频分复用专业设计

湖南工程学院
课程设计任务书
课程名称：电子信息专业设计
题目：频分复用通信系统设计
专业班级：电子信息0000班
学生姓名：oooooooo
指导老师：00000000
审批：
任务书下达日期 2000 年 11 月 25 日
设计完成日期 2000 年 12 月 06 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，完成2路语音信号的调制解调的系统设计。

载波频率为192KHz和384KHz，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
装有Systermview 和Protel 99SE 软件的PC
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，基本原理和框图；
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；
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：答辩。

参考文献
1、樊昌信主编，通信原理教程 (第二版)，电子工业出版社;
2、李东生著《Systemview系统设计仿真入门与应用》电子工业出版社；
3、通信原理频分复用百度文库;
4、高吉祥编著《高频电子线路》第三版，高等教育出版社;
目录
一、频分复用设计思路…………………………………... 错误！未定义书签。

1.1 频分复用的简介 (1)
1.2 频分复用的原理 (1)
1.2.1 发送端 (2)
1.2.2 接收端 (3)
1.2.3 频分复用的特点及优点 (3)
1.2.4 频分多路复用中的缺点 (3)
二、设计流程图 (4)
三、单元电路的设计 (5)
3.1调制电路设计 (5)
3.2加法电路设计 (5)
3.3带通滤波电路 (6)
3.4 解调电路设计 (7)
3.5 低通滤波电路 (7)
四、频分复用电路仿真 (8)
五、课程设计心得 (11)
六、频分复用总图 (13)
七、参考文献 (13)
八、课程设计评分 (14)
一、设计思路
1.1 频分复用的简述
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，同时为了保证各个子信道中所传输的信号不互相干扰，应该在各个子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号不互相干扰，这仅仅是实现频分复用的条件之一。

频分复用技术的特点是所有的子信道传输的信号是并行的工作方式，每一路信号传输时可以不用考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。

另外频分复用技术除了传统意义上的频分复用（FDM）外，还有一种是正交频分复用（OFDM）,频域分复用是利用各路信号在频率不相互重叠来区分的。

若相邻信号之间产生相互干扰，将会使信号产生失真。

为了防止相邻信号之间产生相互干扰，应该合理的选择载波频率f1,f2,...,fn,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的方式可以是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。

1.2 频分复用的原理
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,本次的专业设计是设计2路模拟语音的频分复用FDM 通信系统，完成2路语音信号的调制解调的系统设计，载波频率为192KHz和384KHz，每路话音信号的标准带宽为4KHz，如下图1-2-1为频分复用组成框图：
图1-2-1 频分复用组成框
1.2.1 发送端
由于消息信号往往不是严格的限带限号，因而在发送端各路消息首先经过低通滤波器，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，各路的调制器的载波频率不同。

在选择载频时，应当考虑到边带频谱的宽度，同时为了防止邻路信号之间的干扰还应留有一定的保护频带，即
f c i(i+1)=f c i+(fm+f g), i=1,2,3.....其中f c(i+1)与f c i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；f g为邻间保护带。

以下对发送端原理分析：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器，以便限制各路信号的最高频率Wm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。

在选择载频时应当考虑边带频谱的宽度。

同时为了防止邻路信号的相互干扰还应留有一定的保护频带。

即f c(i+1)=f c i+(fm+f g) i=1，2 ，3......,n，其中f c(i+1)与f c i—分别为第i+1路与i路的载频的频率；fm—每一路的最高频率；f g—邻路间保护频带；邻路间的保护频带f g越大，则在邻路信号干扰指标相同的情况下，对带通滤波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，这是提高信道复用率不利。

因此在实际中通常提高带通滤波器的技术指标，尽量减少邻间的保护
频带f g。

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，在信道传送的n路信号的总频带宽度最小应等于
Bn=n fm + (n-1)f g=(n-1)(fm+f g)+fm
1.2.2 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，再经过低通滤波器后输出便可恢复各路的调制信号，以下对接受端原理分析：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出来，然后解调再经过低通滤波器后输出。

1.2.3 频分复用的特点及优点
信道复用率高，允许复用的路数多，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。

1.2.4 频分多路复用中的缺点
设备复杂，不仅需要大量的调制，解调器和带通滤波器，而且还要求接收端提供相干载波，此外，由于在传输过程中的非线性失真，在频分复用中不可避免的会产生路与路信号之间的干扰，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，因而在频分复用系统中对系统的线性要求很高。

频分复用的频谱结构如下图1-2-2所示：
图1-2-2 频分复用的频谱结构
所以合理选择载波频率fc1、fc2.....fcn,并在各路已调信号频谱之间留有一定的保护间隔也是减少串扰的有效措施。

二、设计流程图
根据设计的要求，两路调制信号的频率为300-3400HZ，分别用196KHz和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，系统的总框图如下图2-1所示：
图2-1-1 频分复用的设计流程框图
预滤波器是为了限制已调信号带宽，300-3400HZ的语音信号，预滤波器设为4HZ的低通滤波器，第一路双边带调制信号为192KHz，通过带通滤波器的上边带，一路调制频率为192---196KHz，同理第二路调制信号频384---388KHz，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192-196KHz，384-388KHz的带通滤波器过滤出两路调制信号，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
3.1 调制电路
调制电路采用MC1596G进行调制，部分电路图如下3-1所示：
图3-1 频分复用调制电路
其中signal为调制信号输入，carry为载波信号输入，芯片MC1596G相当于一个模拟的乘法器，信号输入输出均为共地段，所有信号都在0点评上下浮动，在外来信号接入时，信号地端要跟模块的地相连。

3.2 加法电路
图3-2 频分复用两路加法器
加法器是指输出线好强度是几度输入信号强度之和的运算放大器，信号加法器体现在时域幅值上，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出来。

加法器费为倒相加法器和同相加法器，上图的电路就是采用同相加法器构成的，已调信号通过加法器电路后，信号强度在这时遇上并相加，只要信号在频域上没有重叠，各路信号可以通过滤波器分离出每一路的信号。

其中R4=R3=R2,R3,R2,输入电流分别为I3，I2，则I=I3+I2。

3.3 带通滤波电路
如下图3-3所示为滤波电路：
图3-3 带通滤波电路
滤波电路作用是尽可能减小脉动的直流电压中的交流成分，保留其直流成分，使输出电压纹波系数降低，波形变得比较平滑。

3.4 解调电路
解调电路跟调制电路一样就是与一个调制信号同频同相的载波相乘，因此
同样可以使用MC1596G芯片解调，这种解调方式称为相干解调，解调电路如下图3-4所示：
图3-4 频分复用解调电路
3.5 低通滤波电路
低通滤波器是容许低于截止频率的信号通过，但高于截止频率的信号不能通过的电子滤波装置。

电路图如3-5如下所示：
图3-5 频分复用低通滤波电路
四、System View系统仿真
图4-1 仿真原理图及部分波形
仿真原理的说明：在发送端采取两种不同频率的信号源，在信道中传输，一次来说明频率多路复用的问题，第一路信号为1000Hz正弦信号，第二路为2000 Hz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，并且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，减少相邻频段的干扰，解调出基带信号。

运行后结果如下图所示：
第一路正弦信号1000Hz：
经过相干解调后1000Hz信号：
第二路正弦信号2000Hz：
解调后2000Hz信号：
第一路经带通滤波器后波形：
第二路经带通滤波器后波形：
经加法器复用信号：
经过仿真结果的对比，发现基本上实现了频分复用，与原基带信号源的波形类型，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应在误差范围内，同时噪声在信道中传输也是不可避免的，所以本次的设计基本上实现了频分多路复用的系统仿真设计。

五、总结及心得
为期两个星期的专业设计终于结束了，在这两个星期的时间里，通过两路语音信号频分复用系统的设计让我学到了很多的东西，特别是在仿真的过程中让我受益良多，因为这不仅仅是一次专业课程设计，在这个过程中遇到了很多的问题但是通过自己的努力，通过查询资料书及向老师和同学们请教还是顺利的解决了问题，这次是设计让我对protel软件及System View仿真软件都又有了进一步的了解，原来之前我对着两个软件的了解只是皮毛而已，这次的专业课程设计让我明白了知识是无穷尽的，只有慢慢的学习才能把它了解的透彻。

学习就像是爬山一样只有坚持到最后才能攀登到山的最高峰，学习只有坚持到最后才能学到知识，俗话说的好活到老学到老，知识是无止境的。

这次的设计中遇到的问题让我学会了怎么样自己去解决问题，让我的思路打开了，因为只有在自己脑袋里的东西才属于自己，所以要自己学会去思考问题及解决问题，最后还是要谢谢老师的帮助，没有老师的教导，专业设计不可能这么顺利的完成的。

六、频分复用总原理图
七、参考文献
1、樊昌信主编，通信原理教程 (第二版)，电子工业出版社;
2、李东生著《Systemview系统设计仿真入门与应用》电子工业出版社；
3、通信原理频分复用百度文库;
4、高吉祥编著《高频电子线路》第三版，高等教育出版社;
八、课程设计评分
电气与信息工程系课程设计评分表
评价
项目
优良中及格差设计方案的合理性与创造性(10%)
硬件设计或软件编程完成情况(10%)
硬件测试或软件调试结果*(10%)
设计说明书质量(10%)
设计图纸质量(10%)
答辩汇报的条理性和独特见解(10%)
答辩中对所提问题的回答情况(10%)
完成任务情况(10%)
独立工作能力(10%)
出勤情况（10%）
综合评分
指导教师签名：________________
日期：________________
注：①表中标*号项目是硬件制作或软件编程类课题必填内容；
②此表装订在课程设计说明书的最后一页。

课程设计说明书装订顺序：封面、任务书、目录、正文、评分表、附件（非16K大小的图纸及程序清单）。