频分多路复用

通信术语

频分多路复用（Frequency-division multiplexing，FDM），是指载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号的一种多路复用技术。FDM常用于模拟传输的宽带网络中。在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后分别解调接收。

定义

频分多路复用，是在适于某种传输媒质的传输频带内，若干个频谱互不重叠的信号一并传输的方式，简称FDM。在每路信号进入传输频带前，先要依次搬移频率（调制），而在接收端，再搬回到原来的频段，恢复每路的原信号，从而使传输频带得到多路信号的复用。各路信号一般为等带宽的同类信号，也可以是不同带宽的不同业务类别的信号。调制方式必须是线性调制，可以是调幅、调频或调相。

频分复用原理

在物理信道的可用带宽超过单个原始信号（如原理图中的CH1、CH2和CH3这3路信号）所需带宽情况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传输单个信号带宽相同（或略宽）的子信道；然后在每个子信道上传输一路信号，以实现在同一信道中同时传输多路信号。多路原始信号在频分复用前，先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上，使各信号的带宽不相互重叠（搬移后的信号如图中的中间3路信号波形）；然后用不同的频率调制每一个信号，每个信号都在以它的载波频率为中心，一定带宽的通道上进行传输。为了防止互相干扰，需要使用抗干扰保护措施带来隔离每一个通道。

复用方式分类

频分多路复用方式包括线路复用、话路复用、射频波道复用和射频频段复用。

3.1 线路复用

一般采用单边带调制，如载波电话系统就是把若干300～3 400Hz的话路信号，经一次调制组成基群，再经若干次调制依次组成超群、主群、超主群等高次群，这是典型的频分复用方式。

3.2 话路复用

用于低速数据传输，一般采用移频或移幅键控方式。如在一个300～3 400Hz的话路内传送多路低速移频电报。

3.3 射频波道复用

对单一载频，采用不同调制方式所形成的波道的复用方式。

①短波移频编码复用。如双路移频电报，以4个等同硒的不同频率分别代表两路电报传号、空号的4种组合（M1M2，M1S2，S1M2，S1S2），只需两路信号同步，即可根据某时间间隔出现的频率判决两路的传号、空号。

②短波波道频分复用。如独立边带调制系统，将独立生成的、各包括一个或两个话赂带宽的上下两个单边带信号，作为同一载频的边带信号一同发射，可分别容纳2个或4个3kHz的话路。

③基带二次调制复用。如模拟微波接力系统，以调频方式对频分复用的基带信号进行二次调制，用以传送几百路以至几千路电话信息。以单边带方式进行二次调制的模拟微波接力系统的容量可达1万话路以上。

3.4 射频频段复用

在一个射频频段内，包含若干射频波道的复用方式。

①频分多址复用（FDMA）。如卫星通信及地面微波利用扩散波传播模式构成的一点多址通信系统，可在兆赫级频段内包含若干个载波波道，每个载波波道可以包含一个模拟载波系统，也可只有一个话路。地球站可在一个或几个载波波道内对若干地址发送信息，并按目的地址接收有关的几个载波波道的信号，从中提取所需信息。只包含一个话路的载波波道可视为FDMA的特例，称为单路单载波系统（SCPC）。在增加申请和分配话路的控制系统后，形成多址共用的按需分配单路单载波系统（SPADE），在小业务量时，可大大提高信道的利用率。

②射频频段直接复用直接将频谱互不重叠的射频波道合并传输的方式。如将20～30套60～300MHz的电视节目（包括伴音）的信号，直接分别搬移到射频频段的11GHz单边带调幅制的微波短距离传送系统，将4、6、7GHz频段的微波信号通过一个天、馈线系统同时发射，从而在一个射束路由上可以容纳更多射频波道的微波接力系统。

优缺点

优点

1. 容易实现，技术成熟。

2. 信道复用率高，分路方便，因此频分多路复用是模拟通信中常采用的一种复用方式，特别是在有线和微波通信系统中应用十分广泛。

问题

1.保护频带占用了一定的信道带宽，从而降低了FDM 的效率；

2.信道的非线性失真改变了它的实际频率特性，易造成串音和互调噪声干扰；

3.所需设备随输入路数增加而增多，不易小型化；

4.FDM 不提供差错控制技术，不便于性能监测。

发展与应用

发展

历史上，电话网络曾使用FDM技术在单个物理电路上传输若干条语音信道。这样，12路语音信道被调制到载波上各自占据4KHz带宽。这路占据60－108KHz频段的复合信号被认为是一个组。反过来，五个这样的信号组本身被同样的方法多路复用到一个超级组中，这个组包含60条语音信道。进一步甚至有更高层次的多路复用，这样使得单个电路中传输几千条语音信道成为可能。

从原理分析可知，FDM比较适合于传输模拟信号，而TDM则比较适合于传输数字信号。因此在在电话系统所使用的数字传输方式中，TDM（时分多路复用，Time-Division Multiplexing）逐渐代替了FDM技术。

应用

在无线网路的应用上，除了以FDM在各个频率作传输，为了使不同的封包能在同一通道上传输，也同时使用了CDM（分码多工，Code-Division Multiplexing）这样的多路复用技术。

FDM也能被用于在最终调制到载波上之前合并多路信号。在这种情况下，所载信号被认为是次载波。立体声调频（stereo FM）传输就是这样一个例子：38KHz次载波被用于在复合信号频率调制之前从中央左右合并信道中分离出左右不同的信号。

当频分多路复用被用于允许多路用户共享一个物理通信信道时，它又被称为频分多址（FDMA）。FDMA是一种从不同发送器中分离无线电信号的传统方法。

在光学领域类似频分多路复用的技术被称为分波多工（wavelength division multiplexing）。

历史应用

现代应用

在现代电话系统所使用的数字传输方式中，时分多路复用（Time-Division Multiplexing）代替了FDM技术。

在无线网络的应用上，除了以FDM在各个频率作传输，为了使不同的数据包能在同一通道上传输，也同时使用了码分多址（CDMA）这样的多路复用技术。

当频分多路复用被用于允许多路用户共享一个物理通信信道时，它又被称为频分多址（FDMA）。

FDMA是一种从不同发送器中分离无线电信号的传统方法。