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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的復合信號的方法,常見的信號復用采用按頻率區分與按時間區分的方式,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,廣泛應用于衛星通信、移動通信、一點多址微波通信系統中。
通常在通信系統中,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的多個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,在發送端首先要對各路信號進行調制將其頻譜函數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的頻段小,最節省頻帶,在同一信道中傳送的路數可以增加。
頻分復用系統的示意圖如圖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。
頻分復用系統最大的優點是信道復用率高,允許的復用路數較多,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,所以容易產生路間干擾。
圖4.6頻分復用系統的示意圖
FDMA通信系統模型如圖4.7所示。FDMA通信系統核心的思想是頻分復用,發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,從而恢復發送端的基帶信號。
圖4.7FDMA通信系統模型
頻分復用技術除傳統意義上的頻分復用外,還有一種是OFDM。
1.傳統的頻分復用傳統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)網絡電視信號的傳輸了,不管是模擬電視信號還是數字電視信號都是如此,因為對于數字電視信號而言,盡管在每一個頻道(8MHz)以內是時分復用傳輸的,但各個頻道之間仍然是以頻分復用的方式傳輸的。
2.OFDMOFDM技術是在1971年被相關標準化組織提出的。由于數字信號處理技術的快速發展,OFDM系統可以采用FFT和IFFT來對數據進行調制和解調。1980年,Ruiz提出了循環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前綴長度時,經過多徑衰落信道后的OFDM系統的性能會比較好。目前OFDM已經應用于多通信技術,如釆用IEEE802.11標準的無線局域網、歐洲數字化音頻廣播、數字化視頻廣播、高清晰度數字電視,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射機。從而避免了OFDM系統中的一個主要缺點,即高峰均比而導致昂貴的高功率發射機。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,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。