1、两路频分复用通信电路的设计XXXX学院课 程 设 计课程名称 电子信息专业设计 课题名称 频分复用系统研究与调试 专 业 电子信息工程 班 级 电信0981 学 号 202113020212 姓 名 XXXX 指导教师 XXXX 2021年 12 月 10 日XXXX学院课 程 设 计 任 务 书课程名称： 电子信息专业设计 题 目：频分复用FDM通信系统研究与调试专业班级： 学生姓名： 指导老师： 审 批： 任务书下达日期 2021 年12 月 10日设 计 完成日期 2021年 12 月 28日 设计内容与设计要求一设计内容FDM常用于模拟传输的宽带网络中。设计2路模拟语音的FDM通信系统
2、，完成2路语音信号的调制解调的系统设计。载波频率为192K和384K，每路话音信号的标准带宽为4KHz。要求设计完成：模拟调制模块、复用模块、模拟解调模块的设计，并要求完成设计的系统仿真。二、设计要求：1、给出整体设计框图；2、完成各单元电路电路设计，完成仿真，出示仿真结果；3、绘制总电路原理图；4、写出设计报告；主要设计条件1.提供计算机和必要的实验设备说明书格式1.课程设计封面；2.任务书；3.说明书目录；4.设计总体思路，根本原理和框图；5.单元电路设计；6.设计仿真；7.总结与体会；8.附录；9.参考文献。进度安排第一周：星期一 ： 安排任务、讲课； 星期二 星期五： 查资料、设计；
3、第二周：星期一星期二：设计； 星期三星期四：写总结报告 星期五：辩论。参考文献1.李东生、左洪浩著：?Systemview系统设计及仿真入门与应用?电子工业出版社；2.樊昌信编著：?通信原理教程?第二版，电子工业出版社；3.同济大学数学系编：?高等数学?，高等教育出版社；4.阎石著：?数字电子技术根底?第五版，高等教育出版社。一、设计原理 频分复用的概述频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成假设干个子频带(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
4、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)。频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。 假设相邻信号之间产生相互干扰，将会使输出信号产生失真。 为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率fc1, fc2, , fcn，并使各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔。假设基带信号是模拟信号，那么调制方式可以是DSB、 AM、SSB
5、、VSB或FM等，其中SSB方式频带利用率最高。假设基带信号是数字信号，那么调制方式可以是ASK、FSK、PSK 等各种数字调制。 频分复用原理 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假设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。如图2-1所示。图2-1频分复用组成框图(1)发送端由于消息信号往往不是严格的限带信号，因而在发送端各路消息首先经过低通滤波，以便限制各路信号的最高频
6、率 ，为了分析问题的方便，这里我们假设各路的调制信号fm 的频率都相等。然后对各路信号进行线性调制，各路调制器的载波频率不同。在选择载频时，应考虑到边带频谱的宽度。同时，为了防止邻路信号间的相互干扰，还应留有一定的保护频带，即fc(i+1)=fci +(fm+fg) ,i=1,2.n 其中: fc(i+1) 与 fci分别为第i+1 路与 i路的载频频率;fm 每一路调制信号的最高频率,本设计中为3400Hz;fg 邻路间保护带。2接收端在频分复用系统的接收端，首先用带通滤波器(BPF)来区分各路信号的频谱,然后,通过各自的相干解调器解调,再经低通滤波后输出,便可恢复各路的调制信号。 分别对发
7、送端和接收端进行原理分析：1、发送端由于消息信号往往不是严格的限带信号，因而在发送端各路消息首先经过低通滤波，以便限制各路信号的最高角频率，为了分析问题的方便，这里我们假设各路的都相等。然后对各路信号进行线性调制，各路调制器的载波频率不同。在选择载频时，应考虑到边带频谱的宽度。同时，为了防止邻路信号间的相互干扰，还应留有一定的保护频带，即其中:与分别为第路与路的载频的频率;每一路的最高频率;邻路间保护频带。邻路间的保护频带越大，那么在邻路信号干扰指标相同的情况下，对带通滤波器的技术指标的要求就可以放宽一些。但这时占用的总的频带就要加宽，这对提高信道复用率不利。因此，实际中，通常提高带通滤波器的
8、技术指标，尽量减小邻路间的保护频带。各路已调信号相加送入信道之前，为了防止它们的频谱重叠，还要经过带通滤波器。在信道中传送的路信号的总的频带宽度最小应等于2、接收端在频分复用系统的接收端，首先用带通滤波器将各种信号分别提取，然后解调，再经低通滤波后输出。频分复用的的特点与优点：1优点信道复用率高，分路方便，因此，频分多路复用是目前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。 2主要问题频分多路复用中的主要问题是各路信号之间的相互干扰，即串扰。引起串扰的主要原因是滤波器特性不够理想和信道中的非线性特性造成的已调信号频谱的展宽。调制非线性所造成的串扰可以局部地由发送带
9、通滤波器消除，但信道传输中非线性所造成的串扰那么无法消除。因而在频分多路复用系统中对系统线性的要求很高。合理选择载波频率，并在各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔，也是减小串扰的有效措施。二、设计流程图根据设计要求，两路调制信号频率为3003400HZ，分别用196KHZ、384KHZ的载波进行调制，为此，调制信号较少，不必用群结构的多重调制，系统框图如1.5.1所示：图如1.5.1 频分复用总设计框图预滤波器为了限制已调信号带宽，3003400HZ的语音学信号，预滤波器设为4KHZ的低通滤波器，第一路双边带调制信号为192KHZ，通过带通滤波器去上边带，一路调制频率为192.3196KHZ
10、,同理第二路调制信号频率为384.3387KHZ,两路调制信号通过一个多路加法器，在一条信道上传输。在接收端，首先通过频带分别为192.3196KHZ、384.3387KHZ的带通滤波器过滤出两路调制信号，对第一路调制信号乘以载波，192KHZ，复原出第一路信号，对第二路信号乘以载波信号384KHZ，复原第二路信号。从而实现频分复用。三、单元电路设计 1、调制电路图3.2.1 调制电路其中signal为调制信号输入，carry为载波信号输入，芯片MC1596G相当于一个模拟乘法器，信号输入输出均为共地段，所有信号都在0电平上下浮动，在外来信号接入时，信号地端要跟模块的地相连。2、解调电路解调电
11、路跟调制一样，就是与一个跟调制信号同频同相的载波相乘，因此同样可以使用MC196G芯片解调，这种解调方式称为相干解调，解调电路如图3.2.2所示：图3.2.2 频分复用解调电路3、加法器电路加法器电路如图3.2.3所示：图3.2.3 频分复用多路加法器 加法器是指输出信号强度是几路输入信号强度之和的运算放大器，信号强度表达在时域幅值上，在频域上并没有影响，因此经过加法器的几路信号仍然可以通过滤波器别离出来。加法器分为倒相加法器和同相加法器。图3.2.3这种接法采用同相加法器构成。已调信号通过加法器电路以后，信号强度在时遇上相加，只要信号频域上没有重叠，各路信号可以通过滤波器别离出每路信号。其中
12、Rf= R1=R2=R3=R4，R1、R2、R3、R4输入电流分别为I1、I2、I2、I4，那么输出电流I= I1+I2+I2+I4。4、滤波电路图3.2.4 滤波电路5、电源电路系统中提供了电源接口，这是因为试验箱中有很多电源可供选择。系统中，信号在0上下摆动，因此电源需采用双电源供电，这里提供一个电源接口，双电源需3条导线连接，电路如图3.2.5所示：图3.2.5 频分复用电源接口双电源电路在生活中，比方两节电池串联，中间是地端，那地另一端是正极为+1.5V，地另一端为负极即为-1.5V。四、System View仿真及仿真原理结果分析通过对System View软件的学习和理解，借助其软
13、件的仿真平台，根据其设计原理对所设计的频分复用系统进行的仿真模拟，过对仿真的结果对所设计的系统认真分析，找出系统设计的缺乏之处，加以矫正和修改，完成系统的仿真模拟，把误差降低到接受范围内。其仿真原理图如下：1、对上图仿真原理的解释说明：在发送端采取两种不同频率的信号源，在信道中传输，以此来说明频率多路复用问题，第一路信号为1000HZ正弦波信号，第二路为2000HZ正弦波,分别通过调制器对其调制，把基带信号与不同的载波进行调制。对频率搬移到在信道传输中适宜的频率段内。通过带通滤波器滤除调制时产生的噪声。然后两路信号进入信道中进行传输，通过带通滤波器对其两路信号进行别离，通过相干解调的方式把基带
14、信号解调出来，经过低通滤波器滤除信道传输总的噪声，减小相邻频段的干扰，解调出基带信号。图0信号产生1000HZ正弦波图4，31低通滤波器 通带1000HZ图2调制载波产生器载波信号192KHZ图6，21模拟乘法器图8，19带通滤波器Low fc=192e+3HZ ,Hi Fc=196e+3HZ图18加法器图10，14，11，15，27，33为示波器图1信号产生2000HZ正弦波图5，32低通滤波器 2000HZ图7调制载波产生器载波信号384HZ图7，22模拟乘法器图9，20带通滤波器Low fc=384e+3HZ ,Hi Fc=387e+3H运行后结果如下列图图0信号产生1000HZ正弦波经
15、过相干解调后1000HZ信号图1信号产生2000HZ正弦波相干解调后2000HZ信号经过仿真结果的比对，发现根本上实现了频分多路复用，与原基带信号源的波形图类似，但是同时也发现存在失真，这是实验中遇到的问题所在误差和噪声。及相邻边带的相互影响这都在应许误差范围内。同时噪声在信道中传输也是不可防止所产生的。故根本上实现了频分多路复用的系统仿真设计。五、总结及实习心得仔细回想为期这么久的课程设计真是学习到了不少东西，以前一味的仅仅在网上找资料加以修改，现在才感觉没什么涌出.课程设计做完了还是什么都不知道，而在这一次的课程设计中我充分的发挥了主观能动性，主动寻找学习。开始的时候老师刚刚布置完任务我真
16、是毫无头绪，我几乎什么都不懂连载波调制解调都不知所以然，连看一下的兴趣都没了，但是我还是找了大3似的教科书仔细的看其中的内容很快就弄懂了频分复用的原理知道了如何利用频分复用发送两路信号，虽然原理弄懂了并不需要计算可是System view的使用又成了一个问题，真是屋漏偏逢连夜雨，然后我上网查资料找视屏看软软件如何使用结果仅仅只有PDF格式的文件供查看，我又耐着性子对着软件看着PDF一遍遍的演练一遍遍的尝试来掌握这门软件的使用！最后终于功夫不负苦心人我学会了这门软件的使用，在同学的帮助下完成了仿真图的绘制，并且成功仿真，在完成的那一刻真是有满心的自豪感和满足感！通过这次课程设计我学会了许多东西，在以后的学习生活中我一定秉持着在这次课程中的心态完成每一次任务。总原理图参考文献:5.李东生、左洪浩著：?Systemview系统设计及仿真入门与应用?电子工业出版社；6.樊昌信编著：?通信原理教程?第二版，电子工业出版社；7.同济大学数学系编：?高等数学?，高等教育出版社；8.阎石著：?数字电子技术根底?第五版，高等教育出版社。
