浅析频分复用技术及在数字电视中的应用

曹勇

摘 要 复用是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一信道上传输的复合信号的方法。譬如，在电话系统中，传输的语音信号的频谱一般在300 Hz～3400 Hz内。为了使若干个这种信号能在同一信道上传输，可以使它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不致相互影响，并能在接收端分离开来，本文就此技术进行详细阐述。

关键词 信道复用 频分复用 技术

一、常见的信道复用技术及其原理

常见的信道复用采用按频率区分或按时间区分信号。按频率区分信号的方法称为频分复用；按时间区分信号的方法称为时分复用。

通常，在通信系统中，信道所能提供的带宽往往要比传送一路信号所需的带宽宽得多。因此，一个信道只传送一路信号有时是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，因而提出了信道频分复用的问题。见图1。

合并后的复用信号原则上可以在信道中传输，但有时为了更好地利用信道的传输特性，也可以再进行一次调制。再频分复用系统的接收端，可以利用相应的带通滤波器来区分开各路信号的频谱。然后，通过各自的相干解调器便可恢复各路的调制信号。频分复用系统的最大优点是信道复用率高，容许复用的路数多，同时分路也很方便。因此。它成为目前模拟通信中最主要的一种复用方式，特别是在有线和微波通信系统中，应用十分广泛。

由于基带传输系统采用串行传输的方法传输数字信号，不能在带宽上划分。TDM技术在信道使用时间上进行划分，按一定原则把信道连续使用时间划分为一个个很小的时间片，把各个时间片分配给不同的通信过程使用；由于时间片的划分一般较短暂，可以想象成把整个物理信道划分成了多个逻辑信道交给各个不同的通信过程来使用，相互之间没有任何影响，相邻时间片之间没有重叠，一般也无须隔离，信道利用率更高。

二、STDM同步时分多利复用技术和ATDM异步时分多路复用技术

STDM同步时分多利复用技术和ATDM异步时分多路复用技术，是通常采用的技术。同步时分复用采用固定时间片分配方式，即将传输信号的时间按特定长度连续地划分成特定的时间段（一个周期），再将每一时间段划分成等长度的多个时隙，每个时隙以固定的方式分配给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分配到一个时隙。

由于在同步时分复用方式中，时隙预先分配且固定不变，无论时隙拥有者是否传输数据都占有一定时隙，这就形成了时隙浪费，其时隙的利用率很低。为了克服STDM的缺点，引入了异步时分复用技术。

异步时分复用（ATDM）技术又被称为统计时分复用技术（Statistical Time Division Multiplexing），它能动态地按需分配时隙，以避免每个时间段中出现空闲时隙。

ATDM就是只有当某一路用户有数据要发送时才把时隙分配给它；当用户暂停发送数据时，则不给它分配时隙。电路的空闲时隙可用于其他用户的数据传输。

另外，在ATDM中，每个用户可以通过多占用时隙来获得更高的传输速率，而且传输速率可以高于平均速率，最高速率可达到电路总的传输能力。

1.数字电视节目复用器。数字电视节目复用器主要完成对MPEG-2传输流（TS）的再复用功能，形成多节目传送流（MPTS），用于数字电视节目的传输任务。所谓统计复用是指被复用的各个节目传送的码率不是恒定的，各个节目之间实行按图像复杂程度分配码率的原则。因为每个频道（标准或增补）能传多个节目，各个节目在同一时刻图像复杂程度不一样（一样的概率很小），所以我们可以在同一频道内各个节目之间按图像复杂程度分配码率，实现统计复用。

实现统计复用的关键因素：一是如何对图像序列随时进行复杂程度评估，有主观评估和客观评估两种方法；二是如何适时地进行视频业务的带宽动态分配。使用统计复用技术可以提高压缩效率，改进图像质量，便于在1个频道中传输多套节目，节约传输成本。

2.分组交换网。分组交换网是继电路交换网和报文交换网之后的一种新型交换网络，它主要用于数据通信，如X.25，帧中继，DPT，SDH，GE和ATM都是分组交换的例子。分组交换是一种存储转发的交换方式，它将用户的报文划分成一定长度的分组（可以定长和不定长），以分组为存储转发。因此，它比电路交换的利用率高，比报文交换的时延小，具有实时通信的能力。分组交换利用统计时分复用原理，将1条数据链路复用成多个逻辑信道，最终构成1条主叫、被叫用户之间的信息传送通路，称之为虚电路（即VC，两个用户终端设备在开始互相发送和接收数据之前需要通过网络建立逻辑上的连接），实现数据的分组传送。分组交换网中有的支持统计复用，有的不支持统计复用，例如SDH就不支持统计复用，其带宽是固定不变的，支持统计复用技术主要有帧中继、ATM和IP。