频分复用与多址

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“复用”是一种将若干个彼此独立的信号，合并为一个可在同一信道上同时传输的复合信号的方法。比如，传输的语音信号的频谱一般在300~3400Hz内，为了使若干个这种信号能在同一信道上传输，可以把它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不致相互影响，并能在接收端彼此分离开来。

有三种基本的多路复用方式：频分复用（FDM）、时分复用（TDM）与码分复用（CDM）。按频率区分信号的方法叫频分复用，按时间区分信号的方法叫时分复用，而按扩频码区分信号的方式称为码分复用。这里我们先讨论频分复用，时分复用将在第6章讨论。关于码分复用问题，在第9章将作简要介绍。

频分复用的目的在于提高频带利用率。通常，在通信系统中，信道所能提供的带宽往往要比传送一路信号所需的带宽宽得多。因此，一个信道只传输一路信号是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，因而提出了信道的频分复用问题。

图1示出了一个频分复用电话系统的组成框图。图中，复用的信号共有n路，每路信号首先通过低通滤波器（LPF），以限制各路信号的最高频率。为简单起见，无妨设各路的 都相等。例如，若各路都是话音信号，则每路信号的最高频率皆为3400Hz。然后，各路信号通过各自的调制器进行频谱搬移。调制器的电路一般是相同的，但所用的载波频率不同。调制的方式原则上可任意选择，但最常用的是单边带调制，因为它最节省频带。因此，图中的调制器由相乘器和边带滤波器（SBF）构成。在选择载频时，既应考虑到边带频谱的宽度，还应留有一定的防护频带，以防止邻路信号间相互干扰，即

1，2，…，n （1）

式中，和分别为第i路和第（i+1）路的载波频率。显然，邻路间隔防护频带越大，对边带滤波器的技术要求越低。但这时占用的总频带要加宽，这对提高信道复用率不利。因此，实际中应尽量提高边带滤波技术，以使尽量缩小。目前，按CCITT标准，防护频带间隔应为900Hz。

图1 频分复用系统组成框图

经过调制的各路信号，在频率位置上就被分开了。因此，可以通过相加器将它们合并成适合信道内传输的复用信号，其频谱结构如图2所示。图中，各路信号具有相同的，但它们的频谱结构可能不同。n路单边带信号的总频带宽度为

（2）

式中，为一路信号占用的带宽。

图2 频分复用信号的频谱结构

合并后的复用信号，原则上可以在信道中传输，但有时为了更好地利用信道的传输特性，还可以再进行一次调制。

在接收端，可利用相应的带通滤波器（BPF）来区分开各路信号的频谱。然后，再通过各自的相干解调器便可恢复各路调制信号。

频分复用系统的最大优点是信道复用率高，容许复用的路数多，分路也很方便。因此，它成为目前模拟通信中最主要的一种复用方式。特别是在有线和微波通信系统中应用十分广泛。频分复用系统的主要缺点是设备生产比较复杂，会因滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而产生路间干扰。

FDMA——在频分多址中，不同地址用户占用不同的频率，即采用不同的载波频率，通过滤波器选取信号并抑制无用干扰，各信道在时间上可同时使用。频分多址技术比较成熟，第一代蜂窝式移动电话系统采用的就是FDMA技术。目前我国运行的模拟蜂窝式移动电话系统均使用频分多址技术。

卫星通信中的多址联接技术和多路复用技术是信号分割理论的具体应用。它们很相似，但又有区别。多址技术是多个通信站的射频信号在射频信道上进行的多路复用，以达多个通信站间多边通信的目的；而多路复用是一个通信站的多路群信号在中频信道上进行的多路复用，以达两个站间的双边多路通信的目的。

FDMA频分多路多址联接方式是每个地球站分配一个专用的载波，并且，所有地球站的载波互不相同，为了载波互不干扰，它们之间有足够的间隔。即频分多路复用－调频方式－频分多址联接（FDM－FM－FDMA），这里，首先将电话信号经长途电信局送到载波终端，按频分多路复用FDM方式把信号复用在60路标准基带中，整个基带包括5个基群，每个基群有12个话路，将它们按预先分配方式分配给一个地球站。然后把60路的群信号用FM方式调制到分配给地球站的载波上，经本站天线系统向卫星发射。通过卫星上转发器将上行频率变换成下行频率，并发向各站，这些地球站将收到的信号解调便得到60路群信号，从群信号滤出发给本站的基群信号。

TDMA时分多址联接方式是把卫星转发器的工作时间分割成周期性、互不重叠的时隙，我们把一个周期叫做一帧，一帧中每一个时隙叫做分帧。将每个分帧分配给各地球站使用。时分多址联接主要用来传输时分多路复用数字信号，一个典型的应用是脉码调制－时分复用－移相键控－时分多址联接（即PCM－TDM－PSK－TDMA）。这里，各地球站首先将PCM数字信号按时分多路复用（TDM）方式形成多路信号，然后通过调制器产生数字移相键控信号，各地球站在定时同步系统控制下，只在自己的时隙内向卫星发射信号，而卫星转发器将这些不同时隙来的各地球站信号，按时间顺序排列起来。为了各站之间互不干扰，各时隙之间有一定的保护时隙。一般过程为：首先地球站接收机收到卫星转发器发来的各地球站的微波TDMA帧信号，在解调器中进行相干解调，并同时取出各站的前置码（它位于各分帧信号码的最前边），根据前置码可发判别出来自各地球站发给本站的信号。解调后的信号送至时分多址分离和缓冲控制装置，在此设备中，先由前置码去控制分离装置选出发给本站的PCM信号，再经缓冲器和PCM译码器变为模拟信号，最后送给用户。

在实际应用中，多址技术常与多路复用技术混合使用，例如目前国际卫星通信和一些国家国内商用卫星通信采用的：单边带调制－频分复用－调频－频分多址方式（SSB－FDM－FM－FDMA），可传送多路模拟信号；脉码调制－时分复用－相移键控－频分多址方式（PCM－TDM－PSK－FDMA）和脉码调制－时分复用－相移键控－时分多址调制方式（PCM－TDM－PSK－TDMA），可传送多路数字信号。

时分多址与频分多址技术也常混合使用。例如，GSM系统就是TDMA与FDMA混合使用的。