(完整版)数字通信原理与技术-第三版-王兴亮-第4章.ppt

第4章多路复用与数字复接4.1频分多路复用（FDM）图4-1(a)是频分多路复用的系统原理框图。设有N路相似的消息信号f1(t)，f2(t)，…，fN(t)，各消息的频谱范围为Wm。由系统框图可见，在系统的输入端，首先要将各消息复接，各路输入信号先通过低通滤波器(LPF),以消除信号中的高频成分，使之变为带限信号。然后将这一带限信号分别对不同频率的载波进行调制，N路载波ωc1，ωc2，…，ωcN，称为副载波。若输入信号是模拟信号，则调制方式可以是DSB-SC、AM、SSB、VSB或FM，其中SSB方式频带利用率最高，若输入信号是数字信号，则调制方式可以是ASK、FSK、PSK等各种数字调制。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)频谱图在某些信道中，总信号fs(t)可以直接在信道中传输，这时所需的最小带宽为在接收端，基本处理过程恰好相反。如果总信号是通过特定信道无主载波调制的，则直接经各路带通滤波器BPF滤出相应的支路信号，然后通过副载波解调，送低通滤波器得到各路原始消息信号；如果总信号是经过主载波调制后送到信道的，则先要用主解调器DEM把包括各路信号在内的总信号从载波ωa上解调下来，然后就像上述无主载波调制信号一样将总信号送入各路带通滤波器，完成原始信号的恢复。
频分多路复用就是利用各路信号在频域上互不重叠来区分的，复用路数的多少主要取决于允许的带宽和费用，传输的路数越多，则信号传输的有效性越高。频分复用的优点是复用路数多，分路方便；多路信号可同时在信道中传输，节省功率，当N路话音信号进行复用时，总功率不是单个消息所需功率的N倍，而是倍。频分复用多用于模拟通信系统中，特别是在有线和微波通信系统中应用广泛。
频分复用的缺点是设备庞大、复杂，路间不可避免地会出现干扰，这是由系统中非线性因素引起的。4.1.2复级法FDM
当复用路数很大时，可以采用复级法实现FDM，通常利用多级调制产生合成信号fs(t)。
考虑两级调制，若将N个信号分成m个组，每组由n路单边带信号组成，每路调制在一个副载波上，则各组的副载波应当相同，显然，这时选择的mn≥N。具有相同频谱宽度的m个已调信号再进行第二次单边带调制，所用的m个主载波为ωa1,ωa2,,ωam，这些载波间隔应大于nWm。最后将m组单边带信号合成为总信号fs(t)送入信道传输。
复级法FDM的系统原理框图及频谱图如图4-2(a)、(b)所示。图4-2复级法FDM的系统原理框图及频谱图
(a)系统原理框图；(b)频谱图将直接法和复接法进行比较可知，两者最大容量均为N=mn，但所用的载波数不同，直接法所用的载波数为mn，而复接法为(m+n)，故可节约载波数为(mn-m-n)。在两级复用系统中，复级法需要(mn+m)个调制器，而直接法需要mn个，两级复用比单级多用m个调制器。
实际的多路载波电话系统采用多级调制、分层结构形式，图4-3给出了实际系统的框图和频谱结构图。图4-3多路载波电话系统的组成及频谱结构图
(a)多路载波电话系统原理框图；(b)话音信号基带频谱图；
(c)基群信号的频谱配置；(d)超群信号的频谱配置图4-3多路载波电话系统的组成及频谱结构图
(a)多路载波电话系统原理框图；(b)话音信号基带频谱图；
(c)基群信号的频谱配置；(d)超群信号的频谱配置图4-3多路载波电话系统的组成及频谱结构图
(a)多路载波电话系统原理框图；(b)话音信号基带频谱图；
(c)基群信号的频谱配置；(d)超群信号的频谱配置由此可见，第一次复用是将12路话音信号合成为一个基群；第二次调制是将５个基群复用为一个超群，共60路电话；第三次再将10路超群复用为一个主群，共600路电话。如果需要更多的电话，可以将多个主群再进行复用，组成超主群或者巨群。每路电话信号的频率范围应在300～3400Hz，为了在各路已调信号间留有保护间隔，每路电话信号取4000Hz作为标准带宽。图4－3(a)是多路载波电话系统原理框图；4－3(b)是话音信号基带频谱。一个超群由5个基群复用而成，共60路电话，调制时所有主载波为fam=372+48m，m=1，2，…，5。同样选用单边带下边带调制，经滤波后复接成一个超群，频率范围为312～552kHz，共240kHz带宽。若采用单边带上边带调制，则频率范围为60～300kHz。
一个主群由10个超群复用而成，共600路电话。主群频率配置方式共有两种标准，L600和U600，其频谱配置如图5-4所示。L600的频率为60～2788kHz，U600的频率范围为564～3084kHz。图4-4主群频谱配置图
(a)L600主群频谱配置图；(b)U600主群频谱配置图调频立体声广播系统就是一个典型的采用FDM方式实现立体声广播的例子，