频分两路复用系统设计.doc

目录一、设计原理22.1 频分复用的概述22.2 频分复用原理22.3频分复用的的特点与优点：5二、设计流程图6三、单元电路设计71、调制电路72、解调电路73、加法器电路84、滤波电路95、电源电路10四、System View仿真及仿真原理结果分析11五、总结及实习心得15总原理图16参考文献:17一、设计原理2.1 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)。频分复用是利用各路信号在频率域不相互重叠来区分的。 若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。若基带信号是模拟信号，则调制方式可以是DSB、 AM、SSB、VSB或FM等，其中SSB方式频带利用率最高。若基带信号是数字信号，则调制方式可以是ASK、FSK、PSK等各种数字调制。2.2 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。如图1.2所示。 图1.2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，则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，为了避免它们的频谱重叠，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。2.3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部分地由发送带通滤波器消除，但信道传输中非线性所造成的串扰则无法消除。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2.1所示：图如2.1 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,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，还原出第一路信号，对第二路信号乘以载波信号384KHZ，还原第二路信号。从而实现频分复用。三、单元电路设计 1、调制电路调制电路采用MC1596G进行调制，接线图3.1图3.1 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所示：图3.2 频分复用解调电路3、加法器电路加法器电路如图3.3所示：图3.3 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，信号强度体现在时域幅值上，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分离出来。加法器分为倒相加法器和同相加法器。图3.4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分离出每路信号。其中Rf= R1=R2=R3=R4，R1、R2、R3、R4输入电流分别为I1、I2、I2、I4，则输出电流I= I1+I2+I2+I4。4、滤波电路图3.4 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3.5所示：图3.5频分复用电源接口双电源电路在生活中，比如两节电池串联，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，找出系统设计的不足之处，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：图4.1 仿真原理图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分离，通过相干解调的方式把基带信号解调出来，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运行后结果如下图 图4.2仿真图图0信号产生1000HZ正弦波图4.3输入信号1经过相干解调后1000HZ信号图4.4 信号1相干解调后的波形图1信号产生2000HZ正弦波图4.5 输入信号2相干解调后2000HZ信号图4.5信号2相干解调后的波形经过仿真结果的比对，发现基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避免所产生的。故基本上实现了频分多路复用的系统仿真设计。五、总结及实习心得在得知自己的专业设计课题是通信原理方面的内容后，心里有点忐忑，因为通信原理在大多数同学看来是有点难度的。刚开始拿到课题后，我就没有一点头绪，完全不知道如何下手。而且，我对于频分复用这个知识点也掌握的不怎么牢固，所以，我开始查看以前的通信原理教材，看完后稍微有点头绪了。可是对于接下来的事情还是没有头绪。不过，第二天在老师的一番指点后，终于对这次课程设计有了点信心。老师在讲关于这次专业设计的同时，也讲了关于下学期毕业设计的一些事情。让我收获颇的是，老师跟我们讲了专业设计和毕业设计的一般方法。都是需要按照一定的步骤和方法执行。接下来，我开始按照老师的要求执行这次专业设计的安排。我以为这次应该会很顺利。可是没有想到 ，在做到系统仿真的时候，我发现Systemiew这个软件我根本不怎么熟悉。而且，这是个比较小众的软件，网络上关于这方面的教程很少。所以在万般无奈之下开始看这个软件的帮助系统，