14、FDM(频分复用)

2015届学士学位论文频分复用原理及其应用研究频分复用原理及其应用研究摘要频分复用(FDM)是通信系统中信号多路复用方式中的一种，本质上是依据频率来分隔信道的。

频分复用技术在当今通信领域有着很重要的地位。

根据性质和特点的不同频分复用还可以被细分为传统的频分复用(FDM)和正交频分复用(OFDM)。

本论文主要由以下几个部分组成。

第一部分介绍频分复用基本原理，系统实现以及其应用特点；第二部分介绍正交频分复用的基本原理及DFT的实现；第三部分主要介绍在实际应用中当载波频率接近时，频谱会发生重叠，传统的频分复用解调效果容易出现失真，正交频分复用由于其载波的正交性特点,在频谱发生重叠时可以保证解调效果；最后通过MATLAB程序中的SIMULINK仿真图来表现正交频分复用的优越之处。

关键词频分复用；正交频分复用；MA TLAB仿真Frequency division multiplexing principle and its applicationresearchAbstract Frequency division multiplexing (FDM) is a kind of signal multiplexing mode in communication system, which is divided by frequency channel essentially. Frequency division multiplexing technology is very widely used in today's communication. Frequency division multiplexing can also be divided into the traditional frequency division multiple(FDM) and orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) depending on the nature and characteristics.This paper consists of the following parts. The basic principle of frequency division multiplexing, system implementation and its application characteristics are introduced in the first part . The basic principle of orthogonal frequency division multiplexing and its realization of DFT are introduced in the second part .Due to its characteristics ,orthogonal frequency division multiplexing can guarantee the demodulation compare with the traditional frequency division multiplexing when the carrier frequency is close to in the practical application, spectrum overlap happens ,which is introduced in the third part .Finally by SIMULINK of MA TLAB simulation diagram to show the superiority of the orthogonal frequency division multiplexing.Keywords Frequency division multiplexing; Orthogonal frequency division Multiplexing ;MA TLAB simulation淮北师范大学2015届学士毕业论文频分复用原理及其应用目录1.引言 (1)2频分复用基本原理及实现 (2)2.1频分复用的基本原理 (2)2.2 频分复用系统应用及其特点 (2)3正交频分复用基本原理及实现 (4)3.1正交频分复用原理 (4)3.2 DFT的实现 (6)3.3 正交频分复用的优缺点 (8)4频分复用原理的应用 (9)4.1系统仿真主要模块的介绍 (9)4.2频分复用系统仿真的实际应用分析 (9)4.3 仿真结果分析 (14)结论 (15)参考文献 (16)致谢 (17)淮北师范大学2015届学士毕业论文频分复用原理及其应用1.引言在通信系统中，一般情况下用来传输信号的物理信道的传输能力是比一路传输信号的需求要大的很多，这时候就可以让多路信号共同来利用该物理信道。

各信道复用技术的特点一、信道复用技术概述信道复用技术，也称为多路复用技术，是一种在通信网络中提高信道利用率的关键技术。

在物理层和数据链路层中，信道复用技术允许多个信号或数据流在同一个物理信道上进行传输，从而提高了信道的利用率和数据的传输效率。

信道复用技术主要通过共享信道资源的方式，为不同的用户或应用程序提供高速、高效的数据传输服务。

二、信道复用技术分类根据不同的分类标准，信道复用技术可以分为多种类型。

常见的分类方式包括按传输媒介和按信号性质。

按传输媒介分类，信道复用技术可以分为频分复用、时分复用、码分复用等类型。

按信号性质分类，信道复用技术可以分为模拟复用和数字复用。

1.频分复用频分复用（Frequency Division Multiplexing, FDM）是一种将信道频率资源划分成若干个频带，然后将不同的频带分配给不同的信号或数据流进行传输的技术。

由于各个频带之间相互独立，因此频分复用可以实现多路信号的同时传输。

频分复用的优点是信号质量高，抗干扰能力强，适用于宽带信号的传输。

2.时分复用时分复用（Time Division Multiplexing, TDM）是一种将信道时间资源划分成若干个时隙，然后将不同的时隙分配给不同的信号或数据流进行传输的技术。

时分复用通过动态分配时隙，实现了对信道资源的动态利用。

时分复用的优点是设备简单，适用于时延要求不高的应用场景。

3.码分复用码分复用（Code Division Multiplexing, CDM）是一种利用码组划分子信道进行多路传输的技术。

不同的信号或数据流通过分配不同的码组进行调制，然后在同一个信道上传输。

码分复用的优点是抗干扰能力强，保密性好，适用于移动通信和卫星通信等场景。

4.模拟复用和数字复用模拟复用和数字复用是根据信号的性质进行分类的。

模拟复用是指将多个模拟信号合并成一个复合信号进行传输，而数字复用则是将多个数字信号合并成一个数据流进行传输。

时分复用和频分复用时分复用频分复用简介数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。

采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。

频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。

举个例最简单的例子：从A地到B地坐公交2块。

打车要20块为什么坐公交便宜呢这里所讲的就是“多路复用”的原理。

频分复用(FDM) 频分复用按频谱划分信道，多路基带信号被调制在不同的频谱上。

因此它们在频谱上不会重叠，即在频率上正交，但在时间上是重叠的，可以同时在一个信道内传输。

在频分复用系统中，发送端的各路信号m1(t)，m2(t)，…,mn(t)经各自的低通滤波器分别对各路载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)进行调制,再由各路带通滤波器滤出相应的边带（载波电话通常采用单边带调制），相加后便形成频分多路信号。

在接收端，各路的带通滤波器将各路信号分开，并分别与各路的载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)相乘，实现相干解调,便可恢复各路信号,实现频分多路通信。

为了构造大容量的频分复用设备，现代大容量载波系列的频谱是按模块结构由各种基础群组合而成。

根据国际电报电话咨询委员会(CCITT)建议,基础群分为前群、基群、超群和主群。

①前群，又称3路群。

它由3个话路经变频后组成。

各话路变频的载频分别为12，16，20千赫。

取上边带，得到频谱为12～24千赫的前群信号。

②基群,又称12路群。

它由4个前群经变频后组成。

各前群变频的载频分别为84，96，108，120千赫。

取下边带，得到频谱为 60～108千赫的基群信号。

多路复用技术多路复用技术是计算机网络中的一种重要技术，其主要作用是在一条物理通信链路上同时传输多个数据流。

通过使用多路复用技术，可以显著提高系统的传输效率和性能，减少网络的拥塞情况，提升用户的体验。

在传统的通信方式中，一条物理链路仅能传输一个数据流。

这种方式在网络资源紧张、用户数量众多的情况下，会导致资源的浪费和系统的拥塞。

为了解决这一问题，多路复用技术应运而生。

多路复用技术的核心思想是将多个数据流同时传输在同一条物理链路上，通过在发送端将多个数据流分割成小的数据包，并添加标识信息，然后在接收端根据标识信息将数据包重新组合成完整的数据流。

这样一来，多个数据流可以通过同一条物理链路进行传输，大大提高了链路的利用率。

多路复用技术有多种实现方式，其中最常用的是分时多路复用和频分多路复用。

分时多路复用（Time-Division Multiplexing，TDM）是将不同的数据流按照时间片的方式进行传输。

发送端将不同的数据流按照预定的时间片大小进行划分，并按照顺序传输。

接收端根据时间片的标识信息，按照相同的顺序将数据包进行重新组合。

这种方式要求发送端和接收端的时钟高度同步，以确保数据的准确传输。

频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）是将不同的数据流按照频率范围进行传输。

发送端将不同的数据流分配到不同的频率上进行传输，接收端根据频率范围将数据流进行分离和重新组合。

这种方式要求发送端和接收端的频率范围必须一致，以确保数据的正确传输。

除了分时多路复用和频分多路复用外，还有一种常见的多路复用技术是码分多路复用（Code Division Multiplexing，CDM）。

码分多路复用通过使用不同的扩频码对不同的数据流进行编码，并将编码后的数据进行传输，在接收端使用相应的扩频码对数据进行解码和还原。

码分多路复用不仅可以提高链路利用率，还具有一定的抗干扰能力。

总之，多路复用技术是一种能够提高网络传输效率和性能的重要技术。

1.简述时分复用（TDM ）和频分复用（FDM ）原理。

解：所谓频分复用是指多路信号在频率位置上分开，但同时在一个信道内传输的技术。

因 此频分复用信号在频谱上不会重叠，但在时间上是重叠的。

在发送端各路信号首先通过低通滤波器，用来限制最高频率m f 。

为简单起见，假设各路信号的m f 都相等，对应有相同的频谱密度函数。

然后各路信号对各路副载波）进行调制，调制方式可以是调幅、调频或调相，但常用的是单边带调制方式，因为它最节省频带。

为保证各路信号频谱不重叠，相邻的副载波之间应保持一定的频率间隔，同时为了防止相邻信号互相干扰引起串扰，相邻的副载波之间还应考虑一定的保护间隔g f 。

在接收端，利用中心频率不同的带通滤波器来区分各路信号，并进行相应的解调以恢复各路的调制信号。

时分复用（TDM ）的主要特点是利用不同时隙来传送各路信号，其理论基础是抽样定理。

抽样定理告诉我们，模拟信号可用时间上离散出现的抽样脉冲值来代替，这样在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。

利用这种空隙就可以传输其它信号的抽样值，因此在一个信道上可以同时传输多路信号。

这种复用信号到了接收端只要在时间上恰当地进行分离，就能恢复各路信号。

2.已知二元离散信源只有‘0’、‘1’两种符号，若‘0’出现的概率为1/3，求出现‘1’所含的信息量。

解题思路：考查信息量的基本概念，用公式1log ()a I P =。

底数a 一般采用2，这时信息量单位为bit解：由题知，‘1’出现的概率为2/3，bit P I 58.0667.0log log 2121≈-=-= 3.已知英文字母中e 出现概率为0.105, z 出现的概率为0.001,求英文字母e 和z 的 解题思路：考查信息量的基本概念，用公式1log ()a I P=。

底数a 一般采用2，这时信息量单位为bit解：bit P I e e 25.3105.0log log 22≈-=-=， bit P I z z 97.9001.0log log 22≈-=-=4.某气象员用明码报告气象状态，有四种可能的消息：晴、云、雨、雾。

频分复用及应用实例
 频分复用
 频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）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）。

 频分复用及应用实例
 一、频分复用
 概念：多路复用是将若干路彼此无关的消息信号合并在一起，在一个信道中进行传输。

实验二FDM频分复用通信系统实验一、实验目的1、掌握FDM系统的基本原理2、理解实验电路的工作过程3、了解各模块电路在系统中的作用二、实验内容1、熟悉FDM系统的原理2、测量各中间测试点的波形3、根据系统结构组成框图进行系统电气连接4、测量各信号源输出信号的波形，了解信号源输出信号的参数变化对系统传输的影响三、实验设备1、20MHZ示波器一台2、实验模块：RC-ZHTX-10模块、RC-ZHTX-14模块、RC-ZHTX-15模块、RC-ZHTX-16模块、RC-ZHTX-17模块四、基本原理我们将两路话音信号在两个不同的频率区里进行传送，即频分复用（FDM）。

图2-1所示的是一个频分复用的电话系统组成方框图。

由图可见，复用的信号共有ｎ路，每路信号首先通过低通滤波器（LPF），以便限制路信号的最高角频率ωm。

为简单起见，这里假定各路的ωm都相等，例如，若各路都是话音信号，则每路信号的最高频率均为 3.4K。

然后，各路信号通过各自的调制器，它们的电路可以是相同的，但所用的载波频率则不同。

调制的方式可以任意选择，可以是SSB、DSB 等。

在选择载频里，应考虑到边带的频谱宽度。

同时，为了防止邻路信号间的相互干扰，还应留有一定的防护频带，即f c(i+1)=f c i+(f m+f g),i=1,2,…,n式中，f c i与f c(i+1)——分别为第i路与第（i+1）路的载频的频率；f m——每一路的最高频率；f g——邻路间隔防护频带。

显然，若f g越大，则在邻路信号干扰指标相同的情况下，对边带滤波器的技术指标要求允许放宽些。

但这时占用总的频带要加宽，这对提高信道复用率不利。

因此，实际中我们宁愿提高边带滤波器技术指标，以使f g尽量缩小。

目前，按CCITT标准，防护频带间隔应为900HZ，这样，可以使邻路干扰电平低于-40dB以下。

LPF LPFLPF LPF×DBF1×DBF2×DBFn-1×DBFn相加器信道ωc1ωc2ωcn-1ωcnm1(t) m2(t)m n-1(t) m n(t)LPF LPFLPF LPF×BPF1×BPF2×BPFn-1×BPFn ωc1ωc2ωcn-1ωcnm1(t)m2(t)m n-1(t)m n(t)图22-1频分复用系统组成方框图经过调制后的各路信号，在频率位置上就被分开了。

什么是电路的多路选择和复用电路的多路选择和复用是指在电路设计中，通过一组开关或逻辑电路控制来选择电路中的多个信号源或信号路径，并将其合并为一个输出信号。

这种技术可以提高电路的灵活性和效率，减少芯片面积和功耗。

一、多路选择多路选择是指在电路中选择多个信号源中的一个或几个进行处理的技术。

它常常用于数据选择、信号切换、多通路选择和多分辨率显示等领域。

常见的多路选择电路包括利用传输门实现的多路选择器、解码器以及复用器等。

1. 多路选择器多路选择器是一种常见的多路选择电路，其功能是根据输入控制信号选择某个信号源输出。

多路选择器根据输入控制信号的数量，可分为2选1、4选1、8选1等多种类型。

在多路选择器中，仅有一个输入信号能够被选中，并通过输出端输出。

多路选择器常用于数据选择、信号切换等场景。

2. 数据选择器数据选择器是多路选择电路的一种应用场景。

它将多个数据输入信号与一个二进制选择输入相连接，在不同的选择输入模式下，选中不同的数据输入，并将选中的数据输出。

数据选择器可以实现多个数据源之间的切换，并且只输出选择的数据。

3. 多通路选择多通路选择是指在电路中有多个输入信号路径，通过控制信号选择其中一个或多个路径进行信号传输。

这种技术广泛应用于通信系统中的信号切换、路由器、交换机等设备中。

多通路选择可以实现信号的动态转接，提高通信系统的灵活性和可靠性。

二、复用技术复用是指在一定的时间内，将多个信号或数据流通过一条物理通路进行传输的技术。

复用技术可以提高通信信道的利用率，减少系统的资源占用。

常见的复用技术包括时分复用（TDM）、频分复用（FDM）、波分复用（WDM）等。

1. 时分复用时分复用是将多个信号按照时间不重叠地放在同一条通信线路上进行传输的技术。

多个信号源按照时间先后顺序进行传输，并在接收端通过时序控制将各个信号分离出来。

时分复用技术广泛应用于电话、数据通信等领域，可以提高信道的利用率和传输效率。

2. 频分复用频分复用是将多个信号按照不同的频率进行分割，并分配到不同的子信道上进行传输的技术。