频分复用是什么？简述频分复用原理及应用特点

多路复用技术于1870年开发，但在20世纪末期，它变得更加适用于数字电信行业。在电信领域，多路复用技术用于组合多个数据流并通过单个介质发送多个数据流。因此，用于多路复用的硬件称为多路复用器（MUX），它合并N个输入线以产生单个O/P线。

多路复用方法广泛应用于电信领域，例如许多电话呼叫通过单条线路进行。多路复用分为三种类型，例如：频分复用、波分复用（WDM）以及时分复用。目前，这三种多路复用技术已成为电信过程中非常重要的资产，它们极大地改进了我们通过电话线、AM和FM无线电以及光纤发送和接收独立信号的方式。本文主要介绍频分复用（FDM）相关基础知识内容。

基本概念

频分复用的定义是：一种用于在共享介质上组合多个信号的复用技术。在这种类型的复用中，不同频率的信号被合并以并发传输。在频分复用中，多个信号被合并以通过信道或单个通信线路传输，其中每个信号被分配到主信道中的不同频率。

功能框图

频分复用框图如下所示，包括发射机和接收机。在频分复用中，不同的消息信号（如m1(t)、m2(t) 和 m3(t)）在不同的载波频率（如fc1、fc2和fc3）上进行调制。以这种方式，不同的调制信号在频域内彼此分离。这些调制信号被合并在一起以形成通过信道/传输介质传输的复合信号。

为了避免两个消息信号之间的干扰，在这两个信号之间还保留了保护带。保护频带用于分隔两个较宽的频率范围。这确保同时使用的通信信道不会受到干扰，干扰会导致传输质量下降。

如上图所示，有三种不同的消息信号被调制在不同的频率上。之后，它们被合并成一个复合信号。必须选择每个信号的载波频率，以便调制信号不会重叠。像这样，复用信号内的每个调制信号在频域内简单地彼此分离。

在接收器端，带通滤波器用于将每个调制信号与复合信号分离并进行解复用。通过低通滤波器传输解复用的信号，可以恢复每个消息信号。这就是典型的频分复用方法。

工作原理

在频分复用系统中，发送端有多个发送器，接收端有多个接收器。在发射器和接收器之间有通信通道。在频分复用中，在发射机端，每个发射机以不同的频率发射信号。例如，第一发射器发射频率为30 kHz的信号，第二发射器发射频率为40 kHz的信号，第三发射器发射频率为50kHz的信号。

之后，这些具有不同频率的信号被称为多路复用器的设备组合，该多路复用器通过通信信道发送多路复用的信号。频分复用是一种模拟方法，是一种非常流行的复用方法。在接收器端，解复用器用于分离复用的信号，然后将这些分离的信号传输到特定的接收器。

典型的频分复用共有N个通道，其中N是大于1的整数。每个通道承载一位信息并具有自己的载波频率。每个通道的输出以与所有其他通道不同的频率发送。每个通道的输入延迟一定量dt，该量可以以时间或每秒周期为单位来测量。

每个通道都由光子晶体阵列组成，这些光子晶体充当穿过它们的光波的滤波器。每个晶体只能通过特定波长的光；其它的则完全被其结构或相邻晶体的反射所阻挡。

频分复用需要为每个用户使用额外的接收器，这可能非常昂贵并且难以安装在移动设备中。这个问题已经通过使用诸如正交频分复用（OFDM）之类的频率调制技术来解决。正交频分复用传输通过在单个载波频率上将不同的子载波分配给不同的用户来减少所需的接收器数量。

频分复用需要额外的接收器，因为基站和每个移动单元必须随时间同步。在这种多路复用中，数据不能以突发模式发送，因此数据是连续发送的，因此接收方必须等到接收到下一个数据包才能开始接收下一个数据包。它需要特殊的接收器能够以不同的速率从不同的基站接收数据包，否则它们将无法正确解码它们。

频分复用系统中涉及的发射机和接收机的数量称为“发射机-接收机对”，简称为TRP。必须可用的TRP数量可以使用以下公式计算：

TRP数量 = (# 发射机) (# 接收点) (# 天线)

例如，如果有三个发射器和四个接收点 (RP)，那么我们将有九个TRP，因为有三个发射器和四个RP。为了简单起见，这里假设每个RP有一个RP天线，每个TRP有两个RP天线，这意味着还需要九个TRPS。

这种复用可以是点对点或多点复用。在点对点模式下，每个用户都有自己的专用信道，以及自己的发射机、接收机和天线。在这种情况下，每个用户可能有多个发射机，并且所有用户将使用不同的信道。在点对多点模式中，所有用户共享同一信道，但每个用户的发射器和接收器都与同一信道上其他用户的发射器和接收器连接。

频分复用与时分复用区别

频分复用和时分复用之间的区别主要表现在以下几个方面：

优缺点

频分复用的优点包括以下几个方面：

• 发射机和接收机不需要任何同步。
• 它更简单并且解调容易。
• 由于带宽较慢，只有一个通道可以发挥作用。
• 适用于模拟信号。
• 可以同时传输大量通道。
• 价格较为便宜。
• 具有高可靠性。
• 使用这种多路复用，可以低噪声和低失真且高效率地传输多媒体数据。

频分复用的缺点包括以下几个方面内容：

• 存在串扰问题。
• 仅在首选少数速度较低的通道时适用
• 发生中介失真。
• 电路很复杂。
• 需要更多的带宽。
• 提供的吞吐量较少。
• 与TDM相比，FDM提供的延迟更长。
• 不具有动态协调。
• 需要大量的滤波器和调制器。
• 这种复用的信道可能会受到宽带衰落的影响。
• 无法利用信道的全部带宽。
• 系统需要载波信号。

应用领域

频分复用的应用包括以下内容。

• 前几年，FDM用于蜂窝电话系统和谐波电报通信系统。
• 频分复用主要用于无线电广播。
• 也用于电视广播。
• 适用于电话系统，以帮助通过单个链路或单个传输线路传输多个电话呼叫。
• 在卫星通信系统中用于传输各种数据信道。
• 用于调频传输系统或立体声频率调制。
• 用于AM无线电传输系统/幅度调制。
• 用于公用电话和有线电视系统。
• 它用于AM FM广播。
• 用于宽带连接系统以及DSL（数字用户线）调制解调器。
• 主要用于音频、视频和图像等多媒体数据传输。

总结

通过以上内容介绍可以得知，频分复用这是一种多路复用技术，可将现有带宽分成多个子带，每个子带都可以承载信号。因此，这种多路复用允许在共享通信介质上同时传输。这种复用允许系统在独立频率子带上传输的多个段中传输大量数据。