第七章多路复用和多址技术

7.2 频分复用
❖ 频分复用就是在发送端利用不同频率的载波将多路信号的频 谱调制到不同的频段，以实现多路复用。频分复用的多路信 号在频率上不会重叠，合并在一起通过一条信道传输，到达 接收端后可以通过中心频率不同的带通滤波器彼此分离开来。
每路信号首先通过低通滤波器（LPF）变成频率受限 的低通信号。然后，每路信号通过载频不同的调制器进行 频谱搬移。一般来说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。
图7-2 三路信号的频谱
解：信道中频分复用信号的总频带宽度为
Bn nfH n 1 f g n 1 f s f H 11400 (Hz)
对 3 路信号进行调制的载波频率分别采用 ωc1,ωc2,ωc3 ，得到频分 复用信号的频谱结构如图 7-3 所示。
图7-3 频分复用信号的频谱结构
❖ 频分复用信号原则上可以直接在信道中传输，但在某些 应用中，还需要对合并后的复用信号再进行一次调制。
❖ 多路复用信号可以直接送入信道进行基带传输，也可以 加至调制器后再送入信道进行频带传输。
❖ 在接收端，合成的时分复用信号由旋转开关（分路开关， 又称选通门）依次送入各路相应的低通滤波器，重建或 恢复出原来的模拟信号。需要指明的是，TDM中发送 端的抽样开关和接收端的分路开关必须保持同步。
7.3.1 时分复用的PAM系统（TDM-PAM）
❖ 各路信号首先通过相应的低通滤波器（预滤波器）变为频带 受限的低通型信号。然后再送至旋转开关（抽样开关），每 秒将各路信号依次抽样一次，在信道中传输的合成信号就是 3路在时间域上周期地互相错开的PAM信号，即TDM-PAM信 号。
抽样时各路每轮一次的时间称为一帧，长 度记为 Ts ，它就是旋转开关旋转一周的时间， 即一个抽样周期。一帧中相邻两个抽样脉冲之 间的时间间隔叫做路时隙（简称为时隙），即 每路 PAM 信号每个样值允许占用的时间间 隔，记为 Ta Ts /n 。
隙，来达到在同一信道中传输多路信号而互不干扰的一种方 法。
❖ 与频分复用相比，时分复用具有以下的主要优点： ❖ （1）TDM多路信号的合路和分路都是数字电路，比FDM的
模拟滤波器分路简单、可靠。 ❖ （2）信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真和多次谐
波，引起路间干扰，因此FDM对信道的非线性失真要求很高。 而TDM系统的非线性失真要求可降低。
❖ 所谓多址通信是指处于不同地址的多个用户共享信道资 源实现各用户之间相互通信的一种方式。多址方式的典 型应用是卫星通信和蜂窝移动通信。在卫星通信中，多 个地球站通过公共的卫星转发器来实现各地球站之间的 相互通信。在移动通信中，则是多个移动用户通过公共 的基站来实现各用户的相互通信。
❖ 频分多址（FDMA）、时分多址（TDMA）、码分多址 （CDMA）和空分多址（SCDMA）是几种主要的多址 技术。以卫星通信为例，FDMA是按地球站分配的射频 不同来区分地球站的站址；TDMA是按分配的时隙不同 来区分站址；CDMA是用相互正交的码字来区分站址； SCDMA是以卫星天线指向地球站的波束不同来区分站 址。
❖ 第一次对多路信号调制所用的载波称为副载波，第二次 调制所用的载波称为主载波。
❖ 原则上，两次调制可以是任意方式的调制方式。如果第 一次调制采用单边带调制，第二次调制采用调频方式， 一般记为SSB/FM。
[例7.2.2]
设有一个 DSB/FM 频分复用系统，副载波用 DSB 调制，主载 波用 FM 调制。如果有 50 路频带限制在 3.3kHz 的音频信号，防 护频带为 0.7kHz。如果最大频移为 1000kHz，计算传输信号的 频带宽度。
（7.2）
[例7.2.1] 采用频分复用的方式在一条信道中传输 3 路信号，已知 3 路 信 号 的 频 谱 如 图 7-2 所 示 ， 假 设 每 路 信 号 的 最 高 频 率 f H =3400Hz，均采用上边带（USB）调制，邻路间隔防护频 带为 f g =600Hz。试计算信道中复用信号的频带宽度，并画出 频谱结构。
❖ 多路复用和多址技术都是为了共享通信资源，这两种技 术有许多相同之处，但是它们之间也有一些区别。
❖ 一般来说，多路复用通常在中频或基带实现；通信资源 是预先分配给各用户共享的。
❖ 而多址技术通常在射频实现；是远程共享通信资源，并 在一个系统控制器的控制下，按照用户对通信资源的需 求，随时动态地改变通信资源的分配。
7.1 引言
所谓多路复用是指在同一个信道上同时传输多路信号而互不干扰的一种技术。
为了在接收端能够将不同路的信号区分开来，必须使不同路的信号具有不同的
❖
特征。最常用的多路复用方式是频分复用（FDM）ቤተ መጻሕፍቲ ባይዱ时分复用（TDM）和码 分复用（CDM）。
按频段区分信号的方法叫频分复用；按时隙区分信号的方法叫时分复用；按相 互正交的码字区分信号的方法叫码分复用。传统的模拟通信中都采用频分复用； 随着数字通信的发展，时分复用和码分复用通信系统的应用越来越广泛。
解：50 路音频信号经过 DSB 调制后，在相邻两路信号之间 加防护频带 f g ，合并后信号的总带宽
Bn nfm' n 1 f g 50 2 3.3 49 0.7 364 .3kHz
再进行 FM 调制后所需的传输带宽
B 2Δf Bn 21000 364 .3 2728 .6kHz
在选择载频时，为了各路信号频谱不重叠，要求载频间隔
f s fci1 fci f m ' f g i 1,2,,n
（7. 1）
fci 和 f ci1 分别为第 i 路和第i 1路的载波频率。f m ' 是每一路已
调信号的频谱宽度。 f g 为邻路间隔防护频带。
n 路复用信号的总频带宽度为
Bn nfm' n 1 f g n 1 f s fm '
❖ 频分复用系统的主要优点是信道复用路数多、分路方便。
❖ 频分复用主要缺点是设备庞大复杂，成本较高，还会因 为滤波器件特性不够理想和信道内存在非线性而出现路 间干扰，故近年来已经逐步被更为先进的时分复用技术 所取代。
7.3时分复用和多路数字电话系统
❖ 时分复用（TDM）是建立在抽样定理基础上的。 ❖ 时分复用就是利用各路信号的抽样值在时间上占据不同的时