信道復(fù)用與數(shù)字復(fù)接

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1、第四章信道復(fù)用與數(shù)字復(fù)接在實際通信中，信道上往往允許多路信號同時傳輸。解決多路信號同時傳輸問題就是信道復(fù)用問題。將多路信號在發(fā)送端合并后通過信道進行傳輸，然后在接收端分開并恢復(fù)為原始各路信號的過程稱為復(fù)接和分接。從理論上講，只要各路信號分量相互正交，就能實現(xiàn)信道的復(fù)用。常用的復(fù)用方式有頻分復(fù)用、時分復(fù)用和碼分復(fù)用等。數(shù)字復(fù)接技術(shù)就是在多路復(fù)用的基礎(chǔ)上把若干個小容量低速數(shù)據(jù)流合并成一個大容量的高速數(shù)據(jù)流，再通過高速信道傳輸，傳到接收端再分開，完成這個數(shù)字大容量傳輸?shù)倪^程，就是數(shù)字復(fù)接。4.1頻分多路復(fù)用（FDM）4.1.1基本頻分復(fù)用頻分多路復(fù)

2、用是指將多路信號按頻率的不同進行復(fù)接并傳輸?shù)姆椒ā６嘤糜谀M通信中。在頻分多路復(fù)用中，信道的帶寬被分成若干個互不重疊的頻段，每路信號占用其中一個頻段，因而在接收端可采用適當?shù)膸V波器將多路信號分開，從而恢復(fù)出所需要的原始信號，這個過程就是多路信號復(fù)接和分接的過程。頻分復(fù)用實質(zhì)就是每個信號在全部時間內(nèi)占用部分頻率譜。圖4-1（a）FDM系統(tǒng)原理框圖圖4-1（b）以=3為例的頻譜圖圖4-1（a）是頻分多路復(fù)用的系統(tǒng)原理框圖。假設(shè)有路相似的消息信號，，…，,各消息的頻譜范圍為。由系統(tǒng)框圖可見，在系統(tǒng)的輸入端，首先要將各路信號復(fù)接，各路輸入信號先通

3、過低通濾波器，以消除信號中的高頻成分，使之變?yōu)閹扌盘?。然后將這一帶限信號分別對不同頻率的載波進行調(diào)制，路載波，，…，稱為副載波。調(diào)制后的帶通濾波器將各個以調(diào)波頻帶限制在規(guī)定的范圍內(nèi)，系統(tǒng)通過復(fù)接把各個帶通濾波器的輸出合并而形成總信號。圖4-1（b）是N=3以為例，使用SSB調(diào)制方式，并且設(shè)其工作在上邊帶時的頻譜圖，圖中，副載波頻率之間的間隔，為消息信號的頻譜范圍，為鄰路間隔保護頻帶。例如，話音通信中語音信號最高頻率為，通常采用，這樣就可以使鄰路干擾電平低于以下，最終副載波間隔取值為。在某些信道中，總信號可以直接在信道中傳輸，這時所需的最小帶

4、寬為在無線信道中，如采用微波頻分復(fù)用線路，總信號還必須經(jīng)過二次調(diào)制，這是所用的主載波要比副載波高的多。最后，系統(tǒng)把載波為的已調(diào)波信號送入信道發(fā)送出去。在接收端，基本處理過程恰好相反。如果總信號是通過特定信道無主載波調(diào)制的，則直接經(jīng)各路帶通濾波器濾出相應(yīng)的支路信號，然后通過副載波解調(diào)，送低通濾波器得到各路原始消息信號；如果總信號是通過主載波調(diào)制而送到信道的，則先要用主解調(diào)器把包括各路信號在內(nèi)的總信號從主載波上解調(diào)下來，然后就像上述無主載波調(diào)制信號一樣將總信號送入各路帶通濾波器，完成原始信號的恢復(fù)。頻分多路復(fù)用就是利用各路信號在頻率域上互不重疊來

5、區(qū)分的，復(fù)用路數(shù)的多少主要取決于允許的帶寬和費用，傳輸?shù)穆窋?shù)越多，則信號傳輸?shù)挠行栽礁摺ｎl分復(fù)用的優(yōu)點是復(fù)用路數(shù)多，分路方便；多路信號可同時在信道中傳輸，節(jié)省功率。頻分多路復(fù)用的缺點是設(shè)備龐大、復(fù)雜，路間不可避免的會出現(xiàn)干擾，這是系統(tǒng)中非線性因素引起的。4.1.2正交頻分復(fù)用（OFDM）OFDM是多載波數(shù)字調(diào)制技術(shù)，它將數(shù)據(jù)經(jīng)編碼后調(diào)制為射頻信號。不像常規(guī)的單載波技術(shù)，如AM/FM（調(diào)幅/調(diào)頻）在某一時刻只用單一頻率發(fā)送單一信號，OFDM在經(jīng)過特別計算的正交頻率上同時發(fā)送多路高速信號。這一結(jié)果就如同在噪聲和其它干擾中突發(fā)通信一樣有效利用帶寬

6、。傳統(tǒng)的FDM（頻分復(fù)用）理論將帶寬分成幾個子信道，中間用保護頻帶來降低干擾，它們同時發(fā)送數(shù)據(jù)。例如：有線電視系統(tǒng)和模擬無線廣播等，接收機必須調(diào)諧到相應(yīng)的臺站。OFDM系統(tǒng)比傳統(tǒng)的FDM系統(tǒng)要求的帶寬要少得多。由于使用無干擾正交載波技術(shù)，單個載波間無需保護頻帶，且頻譜可相互重疊。這樣使得可用頻譜的使用效率更高。另外，OFDM技術(shù)可動態(tài)分配在子信道上的數(shù)據(jù)。為獲得最大的數(shù)據(jù)吞吐量，多載波調(diào)制器可以智能地分配更多的數(shù)據(jù)到噪聲小的子信道上。正交頻分復(fù)用作為一種多載波傳輸技術(shù)，主要應(yīng)用于數(shù)字視頻廣播系統(tǒng)、MMDS（multichannelmultip

7、ointdistributionservice）多信道多點分布服務(wù)和WLAN服務(wù)以及下一代陸地移動通信系統(tǒng)。圖4-2單載波調(diào)制、FDM及OFDM三種方式的頻譜圖。圖4-2單載波調(diào)制、FDM、OFDM三種調(diào)制方式頻譜比較4.2時分多路復(fù)用（TDM）在數(shù)字通信系統(tǒng)中，模擬信號的數(shù)字傳輸或數(shù)字信號的多路傳輸一般都采用時分多路復(fù)用方式來提高系統(tǒng)的傳輸效率。4.2.1時分復(fù)用基本原理在PCM脈沖編碼調(diào)制中，抽樣定理告訴我們，一個頻帶限制在0到以內(nèi)的低通模擬信號，可以用時間上離散的抽樣值來傳輸，抽樣值中包含的全部信息，當抽樣頻率時，可以從已抽樣的輸出信號

8、中不失真地恢復(fù)出原始信號。由于單路抽樣信號在時間上離散的相鄰脈沖間有很大的空隙，在空隙中插入若干路其他抽樣信號，只要各路信號在時間上不重疊并能區(qū)分開，那么一個信道就