω、初相位Ψ。调制就是要使A、ω或Ψ随数字基带信号的变化而变化。

ASK：用载波的两个不同振幅表示0和1。

FSK：用载波的两个不同频率表示0和1。

PSK：用载波的起始相位的变化表示0和1。

在ASK方式下，用载波的两种不同幅度来表示二进制的两种状态。ASK方式容易受增益变化的影响，是一种低效的调制技术。在电话线路上，通常只能达到1200bit/s的速率。

在FSK方式下，用载波频率附近的两种不同频率来表示二进制的两种状态。在电话线路上，使用FSK可以实现全双工操作，通常可达到1200bit/s的速率。

在PSK方式下，用载波信号相位移动来表示数据。PSK可以使用二相或多于二相的相移，利用这种技术，可以对传输速率起到加倍的作用。

由PSK和ASK结合的相位幅度调制PAM，是解决相移数已达到上限但还要提高传输速率的有效方法。

3种调制方式对应同一数据的波形如图1-7所示。

（2）数字数据的数字信号编码

数字信号也可以直接以基带方式进行传输。基带传输是在线路中直接传送数字信号的电脉冲，它是一种最简单的传输方式，近距离通信的局域网都采用基带传输。

对于传输数字信号来说，最常用的方法是用不同的电压电平来表示两个二进制数字，即数字信号由矩形脉冲组成。

不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。

单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的。

（3）模拟数据的数字信号编码

a. 脉码调制PCM。脉码调制是以采样定理为基础，对连续变化的模拟信号进行周期性采样，利用大于等于有效信号最高频率或其带宽2倍的采样频率，通过低通滤波器从这些采样中重新构造出原始信号。

采样定理表达公式：

Fs(=1/Ts)≥2Fmax或Fs≥2Bs

式中：Ts为采样周期；

Fs为采样频率；

Fmax为原始信号的最高频率；

Bs(=Fmax−Fmin)为原始信号的带宽。

b. 模拟信号数字化的三步骤：采样，以采样频率Fs把模拟信号的值采出；量化，使连续模拟信号变为时间轴上的离散值；编码，将离散值变成一定位数的二进制数码。

2. 差错控制

数据通信要求信息传输具有高度的可靠性，即要求误码率足够低。然而，数据信号的传输过程中不可避免地会发生差错，即出现误码。例如，在干线载波信道上采用一般的调制方法传输中速（1200～2400bit）数据信号，其误码率在10−4～10−5数量级，它不能满足传输数据的需要。在数据通信中，这将会使接受端收到的二进制数位和发送端实际发送的二进制数位不一致，从而造成由“0”变成“1”或由“1”变成“0”的差错。造成误码的原因很多，但主要原因可以归结为两个方面：一是信道不理想造成的符号间的干扰；二是噪声对信号的干扰。由于前者常可以通过均衡办法予与改善以至消除，因此，常把信号噪声作为造成传输差错的主要原因。所谓差错控制，就是针对这一原因而采取的技术措施。

（1）差错类型

差错控制是指在数据通信过程中能发现或纠正差错，把差错限制在尽可能小的许可范围内的技术和方法。

差错控制的根本措施是采用抗干扰编码，或称纠错编码。它的基本思想是通过对信息序列做某种变换，使原来彼此独立的、互不相关的信息码元变成具有一定的相关性、一定规律的数据序列，从而在接收端能够根据这种规律性检查（检错）或进而纠正（纠错）码元在信道传输中所造成的差错。采用不同的变换方法也就构成不同的检（纠）错编码。

噪声的类型不同，引起的差错类型也不同，一般可以分为以下两类差错。

a. 随机差错。差错是相互独立、互不相关的。存在这种差错的信道是无记忆信道，如卫星信道。

b. 突发差错。指成串出现的错码。错码与错码之间有相关性，一个差错往往会影响后面一串字。例如，短波和散射信道所产生的差错。

突发错误的影响一般用“突发长度”来表示。为了说明突发长度，这里解释一下什么是错误图样。例如，发送序列为S，接收序列为R，用E表示错误图样。

在错误图样E中，“0”表示在传输中未发生错误，“1”表示在传输中发生了错误，表示是错误的码元。如果已知错误图样，就可确定差错类型。一般来说，错误比较集中（“1”的密度大）的叫作突发差错；错误比较分散的叫作随机差错。为了便于划分突发差错与随机差错的界限，又可定义错误密度。错误密度就是第一个错码至最后一个错码之间的错误码元与总码元数之比。例如，上例中错误密度为4/5。如果错误密度大于4/5算作一个突发错误（突发长度为5），则当错误密度小于4/5时就认为是随机错误。

在差错控制技术中，编码的设计与差错控制方式的选择都与差错类型有关，因此要根据错误的性质设计编码方案和选择适宜的控制方式。当然，实际上两种错误在信道也可能并存，那就要结合实际做出设计和选择。

（2）差错控制的基本方式

a. 前向纠错。前向纠错又称自动纠错（Forward Error Correction，FEC）。实现方法如下：发送端的编码器将输入的信息序列变换成能够纠正错误的码，接收端的译码器根据编码规律校验出错码及其位置并自动纠正。该方式的主要优点是实时性好，不需要反向重传；主要缺点是插入的监督码较多，传输效率低，译码设备复杂。

b. 检错重发。检错重发又称自动反馈重发（Automatic Repeat Request，ARQ）。其方法是：发送端采用某种能够检查出错误的码，在接收端根据编码规律校验有无码错，并把相应结果通过反向信道反馈到发送端，如有错码就反馈重发信号，发送端重发，如无错码就反馈继续发送信号。如重发后仍有错码，则再次重发，直至检不出错码为止。

c. 反馈校验。采用反馈校验时，发送端不进行纠错编码，接收端收到信息码以后，不管有无差错一律通过反向信道反馈到发送端，在发送端与原信息码比较，如有差错则将有差错的部分重发。这种方式的优点是，不需要插入监督码，设备简单。主要缺点是实时性差，需要反向信道。

d. 混合纠错。这种方法是前向纠错和自动反馈重发的混合应用（Hybrid Error Correction，HEC）。发送端发送数据序列经接收端接收并校验后，如果发现错码较少且在纠错能力之内，则接收端译码器自动纠错；如果错码较多，已超过纠错能力，接收端可判断有无错码却不能判决错码的位置，此时译码器自动发送信号，通过反向信道控制发送端重发。

混合纠错具有前向纠错和自动反馈重发的特点，需要反向信道和复杂的设备，但它能更好地发挥检错和纠错能力，在极差的信道中能获得较低的误码率。

差错检测两种最常用的方法是奇偶校验（Parity Checking）与循环冗余校验（Cyclic Redundancy Check，CRC）。

奇偶校验时，需要发送端在原始数据字节的最高位增加一个奇偶校验位，使结果中1的个数为奇数（奇校验）或偶数（偶校验）。例如，1100010增加偶校验位后为11100010，若接收方收到的字节奇偶校验结果不正确，就可以知道传输中发生了错误。此方法只能用于面向字符的通信协议中，且只能检测出奇数个比特错。

循环冗余校验差错检测时，可将传输的比特序列看成系数为0或1的多项式。收发双方约定一个生成多项式G(x)，发送方在帧的末尾加上校验和，使带校验和的帧多项式能被G(x)整除。接收方收到数据帧后，用G(x)除相应的比特序列多项式，不能整除，则可判断传输有错。校验和通常是16位或32位的比特序列，CRC校验的关键是如何计算校验和。

1.2.5 多路复用

1. 多路复用的概念

数据信息在网络通信线路中传输时，要占用通信信道。当用户数量增加时，有限的信道资源就趋显宝贵。如何提高通信信道的利用率对现代通信系统而言是非常重要的。如果一条通信线路只能为一路信号所使用，那么就要承担独享这条通信线路的全部费用，通信服务的成本就比较高，其他用户也因为不能使用通信线路而不能得到服务。所以，在一条通信线路上如果能够同时传输若干路信号，则能降低成本，提高服务质量，增加经济收益。这种在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道，同时传输若干路信号的技术就叫作多路复用技术。多路复用技术基本原理如图1-8所示。

多路复用技术可以分为频分多路复用、波分多路复用和时分多路复用。

2. 频分多路复用（Frequency-Division Multiplexing，FDM）

频分复用是将物理信道上的总带宽分成若干个独立的信道（即子信道），分别分配给用户传输数据信息，各子信道间还略留一个宽度（称为保护带）。图1-9所示描述的是频分复用过程，在频分复用中，如果分配了子信道的用户没有数据传输，那么该子信道保持空闲状态，别的用户不能使用。频分复用适用于传输模拟信号的频分制信道，主要用于电话和有线电视（Community Antenna Television，CATV）系统，在数据通信系统中应和调制解调技术结合使用，且只在地区用户线上用到。为了提高通信链路效率，出现已久的长途电话干线主要采用时分复用。

3. 波分多路复用（Wave-Division Multiplexing，WDM）

波分多路复用技术主要应用在光纤通道上，如图1-10所示。

波分多路复用实质上也是一种频分多路复用技术。由于在光纤通道上传输的是光波，光波在光纤上的传输速度是固定的，所以光波的波长和频率有固定的换算关系。由于光波的频率较高，使用频率来表示就不很方便，所以改用波长来进行表示。在一条光纤通道上，按照光波的波长不同划分成为若干个子信道，每个子信道传输一路信号就叫作波分多路复用技术。在实际使用中，不同波长的光由不同方向发射进入光纤之中，在接收端再根据不同波长的光的折射角度再分解成为不同路的光信号。

4. 时分多路复用（Time-Division Multiplexing，TDM）

与频分多路复用技术和波分多路复用技术不同，时分多路复用技术（如图1-11所示）不是将一个物理信道划分成为若干个子信道，而是不同的信号在不同的时间轮流使用这个物理信道。通信时把通信时间划分成为若干个时间片，每个时间片占用信道的时间都很短。这些时间片分配给各路信号，每一路信号使用一个时间片。在这个时间片内，该路信号占用信道的全部带宽。

（1）同步时分多路复用技术（Synchronous Time-Division Multiplexing，STDM）

这种技术按照信号的路数划分时间片，每一路信号具有相同大小的时间片。时间片轮流分配给每路信号，该路信号在时间片使用完毕以后要停止通信，并把物理信道让给下一路信号使用。当其他各路信号把分配到的时间片都使用完以后，该路信号再次取得时间片进行数据传输。这种方法叫作同步时分多路复用技术，如图1-12所示。

同步时分多路复用技术优点是控制简单，实现起来容易。缺点是如果某路信号没有足够多的数据，不能有效地使用它的时间片，则造成资源的浪费；而有大量数据要发送的信道又由于没有足够多的时间片可利用，所以要拖很长一段的时间，降低了设备的利用效率。

（2）异步时分多路复用技术（Asynchronous Time-Division Multiplexing，ATDM）

这种技术为了提高设备的利用效率，可以设想使有大量数据要发送的用户占有较多的时间片，数据量小的用户少占用时间片，没有数据的用户就不再分配时间片。这时，为了区分哪一个时间片是哪一个用户的，必须在时间片上加上用户的标识。由于一个用户的数据并不按照固定的时间间隔发送，所以称为“异步”。这种方法叫作异步时分多路复用技术，也叫作统计时分多路复用技术（Statistic Time Division Multiplexing，STDM）。这种方法提高了设备利用率，但是技术复杂性也比较高，所以这种方法主要应用于高速远程通信过程中。例如，线路传输速率为9600bit/s，4个用户的平均速率为2400bit/s，当用同步时分复用时，每个用户的最高速率为2400bit/s，而在统计时分复用方式下，每个用户最高速率可达9600bit/s。同步时分复用和统计时分复用在数据通信网中均有使用，如DDN网采用同步时分复用，X.25、ATM采用如图1-13所示的统计时分复用。