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数字通信原理”第第4章章 信道复用与数字复接信道复用与数字复接“数字通信原理”4.1 频分多路复用频分多路复用(FDM) 4.2 正交频分复用正交频分复用(OFDM) 4.3 时分多路复用时分多路复用(TDM) 4.4 数字复接技术数字复接技术 “数字通信原理”4.1 频分多路复用（频分多路复用（FDM） 4.4.1.1 1.1 直接法直接法FDMFDM 当复用的路数不是很大时可用直接法实现当复用的路数不是很大时可用直接法实现FDMFDM频频分分多多路路复复用用是是指指将将多多路路信信号号按按频频率率的的不不同同进进行行复接并传输的方法复接并传输的方法频分多路复用频分多路复用 直接法直接法 复级法复级法 “数字通信原理”图 4-1 直接法FDM系统的原理图及频谱图(a) 系统原理框图； (b) 频谱图 “数字通信原理” 在在某某些些信信道道中中，总总信信号号fs(t)可可以以直直接接在在信信道道中中传传输输，这这时时所需的最小带宽为所需的最小带宽为 WSSB=NWm+(N-1)Wg=Wm+(N-)Ws 在在无无线线信信道道中中，如如采采用用微微波波频频分分复复用用线线路路，总总信信号号fs(t)还还必必须须经经过过二二次次调调制制，这这时时所所使使用用的的主主载载波波a要要比比副副载载波波cN高高得得多多。

最最后后，系系统统把把载载波波为为a的的已已调调波波信信号号送送入入信信道道发发送送出出去去主主载载波波调调制制器器MOD可可以以采采用用任任意意调调制制方方式式，视视系系统统的的具具体体情情况况而定，而定， 通常采用调频通常采用调频(FM)方式 4.1.1 直接法直接法FDM“数字通信原理”当当复复用用路路数数很很大大时时，可可以以采采用用复复级级法法实实现现FDM，通常利用多级调制产生合成信号通常利用多级调制产生合成信号fs(t) 考考虑虑两两级级调调制制，若若将将N个个信信号号分分成成m个个组组，每每组组由由n路路单单边边带带信信号号组组成成， 每每路路调调制制在在一一个个副副载载波波上上，则则各各组组的的副副载载波波应应当当相相同同，显显然然，这这时时选选择择的的mnN具具有有相相同同频频谱谱宽宽度度的的m个个已已调调信信号号再再进进行行第第二二次次单单边边带带调调制制，所所用用的的m个个主主载载波波为为a1, a2, , am ，这这些些载载波波间间隔隔应应大大于于nWm最最后后将将m组组单单边边带带信信号号合合成成为为总总信信号号fs(t)送入信道传输送入信道传输 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图图4-4-2 2 复级法复级法FDMFDM的系统原理框图及频谱图的系统原理框图及频谱图(a) 系统原理框图；系统原理框图； (b) 频谱图频谱图 “数字通信原理”图图 4- 4-2 2 复级法复级法FDMFDM的系统原理框图及频谱图的系统原理框图及频谱图(a) 系统原理框图；系统原理框图； (b) 频谱图频谱图 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理” 直直接接法法和和复复接接法法的的最最大大容容量量均均为为N=mn，但但直直接接法法所所用用的的载载波波数数为为mn，复复接接法法为为(m+n)， 故故可可节节约约载载波波数数为为(mn-m-n)。

在在两两级级复复用用系系统统中中，复复级级法法需需要要(mn+m)个个调调制制器器， 而而直直接接法法需需要要mn个个， 两两级级复复用用比比单级多用单级多用m个调制器个调制器 实实际际的的多多路路载载波波电话系系统统采采用用多多级级调调制制、分分层层结结构构形形式式， 图图4-3给给出出了了实实际际系系统统的的框框图图和和频频谱谱结结构构图 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图图 4- 4-3 3 多路载波系统的组成及频谱结构图多路载波系统的组成及频谱结构图( (a) a) 多路载波系统原理框图；多路载波系统原理框图； ( (b) b) 话音信号基带频谱图；话音信号基带频谱图；(c) 基群信号的频谱配置；基群信号的频谱配置； (d) 超群信号的频谱配置超群信号的频谱配置 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图图 4- 4-3 3 多路载波系统的组成及频谱结构图多路载波系统的组成及频谱结构图( (a) a) 多路载波系统原理框图；多路载波系统原理框图； ( (b) b) 话音信号基带频谱图；话音信号基带频谱图；(c) 基群信号的频谱配置；基群信号的频谱配置； (d) 超群信号的频谱配置超群信号的频谱配置 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图图 5-3 5-3 多路载波系统的组成及频谱结构图多路载波系统的组成及频谱结构图( (a) a) 多路载波系统原理框图；多路载波系统原理框图； ( (b) b) 话音信号基带频谱图；话音信号基带频谱图；(c) 基群信号的频谱配置；基群信号的频谱配置； (d) 超群信号的频谱配置超群信号的频谱配置 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”一一个个超超群群由由5 5个个基基群群复复用用而而成成，共共6060路路电话，调调制制时时所所有有主主载载波波为为f famam=372+48m=372+48m，m m=1=1，2 2，5 5。

同同样样选选用用单单边边带带下下边边带带调调制制，经经滤滤波波后后复复接接成成一一个个超超群群，频频率率范范围围为为312312552 552 kHzkHz，共共240 240 kHzkHz带带宽宽若若采采用用单单边边带带上上边边带带调调制制，则则频频率率范范围围为为6060300300kHzkHz 一一个个主主群群由由1010个个超超群群复复用用而而成成，共共600600路路电话主主群群频频率率配配置置方方式式共共有有两两种种标标准准，L600L600和和U600U600，其其频频谱谱配配置置如如图图4-4-4 4所所示示 L600L600的频率为的频率为60602788 2788 kHzkHz，U6U600的频率范围为的频率范围为5643084 kHz 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图图 4- 4-4 4 主群频谱配置图主群频谱配置图(a) L600主群频谱配置图；主群频谱配置图； (b) U600主群频谱配置图主群频谱配置图 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图 4-4 主群频谱配置图(a) L600主群频谱配置图； (b) U600主群频谱配置图 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图图 4- 4-5 5 调频立体声系统原理框图调频立体声系统原理框图(a)(a)发送端框图；发送端框图； (b) 基带信号频谱；基带信号频谱；(b) (c) 复用信号频谱；复用信号频谱； (d) 接收端框图接收端框图 4.1.2 复级法复级法FDM“数字通信原理”图图 4- 4-5 5 调频立体声系统原理框图调频立体声系统原理框图(a)(a)发送端框图；发送端框图； (b) 基带信号频谱；基带信号频谱； (b)(c) 复用信号频谱；复用信号频谱； (d) 接收端框图接收端框图 “数字通信原理”4.2 正交频分复用正交频分复用(OFDM) 采采用用多多载载波波传传输输的的方方式式来来将将高高速速串串行行数数据据分分解解为为多多个个并并行行的的低低速速数数据据后后采采用用多多载载波波FDMFDM方方式式传传输输的的。

经经过过串串/ /并并变变换换后后, ,每每路路数数据据码码元元宽宽度度加加长长，从从而而减减少少了了码码间间串串扰扰的的影影响响，又又由由于于每每路路采采用用窄窄带带调调制制，可可减减少少频频率率选选择择性性衰衰落落的的影影响响 如如果果采采用用正正交交函函数数序序列列作作为为副副载载波波，可可使使载载波波间间隔隔达达到到最最小小，从从而而提提高高频频带带利利用用率率，这这就就是是所所谓谓的的正正交交频频分分复复用用( (OFDM)OFDM) 图图4 46示示出出了了单单载波调制、载波调制、FDM及及OFDM三种方式的比较三种方式的比较 “数字通信原理”图图 4-6 单载波调制、单载波调制、FDM、OFDM三种方式的比较三种方式的比较 “数字通信原理”图图 4-7 OFDM的时域原理框图的时域原理框图 4.2.1 OFDM的基本原理的基本原理“数字通信原理”由由图图4-7可可见见，1，2，N是是输输入入端端高高速速串串行行信信息息数数据据码码元元，S/P是是串串/并并变变换换单单元元，f1，f2，,fN是是N个个正正交交副副载载波波， 并并行行码码元元经经正正交交副副载载波波调调制制后后，在在时时域域波波上上相相加加合合并并发发送送至至信信道。

道 Ts是是串串行行码码元元的的周周期期，Tp是是发发送送的的并并行行码码元元的的周周期期，一一般般有有TpNTs，N是给定信号带宽是给定信号带宽B中所送用的副载波数中所送用的副载波数 N越越大大，实实际际发发送送的的并并行行码码元元信信号号周周期期TpNTs就就越越长长，抗抗码码间间串串扰扰(ISI)的的能能力力也也就就越越强强，同同时时，OFDM信信号号的的功功率率谱谱也也就越逼近于理想低通特性就越逼近于理想低通特性 4.2.1 OFDM的基本原理的基本原理“数字通信原理”图图 4-8 基于基于FFT的的FDM系统组成框图系统组成框图4.2.2 基于基于FFT的的OFDM系统组成系统组成 “数字通信原理”图图 4- 4-9 9 具有保护间隔的具有保护间隔的OFDMOFDM的时域和频域示意图的时域和频域示意图4.2.2 基于基于FFT的的OFDM系统组成系统组成 “数字通信原理”图图 4-10 COFDM高清晰度电视传输系统框图高清晰度电视传输系统框图 “数字通信原理”OFDMOFDM的主要优缺点如下：的主要优缺点如下： (1) (1) 经经串串/ /并并变变换换，大大大大降降低低了了符符号号速速率率，同同时时插插入入了了保保护护间间隔隔，几几乎乎全全部部消消除除了了符符号号间间的的串串扰扰。

但但由由于于保保护护间间隔隔的的插插入将带来功率与信息在速率上的损失入将带来功率与信息在速率上的损失 (2) (2) 在在带带宽宽受受限限系系统统中中的的低低符符号号速速率率传传输输，只只需需采采用用简简单单均衡就可以达到很好的性能均衡就可以达到很好的性能2) (2) 多载波系统对频率和定时同步的要求更加严格，多载波系统对频率和定时同步的要求更加严格， 同同步误差会导致系统性能的迅速恶化步误差会导致系统性能的迅速恶化 (3) (3) 因因OFDMOFDM符号其峰值功率与平均功率的比值较大，导致符号其峰值功率与平均功率的比值较大，导致对系统前端放大器的线性范围要求增加对系统前端放大器的线性范围要求增加4.2.2 基于基于FFT的的OFDM系统组成系统组成 “数字通信原理”4.3 时分多路复用（时分多路复用（TDM） 4.3.1TDM基本原理基本原理 由由于于单单路路抽抽样样信信号号在在时时间间上上离离散散的的相相邻邻脉脉冲冲间间有有很很大大的的空空隙隙，在在空空隙隙中中插插入入若若干干路路其其他他抽抽样样信信号号，只只要要各各路路抽抽样样信信号号在在时时间间上上不不重重叠叠并并能能区区分分开开，那那么么一一个个信信道道就就有有可可能能同同时时传传输输多多路路信信号号，达达到到多多路路复复用用的的目的。

这种多路复用称为时分多路复用（目的这种多路复用称为时分多路复用（TDM） “数字通信原理”4-4-1111TDMTDM系统框图及波形系统框图及波形( (a)a)TDMTDM系统框图；系统框图； ( (b) b) 第第1 1路抽样信号；路抽样信号； (c) 第第2路抽样信号；路抽样信号； (d) N路路PAM信号信号FDM波形波形 4.3.1TDM基本原理基本原理“数字通信原理”图图 4- 4-1111TDMTDM系统框图及波形系统框图及。