FDM

FDM:頻分多路復用。

復用路數的多少主要取決於允許帶寬和費用。頻分復用的主要優點是復用路數多、分路方便，因此是目前模擬通信中最主要的一種復用方式，特別是在有線和微波通信系統中獲得廣泛應用，缺點是設備龐大、複雜。

頻分復用使用於兩大城市間的固定通信。頻分復用的另一個缺點是不可避免出現路間干擾，主要原因是系統中存在非線性。例如，多路信號通過公用的放大器時由於非線性失真會引起各路信號頻譜交叉重疊，這樣就帶來路間干擾，在傳輸話音信號時產生可懂串話。另外頻分復用還可以節省功率。實驗表明，N路話音信號進行復用時，所需功率不是單個消息所需功率的N倍，而是N開方倍，這時只有1%的時間過載。

在通信系統中，通道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號所需的帶寬寬得多。如果一個通道只傳送一路信號是非常浪費的，為了能夠充分利用通道的帶寬，就可以採用頻分復用的方法。在頻分復用系統中，通道的可用頻帶被分成若干個互不交疊的頻段，每路信號用其中一個頻段傳輸，因而可以用濾波器將它們分別濾出來，然後分別解調接收。

發送端：由於消息信號往往不是嚴格的限帶信號，因而在發送端各路消息首先經過低通濾波，以便限制各路信號的最高頻率，為了分析問題的方便，這裡我們假設各路的調製信號fm的頻率都相等。然後對各路信號進行線性調製，各路調製器的載波頻率不同。在選擇載頻時，應考慮到邊帶頻譜的寬度。同時，為了防止鄰路信號間的相互干擾，還應留有一定的保護頻帶，即fc(i+1)=fci+(fm+fg),i=1,2….n其中:fc(i+1) 與 fci分別為第i+1 路與 i路的載頻頻率; fm 每一路調製信號的最高頻率，本設計中為3400Hz; fg 鄰路間保護帶。

接收端：在頻分復用系統的接收端，首先用帶通濾波器(BPF)來區分各路信號的頻譜，然後，通過各自的相干解調器解調，再經低通濾波后輸出，便可恢復各路的調製信號。

傳統的頻分復用典型的應用莫過於廣電HFC網路電視信號的傳輸了，不管是模擬電視信號還是數字電視信號都是如此，因為對於數字電視信號而言，儘管在每一個頻道(8 MHz)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。

OFDM(Orthogonal Frequency Division Multiplexing)即正交頻分復用技術，實際上 OFDM是MCM Multi-CarrierModulation，多載波調製的一種。其主要思想是：將通道分成若干正交子通道，將高速數據信號轉換成并行的低速子數據流，調製到在每個子通道上進行傳輸。正交信號可以通過在接收端採用相關技術來分開，這樣可以減少子通道之間的相互干擾 ICI。每個子通道上的信號帶寬小於通道的相關帶寬，因此每個子通道上的可以看成平坦性衰落，從而可以消除符號間干擾。而且由於每個子通道的帶寬僅僅是原通道帶寬的一小部分，通道均衡變得相對容易。

OFDM與CDMA技術結合:

CDMA系統是一個干擾(或信噪比)受限系統。其容量主要受限於移動通道中的主要干擾：多徑干擾和多址干擾；其速率也受限於多徑干擾產生的時延功率譜擴展與信息符號碼元之間的比值，即相對多徑干擾比值。

正交多載波技術OFDM是克服多徑干擾最有效的手段，它通過并行傳送降低傳送速率，增大信息碼元周期，大大削弱了多徑干擾的影響。它既可增大系統容量又可以提高系統傳送速率，即可以克服CDMA系統中存在的這兩方面主要缺點。

在移動通信系統中，需要在每個小區同時支持多個用戶的通信，而CDMA就是一種較理想的多用戶的多址通信方式，它利用地址碼來正交(或准正交)的區分用戶；另一方面OFDM又可以在多個載波上進行并行傳送，既可以提高頻譜利用效率，又可以實現較理想的頻率分集的效果，提高抗衰落、抗干擾的能力。

另一方面，由於在移動通信中，移動用戶隨機分佈在小區內，各自具有完全不同的通道傳輸條件，因此很難找到合適的通道分配方法來保證每一個用戶業務性能。然而OFDM可以靈活的採用與通道特性相匹配的速率自適應方式(利用資訊理論中注水定理)來解決這個難題。

在物理通道的可用帶寬超過單個原始信號（如原理圖中的CH1、CH2和CH3這3路信號）所需帶寬情況下，可將該物理通道的總帶寬分割成若干個與傳輸單個信號帶寬相同（或略寬）的子通道；然後在每個子通道上傳輸一路信號，以實現在同一通道中同時傳輸多路信號。多路原始信號在頻分復用前，先要通過頻譜搬移技術將各路信號的頻譜搬移到物理通道頻譜的不同段上，使各信號的帶寬不相互重疊（搬移后的信號如圖中的中間3路信號波形）；然後用不同的頻率調製每一個信號，每個信號都在以它的載波頻率為中心，一定帶寬的通道上進行傳輸。為了防止互相干擾，需要使用抗干擾保護措施帶來隔離每一個通道。

頻分多路復用方式包括線路復用、話路復用、射頻波道復用和射頻頻段復用。

3.1 線路復用

一般採用單邊帶調製，如載波電話系統就是把若干300～3 400Hz的話路信號，經一次調製組成基群，再經若干次調製依次組成超群、主群、超主群等高次群，這是典型的頻分復用方式。

3.2 話路復用

用於低速數據傳輸，一般採用移頻或移幅鍵控方式。如在一個300～3 400Hz的話路內傳送多路低速移頻電報。

3.3 射頻波道復用

對單一載頻，採用不同調製方式所形成的波道的復用方式。

①短波移頻編碼復用。如雙路移頻電報，以4個等同硒的不同頻率分別代表兩路電報傳號、空號的4種組合（M1M2，M1S2，S1M2，S1S2），只需兩路信號同步，即可根據某時間間隔出現的頻率判決兩路的傳號、空號。

②短波波道頻分復用。如獨立邊帶調製系統，將獨立生成的、各包括一個或兩個話賂帶寬的上下兩個單邊帶信號，作為同一載頻的邊帶信號一同發射，可分別容納2個或4個3kHz的話路。

③基帶二次調製復用。如模擬微波接力系統，以調頻方式對頻分復用的基帶信號進行二次調製，用以傳送幾百路以至幾千路電話信息。以單邊帶方式進行二次調製的模擬微波接力系統的容量可達1萬話路以上。

3.4 射頻頻段復用

在一個射頻頻段內，包含若干射頻波道的復用方式。

①頻分多址復用（FDMA）。如衛星通信及地面微波利用擴散波傳播模式構成的一點多址通信系統，可在兆赫級頻段內包含若干個載波波道，每個載波波道可以包含一個模擬載波系統，也可只有一個話路。地球站可在一個或幾個載波波道內對若干地址發送信息，並按目的地址接收有關的幾個載波波道的信號，從中提取所需信息。只包含一個話路的載波波道可視為FDMA的特例，稱為單路單載波系統（SCPC）。在增加申請和分配話路的控制系統后，形成多址共用的按需分配單路單載波系統（SPADE），在小業務量時，可大大提高通道的利用率。

②射頻頻段直接復用 直接將頻譜互不重疊的射頻波道合併傳輸的方式。如將20～30套60～300MHz的電視節目（包括伴音）的信號，直接分別搬移到射頻頻段的11GHz單邊帶調幅制的微波短距離傳送系統，將4、6、7GHz頻段的微波信號通過一個天、饋線系統同時發射，從而在一個射束路由上可以容納更多射頻波道的微波接力系統。

1. 容易實現，技術成熟。

2. 通道復用率高，分路方便，因此頻分多路復用是模擬通信中常採用的一種復用方式，特別是在有線和微波通信系統中應用十分廣泛。

1.保護頻帶佔用了一定的通道帶寬，從而降低了FDM的效率；

2.通道的非線性失真改變了它的實際頻率特性，易造成串音和互調雜訊干擾；

3.所需設備隨輸入路數增加而增多，不易小型化；

4.FDM不提供差錯控制技術，不便於性能監測。

從原理分析可知，FDM比較適合於傳輸模擬信號，而TDM則比較適合於傳輸數字信號。因此在在電話系統所使用的數字傳輸方式中，TDM（時分多路復用，Time-Division Multiplexing）逐漸代替了FDM技術。

在無線網路的應用上，除了以FDM在各個頻率作傳輸，為了使不同的封包能在同一通道上傳輸，也同時使用了CDM（分碼多工，Code-Division Multiplexing）這樣的多路復用技術。

立體聲調頻頻譜結構

當頻分多路復用被用於允許多路用戶共享一個物理通信通道時，它又被稱為頻分多址（FDMA）。FDMA是一種從不同發送器中分離無線電信號的傳統方法。

在光學領域類似頻分多路復用的技術被稱為分波多工（wavelength division multiplexing）。

歷史上，電話網路曾使用FDM技術在單個物理電路上傳輸若干條語音通道。這樣，12路語音通道被調製到載波上各自佔據4KHz帶寬。這路佔據60－108KHz頻段的複合信號被認為是一個組。反過來，五個這樣的信號組本身被同樣的方法多路復用到一個超級組中，這個組包含60條語音通道。進一步甚至有更高層次的多路復用，這樣使得單個電路中傳輸幾千條語音通道成為可能。

在現代電話系統所使用的數字傳輸方式中，時分多路復用（Time-Division Multiplexing）代替了FDM技術。

在無線網路的應用上，除了以FDM在各個頻率作傳輸，為了使不同的數據包能在同一通道上傳輸，也同時使用了碼分多址（CDMA）這樣的多路復用技術。

FDM也能被用於在最終調製到載波上之前合併多路信號。在這種情況下，所載信號被認為是次載波。立體聲調頻（stereo FM）傳輸就是這樣一個例子：38KHz次載波被用於在複合信號頻率調製之前從中央左右合併通道中分離出左右不同的信號。

當頻分多路復用被用於允許多路用戶共享一個物理通信通道時，它又被稱為頻分多址（FDMA）。

FDMA是一種從不同發送器中分離無線電信號的傳統方法。