每天一个网络知识：多路复用

多路复用（Multiplexing）是指在单个传输介质上同时传输多个信号的技术，通过在发送端合并信号、在接收端分离，确保无干扰。它是物理层和数据链路层的核心机制，源于19世纪电话交换的“人工调度”，如今数字化演进。根据香农定理，介质容量C = B log2(1 + SNR)，多路复用最大化利用B（带宽），提升整体吞吐。

简单比喻：多路复用像电梯分层运行，一根电缆（电梯井）载多路信号（乘客），避免每人独占。优势：节省成本、提高效率；缺点：需同步和防串扰。类型多样，按维度分：时分（时间）、频分（频率）、码分（编码）、波分（波长）和空间分（空间）。选择取决于介质：铜线用FDM，光纤用WDM，无线用TDM/CDMA。2025年，随着6G试验，多路复用正向AI优化融合，让动态分配更智能。课堂起点：用乐高积木模拟——一根“线”上“堆”多“车”，直观见效。

时分复用

时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）将时间轴切分成固定时隙，每路信号轮流占用，像火车站的调度表。同步TDM需公共时钟，确保时隙对齐；统计TDM（STDM）动态分配，空闲时隙给忙碌用户，效率更高。

原理：发送端用多路器（MUX）交织比特流，帧结构含同步位+数据位+控制位。接收端解多路器（DEMUX）按序拆分。带宽利用率高，但需防抖动（jitter）。经典应用：T1/E1线路，每帧24/30路64kbps语音，总1.544/2.048Mbps。数字电话网PDH（逐层复用）全靠它。

现代演进：ATM网络用TDM固定单元，VoIP用STDM动态。5G NR中，TDM结合FDM，实现上行/下行切换。挑战：时钟漂移，用PLL（锁相环）校正。学生实验：用Python模拟TDM——随机生成多路数据，交织输出帧，看如何“公平分时”。这能让你们感受到“时间就是带宽”的哲理。

频分复用

频分复用（Frequency Division Multiplexing, FDM）将带宽切分成非重叠子带，每路信号占一“车道”，用滤波器隔离。模拟时代明星：电话网用FDM并行12路语音（每个4kHz），载波间守卫带（guard band）防泄漏。

数字版DFDM用调制分配频谱，如DSL宽带分上游/下行。原理：基带信号调制到不同载波，叠加传输；接收端滤波+解调。优势：连续传输，无时隙浪费；缺点：守卫带闲置，效率约70%。应用：有线电视CATV，一电缆传多频道；AM/FM广播分频段。

2025年热点：WiFi 6的OFDMA（正交FDM），子载波正交无守卫，提升密集区容量。挑战：频谱碎片，用动态FDM自适应。课堂趣谈：调收音机，观察AM（低频分隔宽）和FM（窄带高效）的差异——FDM让“频道翻滚”成现实。

波分复用

波分复用（Wavelength Division Multiplexing, WDM）是光纤的专属“彩虹术”，不同波长（颜色）光信号并行传输，像棱镜分光。密集WDM（DWDM）间距0.8nm（100GHz），单纤载80+通道，总容量Tbps级。

原理：激光器发特定波长，MUX用光分路器合并，DEMUX用光栅分离。CWDM（粗WDM）间距20nm，成本低用于城域网。优势：无电磁干扰，距离远；缺点：激光昂贵，非线性效应（如四波混频）需补偿。

应用：海缆如FAZER系统，用DWDM跨大西洋，2025年升级至400G/波。数据中心用硅光子WDM，减少互连延迟。未来：相干WDM结合DSP（数字信号处理），抗噪更强。实验建议：用光纤套件演示——多色LED模拟波长，滤镜分离，学生常惊呼“光纤的魔力”！

码分复用与空间分复用

码分复用（Code Division Multiplying, CDM）用唯一码序列区分信号，如CDMA手机，每用户伪随机码正交，功率控制防近远效应。3G UMTS全赖它，多用户共享全带宽，容量翻倍。但同步难，4G后渐退。

空间分复用（Spatial Division Multiplexing, SDM）用多天线/多芯纤“空间通道”。MIMO是无线版：多输入多输出，5G Massive MIMO用256天线束形，提升20倍容量。多芯光纤SDM实验中，2025年商用化，单纤容量破PB/s。

这些“新星”解决传统限：CDM抗干扰，SDM扩维度。挑战：码相关性、空间串扰，用机器学习优化。