为提高通信效率、抗干扰性等其他目的，可将可用带宽合理使用，称为带宽利用。 复用（multiplexing）可获得效率，扩频（spreading）可达到保密与抗干扰（插入冗余扩展通道的带宽）。

一、复用

        当连接两台设备的介质带宽比设备间传输所需要的带宽高时，此链路就可以进行共享，复用技术就是允许同时通过一条数据链路传输多个信号的技术。

        如图所示，n条线路共享同一条链路（物理通路）的带宽，复用器MUX的作用是将多条流量组成一个单独的传输流，由分离器DEMUX接收传输流，并且进行分解，然后直接发送到对应的线路上。 

        多路复用分为三种，如下图所示，其中前两种用于传模拟信号，后一种用于数字信号。

频分多路复用FDM

        在链路带宽大于传输的信号带宽之和时，可以使用频分多路复用，每一个发送设备生成的信号用于调制不同的载波频率，调制后的信号再被合并为一个复合信号，载波之间的频率差必须能容纳调制信号的带宽，通道之间由防护频带进行隔离，防止信号重叠。

        FDM是用组合模拟信号的模拟多路复用技术，因此要传输数字信号，必须将其转换成为模拟信号。

例1：

        假定一个语音通道占用的带宽是4kHz，要将三个语音通道合并到一条带宽为12kHz（20~32kHz）的链路上，使用频域图表示这一配置过程，假定不使用防护频带。

解：

        将三个语音通道平移（调制）到不同的宽带，第一个信道使用20~24kHz的带宽，第二个信道使用24~28kHz的带宽，第三信道使用28~32kHz的带宽，如图6.6所示进行合并。

        

 例2：

        有5个通道，每个通道的带宽是100kHz，全部进行多路复用，如果通道之间需要10kHz的防护频带来防止干扰，则链路的最小带宽是多少？

解：

        对于5个通道，至少要4个防护频带，意味着至少需要带宽：

5×100 + 4×10 = 540kHz

 如图6.7所示。

例3：

        有4个数据通道，每个通道的传输速率是1Mbps，使用1MHz的卫星通道，使用FDM设计一种合理的配置 。

解：

        卫星信道是模拟的，将其划分为4个通道，则每个通道的带宽是250kHz，对于每个1Mbps的数字信号进行调制，将4位调制为1Hz，一种解决方案为16-QAM，如图6.8所示：

         电话公司模拟载波系统，将低带宽线路的信号复用到更高带宽的线路上。可依次排列为：群->超群->主群->巨群。其中后两者需要防护频带。

例4：

        高级移动电话系统使用两个波段，第一个波段是824~849MHz，用于发送，而869~894MHz用于接收，每一个用户在每个方向上都有30kHz的带宽密kHz语音使用FM调制时，生成20kHz的调制信号，问：可以有多少人同时使用移动电话？

解：

        每个波段为25MHz，按30kHz划分，可以得到833.33个，实际上波段分为832个通道，在这些通道中，42个通道用于控制，790个通道用于移动电话用户。

波分多路复用WDM

        波分多路复用用于具有高数据速率传输能力的光缆，WDM在概念与原理上与FDM相同，不同的是频率非常高。

         WDM是合并多个光信号的模拟多路复用技术，原理如下图所示：
 

         与FDM相似，WDM在复用器上将多个光源组成单一光信号，在分离器上做相反的处理，光源组合与分离由棱镜通过调整入射角与频率来完成。将WDM改进，使得相邻通道之间的频率更接近来复用大量的通道，称为DWDM密集波分复用。

时分复用TDM

         TDM是一个数字化的过程，允许多个连接共享一条高宽链路，是在时间上的共享，每个连接占用链路的一个时间片段称为时隙。TDM是组合多个低俗的通道为一个高速通道数据的数字复用技术。

             输入的数据流被划分为多个单元，每个输入占用一个输入时隙，一个单元可以是一位、一个字符或者一个数据块。每个输入单元成为一个输出单元，占用一个输出时隙，但是每个输出单元持续的时间是输入单元持续时间的1/n。

         在同步TDM中，链路速率是单个连接数据速率的n倍，并且分给每个单元连接的持续时间是单元持续时间的1/n，一个帧由多个时隙组成的完整的循环构成，每个时隙专用于一个发送设备。

例5：

        在图6.13中，每个输入连接的数据速率是1kbps，一个单元为1位，试确定：

（a）每一个输入单元的时隙

（b）每一个输出单元的时隙

（c）每个帧的时隙

解：

        a.每个输入连接的数据速率是1kbps，表明位持续时间为1/1000s，即1ms，输入时隙与位持续时间相同。

        b.每个输出时隙的持续时间是输入时隙的1/3，表明输出时隙的持续时间是1/3ms。

        c.每个帧具有三个输出时隙，因此一个帧的持续时间是3*1/3ms，即1ms。

例6：

        图6.14表示了4个输入数据流和1个输出数据流的同步TDM，数据单元室一位。试求：

（a）输入位的持续时间

（b）输出位的持续时间

（c）输出比特率

（d）输出帧的速率

a.输入位的持续时间是速率的倒数：1/1Mbps=1us。

b.输出位持续时间是输入位持续时间的1/4，即1/4us。

c.输出比特率是输出位持续时间的倒数，即4Mbps。

d.帧速率与任意输入速率相同，每秒1M帧。

交替

        将TDM看成两个快速旋转的开关，在复用的一侧，当开关在一个连接前打开时，连接即有机会向通道上发送一个单元，这个过程被成为交替。类似的，在信号分离的一侧，开关在某个连接前打卡时，连接有机会在通道中接收一个单元。

例8:

        4个通道使用TDM实现复用，如果每个通道的发送速度是100字节每秒，每个通道复用1字节，试画出链路中帧的传输情况，说明帧的大小、帧的持续时间、帧传输的速度以及链路的比特率。

解：

        每帧从通道中传送1字节，帧的大小应为4字节，即32位；因为发送速率是100字节每秒，帧的传输速率应为100帧每秒，每帧的持续时间为1/100s，比特率为100*32，即3200bps。

例9：

        复用器使用2位的时隙合并4个100kbps。试画出任意4中输入的输出结果，帧速率是多少，帧的持续时间是多少，比特率是多少，位持续时间是什么？

解：

        如图6.17所示。由于每帧包含每个通道的两位，因此链路每秒传输50k帧，每帧的持续时间为1/50,000s，即20us。帧速率是50,000帧/秒，每帧运送8位，比特率为50,000*8=400,000bps，位的持续时间是1/400,000s。

        如果在复用过程中，产生空时隙，会极大影响效率，为此同步TDM方式有可以改进的空间，改进的方案如下所示。

例10：

        有4个数据源，每个数据源每秒产生250个字符，如果交替的单元是1字符，每帧增加一个同步位，试确定：

（a）每个数据源的数据速率

（b）每个数据源中每个字符的持续时间

（c）帧速率

（d）每帧的持续时间

（e）每帧的位数

（f）链路的数据速率

解：

 a.每个数据源的数据速率250*8=2kbps。

b.每个数据源每秒发送250个字符，所以每个字符的持续时间是1/250s。

c.与数据源的速率一致，应为250帧每秒。

d.每帧的持续时间是1/250s。

e.每帧传送4个字符和1个附件的同步位，这表示每帧4*8+1=33位。

f.链路每秒发送250帧，每帧为33位，链路数据位250/33，即8250bps。

例6.11

        两个通道，一个通道的比特率是100kbps，而另一个通道的比特率是200kbps，对它们实现多路复用如何实现？帧速率是多少？每帧的持续时间是多少？链路的比特率是多少？

解：

         为第一个通道分配1时隙，为第二个通道分配2时隙，每帧传送3bits。由于它从第一个通道中传送1个位，所以帧速率是100,000帧/s，每帧的持续时间是1/100,000,即10ms，链路比特率是100,000帧/秒*3位/秒，即300kbps。

注意：由于每帧从第一个通道中传送1个位，第一个通道的比特率得到保持，因为每帧从第二通道中传送2个位，所以第二个通道的比特率也得到保持。

        比特率每一级有所递增，这些额外的开销通常用于同步。

        DS-x是服务名称，为了实现这些服务，电话公司使用T线路（T-1到T-4，美国标准）； 线路容量与DS-1到DS-4的数据速率精确匹配。

统计时分复用

        统计时分复用动态分配时隙以提高带宽的效率，仅当输入线有发送数据时，时隙才有意义并在输出帧中给予一个时隙，统计复用中时隙的个数通常小于输入线的条数，复用器循环顺序的检测每一条输入线，如果输入线有数据发送，则对输入线分配一个时段，否则调过这条线，检测下一条线。

扩频（SPREAD SPECTRUM）

        在扩频中，同样是把来自不同源端的信号组合在一起形成一个更宽的带宽，但是目的有所不同，扩频是无线通信一种重要的编码形式，不但能提高接收效果，而且可以加大人为干扰和窃听的难度。它的基本思想是对信号进行调制，使传输信号的带宽明显增加，并且增加了冗余部分，扩展原始信号的频带满足每个站的需要，扩大的带宽允许源端用带有防护带的封装将它的报文进行更安全的传输。

        对每个站点需要分配的带宽显然要比它所需要的带宽更大 原来的带宽B扩大到BSS，必须由一个独立于原信号的过程来做。也就是说，信号由源端生成后，扩频过程才发生。

        跳频扩频FHSS在每一时刻用不同的载波频率，每时刻的频率选择如下图所示，8次跳频后，模式重复，属于伪随机。

         但是窃听者不知道扩频序列，不能很快适用下一次跳变。

        若跳频数为M，则可将M个通道复用为使用同一带宽Bss的一个通道；FDM固定分配，而FHSS跳到跳改变分配。

        在DSSS中，每个数据位用扩展编码的n位替代，即每一位被编码为n个码片，码片的速率是数据比特率的n倍 。

         如下图所示，当扩频信号的带宽是源信号的11倍时，如果入侵者不知道该编码，扩频信号可提供保密； 如果每个站点使用不同的编码，它也可提供抗干扰的能力