频分复用课程设计.doc

课程设计任务书学生姓名： 胡光 专业班级： 电信1004 指导教师： 苏扬 工作单位： 信息工程学院 题 目： 频分复用两路通信电路的设计初始条件：具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。要求完成的主要任务：（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）1、完成一个频分复用两路通信电路的设计，实现两路不同信号的频分传输功能。2、在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。3、选用相应调制解调方式与同步方式，进行滤波器的设计。4、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计说明书。时间安排： 二十二周一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试指导教师签名： 年 月 日系主任（或责任教师）签名： 年 月 日目录1 课程设计及仿真软件简介1 1.1 两路信号频分复用概述1 1.2 仿真软件Multisim简介32 频分复用原理43 仿真电路设计及波形6 3.1 两路信号频分复用总电路图6 3.2 加法器和乘法器电路7 3.3 带通滤波器电路8 3.4 二阶低通滤波器电路94 仿真结果与分析11 4.1 软件仿真11 4.2 仿真结果分析135 心得体会14参考文献151 绪论1.1 两路信号频分复用的概述 “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。例如，在电话系统中，传输的语音信号的频率一般在3003400Hz内。为了是若干个这样的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，合并在一起不至于相互影响，并能在接受端彼此分离开来。 常见的信道复用采用按频率区分和按时间区分信号。 频分复用（FDM）是按频率分割多路信号的方法，即将信道的可用频带分成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中的一个频段。在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。 时分复用（TDM）是按时间分割多路信号的方法，即将信道的可用时间分成若干顺序排列的时隙，每路信号占据其中一个时隙。在接收端用时序电路将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。 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，一个信道只传输一路信号是非常浪费的。为了充分利用信道的带宽，因而提出了信道的频分复用问题。图1示出了一个频分复用电话系统的组成框图。图中，复用的信号共有 路，每路信号首先通过低通滤波器（LPF），以限制各路信号的最高频率 。为简单起见，无妨设各路的 都相等。例如，若各路都是话音信号，则每路信号的最高频率皆为3400Hz。然后，各路信号通过各自的调制器进行频谱搬移。调制器的电路一般是相同的，但所用的载波频率不同。调制的方式原则上可任意选择，但最常用的是单边带调制，因为它最节省频带。因此，图中的调制器由相乘器和边带滤波器（SBF）构成。在选择载频时，既应考虑到边带频谱的宽度，还应留有一定的防护频带 ，以防止邻路信号间相互干扰频分复用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)。1.2 仿真软件Multisim简介 Multisim是加拿大Interactive Image Technologies公司推出的Windows环境下的电路仿真软件，是广泛应用的EWB(Electronics Workbench，电子工作台)的升级版，不仅可以完成电路瞬态分析和稳态分析、时域和频域分析、噪声分析和直流分析等基本功能，而且还提供了离散傅里叶分析、电路零极点分析、交直流灵敏度分析和电路容差分析等电路分析方法，并具有故障模拟和数据储存等功能。 应用Multisim对电路进行仿真分析的基本过程与PSpice类似，只是在绘电路图时还需要接入所需要的仪器仪表，构成完整的实验电路。在进行数字电路仿真或模拟电路瞬态分析时，不需要设置仿真类型和参数，只需要打开虚拟的电源开关即可进行仿真，显示仿真结果。 Multisim为用户提供了数量众多的元器件，被分门别类地存放在多个器件库中。在绘制电路图时只需打开器件库，再用鼠标左键选中要用的元器件，并把它拖放到工作区即可。当光标移动到元器件的引脚时，会自动产生一个带十字的黑点，进入到连线状态。单击鼠标左键确认后，移动鼠标即可实现连线，搭接电路原理图既方便又快捷，就像在计算机上进行实验一样。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。图2-1 频分复用原理框图发送端： 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 。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。3 仿真电路设计3.1两路信号频分复用总电路图两路信号频分复用电路由多个单元电路组成，其中有乘法器，加法器，全通滤波器，带通滤波器，二阶低通滤波器。3.2 加法器和乘法器电路乘法器主要用于实现两路信号信号相乘，然后将其输出，乘法器的作用主要是将频率较低的语音信号变换到频率较高然后便于传送信道传输。乘法器输入输出波形如下： 加法器主要用于实现两路信号信号相加，然后将其输出，加法器的作用主要是将频率较低的语音信号变换到频率较高然后便于传送信道传输。加法器输入输出波形如下：3.3 带通滤波器电路 带通滤波器是指能通过某一频率范围内的频率分量、但将其他范围的频率分量衰减到极低水平的滤波器，与带阻滤波器的概念相对。一个模拟带通滤波器的例子是电阻-电感-电容电路。这些滤波器也可以用低通滤波器同高通滤波器组合来产生带通滤波器主要用于让含有某一路信号的高频载波信号通过。一个理想的滤波器应该有一个完全平坦的通带，例如在通带内没有增益或者衰减，并且在通带之外所有频率都被完全衰减掉，另外，通带外的转换在极小的频率范围完成。实际上，并不存在理想的带通滤波器。滤波器并不能够将期望频率范围外的所有频率完全衰减掉，尤其是在所要的通带外还有一个被衰减但是没有被隔离的范围。这通常称为滤波器的滚降现象，并且使用每十倍频的衰减幅度dB来表示。通常，滤波器的设计尽量保证滚降范围越窄越好，这样滤波器的性能就与设计更加接近。带通滤波器输入输出波形：3.4 二阶低通滤波器电路 二阶滤波器对于削减高频信号能起到更高的效果。这种类型的滤波器的波特图类似于一阶滤波器，只是它的滚降速率更快。例如，一个二阶的巴特沃斯滤波器（它是一个没有尖峰的临界衰减RLC电路）频率增加一倍时就将信号强度衰减到最初的四分之一（每倍频-12dB）。其它的二阶滤波器最初的滚降速度可能依赖于它们的Q因数，但是最后的速度都是每倍频 -12dB。理想与实际滤波器一个理想的低通滤波器能够完全剔除高于截止频率的所有频率信号并且低于截止频率的信号可以不受影响地通过。实际上的转换区域也不再存在。一个理想的低通滤波器可以用数学的方法（理论上）在频域中用信号乘以矩形函数得到，作为具有同样效果的方法，也可以在时域与sinc函数作卷积得到，二阶低通滤波器用于各路信号的最高角频率。滤掉高频信号成分二阶低通滤波器的输入输出波形：4 仿真结果与分析4.1 软件仿真 由电路图可知，我们在输入端送入两路正弦信号，第一路信号的频率为200Hz，载波频率为20kHz；第二路信号的频率为100Hz，载波频率为10kHz。两路信号对比仿真波形： 由仿真结果可以看出，解调信号与原始信号频率相同，且信号波形较好，未产生失真等现象，达到了实验预期的效果，符合实验设计要求。5心得体会通信原理这么课程在电子信息工程专业中，是极为重要的一门，有些理论在课上没有完全的融会贯通，在此次课程设计当中，一方面可以自己动手实践，另一方面也能学到一些课本上没有的东西，通过这次课程设计使我懂得了理论与实际相结合是很重要的，只有理论知识是远远不够的，只有把所学的理论知识与实践相结合起来，从理论中得出结论，才能真正为社会服务，从而提高自己的实际动手能力和独立思考的能力。虽然遇到了一些问题，但经过一次又一次的思考，一遍又一遍的检查终于找出了原因所在，也暴露出了前期我在这方面的知识欠缺和经验不足。实践出真知，通过亲自动手制作，使我们掌握的知识不再是纸上谈兵，在设计的过程中遇到问题，可以说得是困难重重，但可喜的是最终都得到了解决。学到很多很多的东西，还可以巩固了以前所学过的知识，同时学到了很多在书本上所没有学到过的知识。 我相信在今后社会的发展和学习实践过程中，我一定要不懈努力，不能遇到问题就想到要退缩，一定要不厌其烦的发现问题所在，然后一一进行解决，只有这样，才能成功的做成想做的事，才能在今后的道路上劈荆斩棘，而不是知难而退，那样永远不可能收获成功，收获喜悦，也永远不可能得到社会及他人对你的认可。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。我学会了很多学习的方法。而这是日后最实用的，真的是受益匪浅。要面对社会的挑战，只有不断的学习、实践，再学习、再实践。这对于我们的将来也有很大的帮助。以后，不管有多苦，我想我们都能变苦为乐，找寻有趣的事情，发现其中珍贵的事情。就像中国提倡的艰苦奋斗一样，我们都可以在实验结束之后变的更加成熟，会面对需要面对的事情。参考文献1 樊昌信，曹丽娜. 通信原理. 北京：国防工业出版社，20012 刘泉