欢迎您访问科普小知识本站旨在为大家提供日常生活中常见的科普小知识,以及科普文章!
您现在的位置是:首页  > 科普文章

频分复用

科普小知识2022-09-20 20:15:23
...

频分复用(FDM,FrequencyDivisionMultiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道),每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和,同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰,应在各子信道之间设立隔离带,这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作,每一路信号传输时可不考虑传输时延,因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分复用(FDM)外,还有一种是正交频分复用(OFDM)。

中文名:频分复用

外文名:FrequencyDivisionMultiplexing

应用学科:通信

相关:正交频分复用(OFDM)

1、1.简介

频分复用的基本思想是:要传送的信号带宽是有限的,而线路可使用的带宽则远远大于要传送的信号带宽,通过对多路信号采用不同频率进行调制的方法,使调制后的各路信号在频率位置上错开,以达到多路信号同时在一个信道内传输的目的。因此,频分复用的各路信号是在时间上重叠而在频谱上不重叠的信号。

2、2.具体解释

图1(a)(b)是一个以三路话音信号为例的频分复用原理发送端和接收端图。图中,LPF是低通滤波器,滤波器下方表明了滤波器的截止角频率;BPF是带通滤波器,滤波器下方表明了带通滤波器的中心角频率。

由于是话音信号,因此,其有效频率被低通限制在3.4kHz以内,通过调制器取上边带后相加,相加器的输出频谱如图1(c)所示。然后进行第二次调制,载波角频率,用带通滤波器取上边带送入信道。收端首先通过带通滤波器取得信道中传输的信号,并阻止带外噪声的影响,经解调器解调后,由分路带通滤波器分别取出相应的各路信号,再经解调器解调得三路信号f1(t),f2(t),f3(t),如图1(b)所示。

由图1(c)可见,第一次调制后取上边带所合成的频谱为到,其中除了三路信号各占宽的频带外,还有防止邻路相互干扰的邻路间隔防护频带。

这是一个复合调制系统,第二次调制只是将第一次调制后的合成频谱再进行一次频谱搬移,其频带宽度没有改变。收端解调与发端调制正好相反,恢复各路调制信号,不会带来路间干扰。

3、3.正交

OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)实际是一种多载波数字调制技术。OFDM全部载波频率有相等的频率间隔,它们是一个基本振荡频率的整数倍,正交指各个载波的信号频谱是正交的。

OFDM系统比FDM系统要求的带宽要小得多。由于OFDM使用无干扰正交载波技术,单个载波间无需保护频带,这样使得可用频谱的使用效率更高。另外,OFDM技术可动态分配在子信道中的数据,为获得最大的数据吞吐量,多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中,主要的应用包括:非对称的数字用户环线(ADSL)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)和第4代(4G)移动通信系统等。

4、4.传统方式

传统的频分复用典型的应用莫过于广电HFC网络电视信号的传输了,不管是模拟电视信号还是数字电视信号都是如此,因为对于数字电视信号而言,尽管在每一个频道(8MHz)以内是时分复用传输的,但各个频道之间仍然是以频分复用的方式传输的。

5、5.关键技术

同步技术

与其它数字通信系统一样,OFDM系统需要可靠的同步技术,包括定时同步、频率同步和相位同步,其中频率同步对系统的影响最大。移动无线信道存在时变性,在传输过程中会出现无线信号的频率偏移,这会使OFDM系统子载波间的正交性遭到破坏,使子信道间的信号相互干扰,因此频率同步是OFDM系统的一个重要问题。为了不破坏子载波间的正交性,在接收端进行FFT变换前,必须对频率偏差进行估计和补偿。

可采用循环前缀方法对频率进行估计,即通过在时域内把OFDM符号的后面部分插入到该符号的开始部分,形成循环前缀。利用这一特性,可将信号延迟后与原信号进行相关运算,这样循环前缀的相关输出就可以用来估计频率偏差。

峰值平均功率

由于OFDM信号在时域上为N个正交子载波信号的叠加,当这N个信号恰好都以峰值出现并将相加时,OFDM信号也产生最大峰值,该峰值功率是平均功率的N倍。这样,为了不失真地传输这些高峰均值比的OFDM信号,对发送端和接收端的功率放大器和A/D变换器的线性度要求较高,且发送效率较低。解决方法一般有下述三种途径:

⑴信号失真技术采用峰值修剪技术和峰值窗口去除技术,使峰值振幅值简单地非线性去除;

⑵采用编码方法将峰值功率控制和信道编码结合起来,选用合适的编码和解码方法,以避免出现较大的峰值信号;

⑶扰码技术采用扰码技术,对所产生OFDM信号的相位重新设置,使互相关性为0,这样可以减少OFDM的PAPR。这里所采用的典型方法为PTS和SLM。

信道编码和交织

为了对抗无线衰落信道中的随机错误和突发错误,通常采用信道编码和交织技术。OFDM系统本身具有利用信道分集特性的能力,一般的信道特性信息已被OFDM调整方式本身所利用,可以在子载波间进行编码,形成编码的OFDMCOFDM即把OFDM技术与信道编码、频率时间交织结合起来,提高系统的性能,其编码可以采用各种码(如分组码和卷积码)。

现状及其发展方向:OFDM技术良好的性能使其在很多领域得到了广泛的应用,如:HDSL、ADSL、VDSL、DAB和DVB,无线局域网IEEE802.11a和HIPERLAN2,以及无线城域网IEEE802.16等系统中。而在4G中,一方面带宽作为移动通信中非常希缺的资源,另一方面未来的移动通信对服务质量、服务的多样性及传输速率要求越来越高,使得OFDM将得到更广泛的应用。

6、6.优点

频率复用系统的最大优点是信道复用率高,允许复用的路数多,同时它的分路也很方便。因此,它是目前模拟通信中最主要的一种复用方式,特别是在有线、微波通信系统及卫星通信系统内广泛应用。例如,在卫星通信系统中的频分多址(FDMA)方式,就是按照频率的不同,把各地球站发射的信号安排在卫星频带内的指定位置进行频分复用,然后,按照频率不同来区分地球站站址,进行多址复用。

·有效减少多径及频率选择性信道造成接收端误码率上升的影响;

·接收端可利用简单一阶均衡器补偿信道传输的失真;

·频谱效率上升。

7、7.缺点

频率复用系统的不足之处是收发两端需要大量载频,且相同载频必须同步,设备较复杂。另外,还需要大量的各种频带范围的边带滤波器。对它们的要求不仅是频带特性陡峭,而且对频率的准确性和元件的稳定性都要求很高。第三频率复用系统不可避免地产生路间干扰。其原因除了分路用的带通滤波器特性不够理想外,最主要是信道本身存在着非线性特性。例如,多路复用信号通过公用的放大器时,由于放大器的非线性失真会引起各路信号频谱交叉重叠,这样会带来路间干扰,通常在传输话音信号时称为路间串话。因此,为了提高传输质量,对信道的线性指标有严格的要求。

·传送与接收端需要精确的同步;

·对于多普勒效应频率漂移敏感;

·峰均比高;

·循环前缀(CyclicPrefix)造成的负荷。

上一篇:拉曼效应

下一篇:光时分复用

推荐阅读