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復用是指將若干個彼此獨立的信號合并成可在同一信道上傳輸?shù)膹秃闲盘柕姆椒?,常見的信號復用采用按頻率區(qū)分與按時間區(qū)分的方式,前者稱為頻分復用(frequency division multiplexing,FDMA),后者稱為時分復用。
頻分多址(frequencydivisionmultipeaccess,FDMA)是使用最早、目前使用較多的一種多址接入方式,廣泛應用于衛(wèi)星通信、移動通信、一點多址微波通信系統(tǒng)中。
通常在通信系統(tǒng)中,信道所提供的帶寬往往比傳輸一路信號所需要的帶寬要寬得多,這樣就可以將信道的帶寬分割成不同的頻段,每頻段傳輸一路信號,這就是頻分復用。頻分復用是指信道復用按頻率區(qū)分信號,即將信號資源劃分為多個子頻帶,每個子頻帶占用不同的頻率。然后把需要在同一信道上同時傳輸?shù)亩鄠€信號的頻譜調制到不同的頻帶上,合并在一起不會相互影響,并且能在接收端彼此分離開。為此,在發(fā)送端首先要對各路信號進行調制將其頻譜函數(shù)搬移到相應的頻段內,使之互不重疊,再送入信道一并傳輸。在接收端則釆用不同通帶的帶通濾波器將各路信號分隔,然后分別解調,恢復各路信號。調制的方式可以任意選擇,但常用的是單邊帶調制。因為每一路信號占據(jù)的頻段小,最節(jié)省頻帶,在同一信道中傳送的路數(shù)可以增加。
頻分復用系統(tǒng)的示意圖如圖4.6所示,其中f1(t)、f2(t)、…、fn(t)為n路低頻信號,通過調制器形成各路處于不同頻段上的邊帶信號。頻分復用的理論基礎仍然是調制和解調。通常為防止鄰路信號的相互干擾,相鄰兩路間還要留有防護頻帶,因此各路載頻之間的間隔應為每路信號的頻帶與保護頻帶之和。以語音信號為例,其頻譜一般在0.3?3.4kHz范圍內,防護頻帶標準為900Hz,則每路信號占據(jù)頻帶為4.3kHz,以此來選擇相應的各路載頻頻率,在接收端則用帶通濾波器將各路信號分離,再經(jīng)同步檢波即可恢復各路信號,為減少載波頻率的類型,有時也用二次調制。
頻分復用系統(tǒng)最大的優(yōu)點是信道復用率高,允許的復用路數(shù)較多,同時分路也很方便,是模擬通信中主要的一種復用方式,在有線和微波通信中的應用十分廣泛。頻分復用的缺點是設備生產(chǎn)較為復雜,同時因濾波性能不夠理想,以及信道內存在的非線性,所以容易產(chǎn)生路間干擾。
圖4.6頻分復用系統(tǒng)的示意圖
FDMA通信系統(tǒng)模型如圖4.7所示。FDMA通信系統(tǒng)核心的思想是頻分復用,發(fā)送端的基帶信號通過不同的載波調制之后,通過合路器進行二次調制之后在信道中進行傳輸;接收端通過帶通濾波器對接收到的信號進行濾波,然后進行解調,從而恢復發(fā)送端的基帶信號。
圖4.7FDMA通信系統(tǒng)模型
頻分復用技術除傳統(tǒng)意義上的頻分復用外,還有一種是OFDM。
1.傳統(tǒng)的頻分復用傳統(tǒng)的頻分復用典型的應用莫過于廣電HFC(hybridfibercable,混合光纖同軸電纜)網(wǎng)絡電視信號的傳輸了,不管是模擬電視信號還是數(shù)字電視信號都是如此,因為對于數(shù)字電視信號而言,盡管在每一個頻道(8MHz)以內是時分復用傳輸?shù)?,但各個頻道之間仍然是以頻分復用的方式傳輸?shù)摹?/p> 2.OFDM
OFDM技術是在1971年被相關標準化組織提出的。由于數(shù)字信號處理技術的快速發(fā)展,OFDM系統(tǒng)可以采用FFT和IFFT來對數(shù)據(jù)進行調制和解調。1980年,Ruiz提出了循環(huán)前綴的概念來消除相互干擾。當信道的最大時延小于釆用的循環(huán)前綴長度時,經(jīng)過多徑衰落信道后的OFDM系統(tǒng)的性能會比較好。目前OFDM已經(jīng)應用于多通信技術,如釆用IEEE802.11標準的無線局域網(wǎng)、歐洲數(shù)字化音頻廣播、數(shù)字化視頻廣播、高清晰度數(shù)字電視,采用IEEE802.16標準的中國移動多媒體廣播等。這些應用都得益于低復雜度的OFDM接收機,并且用戶終端不需要具有高功率發(fā)射機。從而避免了OFDM系統(tǒng)中的一個主要缺點,即高峰均比而導致昂貴的高功率發(fā)射機。因為OFDM技術可以對抗多徑衰落信號,以及可以和其他技術組成新的通信系統(tǒng),因此在3G/4G通信技術標準中,OFDM被LTE(longtermevolution,長期演進)下行鏈路標準釆納,被3GPPLTE-Advanced和IMT-Advanced列為首選技術。