兩路頻分復(fù)用通信電路的設(shè)計(jì)

1、XXXX學(xué)院課程設(shè)計(jì)課程名稱電子信息專業(yè)設(shè)計(jì)課題名稱頻分復(fù)用系統(tǒng)研究與調(diào)試專 業(yè)班 級電信0981學(xué)號姓 名 XXXX指導(dǎo)教師XXXX2012年12月10日XXXX學(xué)院課程設(shè)計(jì)任務(wù)書課程名稱：電子信息專業(yè)設(shè)計(jì)題 目:頻分復(fù)用FDM通信系統(tǒng)研究與調(diào)試專業(yè)班級：學(xué)生：指導(dǎo)老師：審 批：任務(wù)書下達(dá)日期2012年12月10日設(shè)計(jì)完成日期2012年12 月28日設(shè)計(jì)容與設(shè)計(jì)要求一. 設(shè)計(jì)容FDM常用于模擬傳輸?shù)膶拵ЬW(wǎng)絡(luò)中。設(shè)計(jì) 2路模擬 語音的FDMIS信系統(tǒng)，完成2路語音信號的調(diào)制解調(diào)的 系統(tǒng)設(shè)計(jì)。載波頻率為192K和384K每路話音信號的 標(biāo)準(zhǔn)帶寬為4KHz要求設(shè)計(jì)完成：模擬調(diào)制模塊、復(fù)用 模塊、模

2、擬解調(diào)模塊的設(shè)計(jì)，并要求完成設(shè)計(jì)的系統(tǒng)仿 真。二、設(shè)計(jì)要求：1、給出整體設(shè)計(jì)框圖；2、完成各單元電路電路設(shè)計(jì)，完成仿真，出示仿真結(jié)果；3、繪制總電路原理圖；4、寫出設(shè)計(jì)報(bào)告；主要設(shè)計(jì)條件1. 提供計(jì)算機(jī)和必要的實(shí)驗(yàn)設(shè)備說明書格式1. 課程設(shè)計(jì)封面；2. 任務(wù)書；3. 說明書目錄；4. 設(shè)計(jì)總體思路，基本原理和框圖;5. 單元電路設(shè)計(jì)；6. 設(shè)計(jì)仿真；7. 總結(jié)與體會(huì)；8. 附錄；9. 參考文獻(xiàn)。進(jìn)度安排第一周：星期一：安排任務(wù)、講課；星期二 星期五：查資料、設(shè)計(jì);第二周：星期一星期二：設(shè)計(jì)；星期三星期四：寫總結(jié)報(bào)告星期五：答辯。參考文獻(xiàn)1. 東生、左洪浩著：Systemview系統(tǒng)設(shè)計(jì)及仿真入

3、門與應(yīng)用 電子工業(yè)；2. 樊昌信編著：通信原理教程第二版，電子工業(yè)；3. 同濟(jì)大學(xué)數(shù)學(xué)系編：高等數(shù)學(xué)，高等教育；4閻石著：數(shù)字電子技術(shù)基礎(chǔ)第五版，高等教育。目錄一、設(shè)計(jì)原理 02.1頻分復(fù)用的概述 02.2頻分復(fù)用原理 02.3頻分復(fù)用的的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn) 3二、系統(tǒng)總設(shè)計(jì)框圖 3三、電路模塊設(shè)計(jì) 51、調(diào)制電路 52、解調(diào)電路 63、加法器電路 64、濾波電路 75、電源電路 9四、System View仿真及仿真原理結(jié)果分析 .10五、總結(jié)及實(shí)習(xí)心得 13總原理圖 15參考文獻(xiàn): 16一、設(shè)計(jì)原理2.1頻分復(fù)用的概述頻分復(fù)用(FDM Frequency Division Multiplexing

4、)就是將用于傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻帶(或稱子信道)，每一個(gè) 子信道傳輸1路信號。頻分復(fù)用要求總頻率寬度大于各個(gè)子信道 頻率之和，同時(shí)為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_，應(yīng) 在各子信道之間設(shè)立隔離帶，這樣就保證了各路信號互不干擾(條件之一)。頻分復(fù)用技術(shù)的特點(diǎn)是所有子信道傳輸?shù)男盘栆圆⑿械?方式工作，每一路信號傳輸時(shí)可不考慮傳輸時(shí)延，因而頻分復(fù)用 技術(shù)取得了非常廣泛的應(yīng)用。頻分復(fù)用技術(shù)除傳統(tǒng)意義上的頻分 復(fù)用(FDM)外，還有一種是正交頻分復(fù)用(OFDM)頻分復(fù)用是利用各路信號在頻率域不相互重疊來區(qū)分的。若相鄰信號之間產(chǎn)生相互干擾，將會(huì)使輸出信號產(chǎn)生失真。為了防止相鄰信號之間產(chǎn)生相

5、互干擾，應(yīng)合理選擇載波頻率fc1, fc2, ,fen，并使各路已調(diào)信號頻譜之間留有一定的保護(hù)間隔。若基帶信 號是模擬信號，則調(diào)制方式可以是 DSB AM、SSB VSB或 FM等, 其中SSB方式頻帶利用率最高。若基帶信號是數(shù)字信號，則調(diào)制 方式可以是ASK FSK PSK等各種數(shù)字調(diào)制。2.2頻分復(fù)用原理在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號所 需的帶寬寬得多。如果一個(gè)信道只傳送一路信號是非常浪費(fèi)的， 為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用頻分復(fù)用的方法。在頻分復(fù)用系統(tǒng)中，信道的可用頻帶被分成若干個(gè)互不交疊的頻段, 每路信號用其中一個(gè)頻段傳輸，因而可以用濾波器將它們分別濾出來，

6、然后分別解調(diào)接收。如圖 2-1所示叫低邊頻 濾波器邊頻源波器帶適蟲2LPF圖2-1頻分復(fù)用組成框圖(1)發(fā)送端由于消息信號往往不是嚴(yán)格的限帶信號，因而在發(fā)送端各路消 息首先經(jīng)過低通濾波，以便限制各路信號的最高頻率，為了分析問題的方便，這里我們假設(shè)各路的調(diào)制信號fm的頻率都相等。然 后對各路信號進(jìn)行線性調(diào)制，各路調(diào)制器的載波頻率不同。在選擇載頻時(shí)，應(yīng)考慮到邊帶頻譜的寬度。同時(shí)，為了防止鄰 路信號間的相互干擾，還應(yīng)留有一定的保護(hù)頻帶，即fc(i+1)=fci +(fm+fg) ,i=1,2.n 其中：fc(i+1) 與 fci 分別為第 i+1 路與i路的載頻頻率;fm每一路調(diào)制信號的最咼頻率,本

7、設(shè)計(jì)中為 3400Hz;fg鄰路間保護(hù)帶。(2)接收端在頻分復(fù)用系統(tǒng)的接收端，首先用帶通濾波器 (BPF)來區(qū)分各 路信號的頻譜，然后,通過各自的相干解調(diào)器解調(diào)，再經(jīng)低通濾波 后輸出,便可恢復(fù)各路的調(diào)制信號。分別對發(fā)送端和接收端進(jìn)行原理分析：1、發(fā)送端由于消息信號往往不是嚴(yán)格的限帶信號，因而在發(fā)送端各路消 息首先經(jīng)過低通濾波，以便限制各路信號的最高角頻率，為了分 析問題的方便，這里我們假設(shè)各路的都相等。然后對各路信號進(jìn) 行線性調(diào)制，各路調(diào)制器的載波頻率不同。在選擇載頻時(shí)，應(yīng)考 慮到邊帶頻譜的寬度。同時(shí)，為了防止鄰路信號間的相互干擾， 還應(yīng)留有一定的保護(hù)頻帶，即其中：與分別為第路與路的載頻的頻率

8、；每一路的最高頻率；鄰路間保護(hù)頻帶。鄰路間的保護(hù)頻帶越大，則在鄰路信號干擾指標(biāo)相同的情況下， 對帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)的要求就可以放寬一些。但這時(shí)占用的 總的頻帶就要加寬，這對提高信道復(fù)用率不利。因此，實(shí)際中， 通常提高帶通濾波器的技術(shù)指標(biāo)，盡量減小鄰路間的保護(hù)頻帶。各路已調(diào)信號相加送入信道之前，為了避免它們的頻譜重疊,還要經(jīng)過帶通濾波器。在信道中傳送的路信號的總的頻帶寬度最 小應(yīng)等于2、接收端在頻分復(fù)用系統(tǒng)的接收端，首先用帶通濾波器將各種信號分 別提取，然后解調(diào)，再經(jīng)低通濾波后輸出。2.3頻分復(fù)用的的特點(diǎn)與優(yōu)點(diǎn)：（1）優(yōu)點(diǎn)信道復(fù)用率高，分路方便，因此，頻分多路復(fù)用是目前模擬通 信中常采用的一種

9、復(fù)用方式，特別是在有線和微波通信系統(tǒng)中應(yīng) 用十分廣泛。（2）主要問題頻分多路復(fù)用中的主要問題是各路信號之間的相互干擾，即串?dāng)_。 引起串?dāng)_的主要原因是濾波器特性不夠理想和信道中的非線性特 性造成的已調(diào)信號頻譜的展寬。調(diào)制非線性所造成的串?dāng)_可以部 分地由發(fā)送帶通濾波器消除，但信道傳輸中非線性所造成的串?dāng)_ 則無法消除。因而在頻分多路復(fù)用系統(tǒng)中對系統(tǒng)線性的要求很高。 合理選擇載波頻率，并在各路已調(diào)信號頻譜之間留有一定的保護(hù) 間隔，也是減小串?dāng)_的有效措施。二、設(shè)計(jì)流程圖根據(jù)設(shè)計(jì)要求，兩路調(diào)制信號頻率為300 3400HZ分別用載波載波384196KHZ 384KHZ的載波進(jìn)行調(diào)制，為此，調(diào)制信號較少，不

10、必用 群結(jié)構(gòu)的多重調(diào)制，系統(tǒng)框圖如所示：圖如頻分復(fù)用總設(shè)計(jì)框圖預(yù)濾波器為了限制已調(diào)信號帶寬，3003400HZ的語音學(xué)信號， 預(yù)濾波器設(shè)為 4KHZ的低通濾波器，第一路雙邊帶調(diào)制信號為 192KHZ通過帶通濾波器去上邊帶，一路調(diào)制頻率為192.3196KHZ, 同理第二路調(diào)制信號頻率為384.3387KH Z,兩路調(diào)制信號通過一個(gè)多路加法器，在一條信道上傳輸。在接收端，首先通過頻帶分別為192.3196KHZ 384.3387KHZ的帶通濾波器過濾出兩路調(diào)制信號，對第一路調(diào)制信號乘以載波， 192KHZ還原出第一路信號，對第二路信號乘以載波信號384KHZ 還原第二路信號。從而實(shí)現(xiàn)頻分復(fù)用。三

11、、單元電路設(shè)計(jì)1、調(diào)制電路其中signal為調(diào)制信號輸入，carry為載波信號輸入，芯片 MC1596G目當(dāng)于一個(gè)模擬乘法器，信號輸入輸出均為共地段，所有 信號都在0電平上下浮動(dòng)，在外來信號接入時(shí)，信號地端要跟模 塊的地相連。2、解調(diào)電路解調(diào)電路跟調(diào)制一樣，就是與一個(gè)跟調(diào)制信號同頻同相的載波相乘，因此同樣可以使用 MC196G5片解調(diào)，這種解調(diào)方式稱為3、加法器電路加法器電路如圖323所示:圖323頻分復(fù)用多路加法器加法器是指輸出信號強(qiáng)度是幾路輸入信號強(qiáng)度之和的運(yùn)算放 大器，信號強(qiáng)度體現(xiàn)在時(shí)域幅值上，在頻域上并沒有影響，因此 經(jīng)過加法器的幾路信號仍然可以通過濾波器分離出來。加法器分 為倒相加法

12、器和同相加法器。 圖這種接法采用同相加法器 構(gòu)成。已調(diào)信號通過加法器電路以后，信號強(qiáng)度在時(shí)遇上相加， 只要信號頻域上沒有重疊，各路信號可以通過濾波器分離出每路 信號。其中Rf= R1=R2=R3=R4R1、R2、R3 R4輸入電流分別為11、12、12、I4，則輸出電流匸 11+12+12+144、濾波電路OWD <IDK圖324濾波電路D.UluJLOld-411| 曲O.DlcF5、電源電路系統(tǒng)中提供了電源接口，這是因?yàn)樵囼?yàn)箱中有很多電源可供 選擇。系統(tǒng)中，信號在0上下擺動(dòng)，因此電源需采用雙電源供電， 這里提供一個(gè)電源接口，雙電源需3條導(dǎo)線連接，電路如圖325 所示：圖頻分復(fù)用電源接

13、口電源接口T1P1 2丄341-6VHeader ZX2-4-6V P9雙 電 源 電 路 在生活中，比如兩節(jié)電池串聯(lián)，中間是地端，那地另一端是正極為+1.5V，地另一端為負(fù)極即為-1.5V四、System View仿真及仿真原理結(jié)果分析通過對System View軟件的學(xué)習(xí)和理解，借助其軟件的仿真平臺, 根據(jù)其設(shè)計(jì)原理對所設(shè)計(jì)的頻分復(fù)用系統(tǒng)進(jìn)行的仿真模擬，過對 仿真的結(jié)果對所設(shè)計(jì)的系統(tǒng)認(rèn)真分析，找出系統(tǒng)設(shè)計(jì)的不足之處， 加以矯正和修改，完成系統(tǒng)的仿真模擬，把誤差降低到接受圍。 其仿真原理圖如下：fl1、對上圖仿真原理的解釋說明：在發(fā)送端采取兩種不同頻率的信號源，在信道中傳輸，以此來 說明頻率

14、多路復(fù)用問題，第一路信號為 1000HZ正弦波信號，第二 路為2000HZ正弦波,分別通過調(diào)制器對其調(diào)制，把基帶信號與不 同的載波進(jìn)行調(diào)制。對頻率搬移到在信道傳輸中適宜的頻率段。 通過帶通濾波器濾除調(diào)制時(shí)產(chǎn)生的噪聲。然后兩路信號進(jìn)入信道 中進(jìn)行傳輸，通過帶通濾波器對其兩路信號進(jìn)行分離，通過相干 解調(diào)的方式把基帶信號解調(diào)出來，經(jīng)過低通濾波器濾除信道傳輸 總的噪聲，減小相鄰頻段的干擾，解調(diào)出基帶信號。圖0信號產(chǎn)生1000HZ正弦波圖4, 31低通濾波器 通帶1000HZ 圖2調(diào)制載波產(chǎn)生器載波信號192KHZ圖6, 21模擬乘法器圖 8，19帶通濾波器 Low fc=192e+3HZ ,Hi Fc

15、=196e+3HZ圖18加法器圖 10，14，11，15, 27, 33 為示波器圖1信號產(chǎn)生2000HZ正弦波圖5，32低通濾波器2000HZ圖7調(diào)制載波產(chǎn)生器載波信號384HZ圖7, 22模擬乘法器圖 9, 20帶通濾波器 Low fc=384e+3HZ ,Hi Fc=387e+3H運(yùn)行后結(jié)果如下圖aI圖0信號產(chǎn)生1000HZ正弦波IDOOteJ 彼邯經(jīng)過相干解調(diào)后1000HZ信號Me-3I2 = -E0相干解調(diào)后2000HZ信號經(jīng)過仿真結(jié)果的比對，發(fā)現(xiàn)基本上實(shí)現(xiàn)了頻分多路復(fù)用，與原基 帶信號源的波形圖類似，但是同時(shí)也發(fā)現(xiàn)存在失真，這是實(shí)驗(yàn)中 遇到的問題所在一一誤差和噪聲。及相鄰邊帶的相互

16、影響這都在 應(yīng)許誤差圍。同時(shí)噪聲在信道中傳輸也是不可避免所產(chǎn)生的。故 基本上實(shí)現(xiàn)了頻分多路復(fù)用的系統(tǒng)仿真設(shè)計(jì)。五、總結(jié)及實(shí)習(xí)心得仔細(xì)回想為期這么久的課程設(shè)計(jì)真是學(xué)習(xí)到了不少東西，以前一味的僅僅在網(wǎng)上找資料加以修改，現(xiàn)在才感覺沒什么涌出.課程設(shè) 計(jì)做完了還是什么都不知道，而在這一次的課程設(shè)計(jì)中我充分的 發(fā)揮了主觀能動(dòng)性，主動(dòng)尋找學(xué)習(xí)。開始的時(shí)候老師剛剛布置完任務(wù)我真是毫無頭緒，我?guī)缀跏裁炊?不懂連載波調(diào)制解調(diào)都不知所以然，連看一下的興趣都沒了，但 是我還是找了大3似的教科書仔細(xì)的看其中的容很快就弄懂了頻 分復(fù)用的原理知道了如何利用頻分復(fù)用發(fā)送兩路信號，雖然原理 弄懂了并不需要計(jì)算可是 System view的使用又成了一個(gè)問題， 真是屋漏偏逢連夜雨，然后我上網(wǎng)查資料找視屏看軟軟件如何使 用結(jié)果僅僅只有PDF格式的文件供查看，我又耐著性子對著軟件 看著PDF一遍遍的演練一遍遍的嘗試來掌握這門軟件的使用！最 后終于功夫不負(fù)苦心人我學(xué)會(huì)了這門軟件的使用，在同學(xué)的幫助 下完成了仿真圖的繪制，并且成功仿真，在完成的那一刻真是有 滿心的自豪感和滿足感！通過這次課程