关于频分复用实验的讨论

王成艳，张学文

(湖北师范学院 物理与电子科学学院，湖北 黄石 435002)

0 前言

信号与系统是信息、通信与电子类工程专业的一门专业基础课，也是各院校相关专业的重点主干课程，各相关专业考研的必考课程。它也是通信原理、通信电子线路等课程的先导课程。所以，学好这门课程至关重要。

本课程理论性强，80%是数学，要求学生很好地掌握高等数学、线性代数、拉普拉斯变换、傅里叶变换及微分方程等知识，学生普遍感到这门课抽象。同时本课程又是一门实践性很强的一门课，为了让学生学好这门课，我们加大了动手实验教学，其中频分复用(FDM)实验是很重要的一个实验内容。且学生由于实验经验不足，常出现做不出结果的情况。

1 两路信号的复用

所谓频分复用[1]，就是在同一信道上传输多种信号，将每个信号的频谱搬移到不同的载波频率点上。

为了在同一信道上传输两路信号f1和f2，首先应分别将它们进行调制，其中cosω1t、cosω2t是载波信号。然后将两已调信号送入加法器，得到FDM复用信号。见图1.

y(t)=f1cosω1t+f2cosω2t

(1)

其频谱为

(2)

频谱图见图2.

图1 形成FDM复用信号 图2 FDM频谱图

从频谱图上看，两信号的频谱分别被搬移到了不同的载波频率点上了。这样就可在同一信道上传输两路信号了，达到频分复用的目的[2]。

2 两路信号的还原

在接受端，要还原信号fi(i=1,2).首先，要将复合信号中的两个已调信号分开，为此，可有几种方法：如带通滤波方法及带阻滤波方法。第一种方法，可选中心频率ωi的带通滤波器，将ωi这一路已调信号分出，见图3.

对于上述已由带通滤波器分出的信号，再进行解调，即再次将载波信号与之相乘(见图4).

图3 带通滤波 图4 解调fi

其频谱分析见图5.

yi(t)=ficos2ωit

(3)

(4)

也可用第二种方法，即中心频率为ω1的带阻滤波器让ω2已调信号通过，见图6.

图5 解调频谱图 图6 中心频率ω1带阻滤波

在接受端还原信号f2如同上述还原fi一样，不再重复。

3 具体实验过程及结果分析

1)在实验箱JH5004上先形成复合信号FDM(见图1).

2)用中心频率ωi(i=1,2)的带通滤波器将第一或第二路信号选出来，见图3.

3)在接受端用各自载波对第一和第二路信号解调，即在另一JH5004实验板上分别将上述信号与载波送乘法器两输入端。见图4.

4)将上述乘法器输出信号通过低通滤波器(见图5)，再接入DS-5000数字示波器，即可观察到已经恢复的原信号fi.

结果分析:在实验时测得待传信号f1频率为834Hz,f2频率为104Hz,恢复后测得的信号频率分别为834Hz和104HZ.说明信号频率恢复得较好,幅度较原始信号幅度减少,这可通过加后续放大器进行放大,只要信号频率保持不变就行。

4 实验中注意事项

1)由于我们采用的是JH5004型信号与系统实验箱，每个实验板上只有两个乘法器。因此，要完成频分复用实验，必须要用两个实验箱共同完成本实验。两个实验箱必须“共地”。有很多同学做不出这个实验，其原因就在于两个实验箱没有“共地”。这说明少部分同学实验基本常识还待加强。

2)一部分同学只做到了将复合信号分开了，但不知道还要进行解调。因而也不能还原信号f1和f2.这部分同学要加强理论上及实验原理的理解。

3) 在实验中，要注意两个信号的频带范围及中心频率的间距，如果两个频率间距太小，则在复合信号中，不容易分开两个信号且容易产生互相干扰。如果频率间距太宽，在后续放大电路中，可能存在器件的带宽限制问题。

5 结束语

讨论了同一信道中传输两路信号的理论及实验问题，特别重点介绍了实验过程、实验技能及注意事项。对相关师生有一定的实用性。由于信号与系统课理论性强，要学好本课程必须加强动手实验。当同学们将信号f1和f2恢复后很高兴，这样大大增强了感性认识，也增强了学好本课程的积极性。

[1]郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统引论[M].北京：高教出版社，2009.

[2]郑君里，应启珩，杨为理.信号与系统(上册、下册) (第2版)[M].北京：高教出版社，2000.

[3]吴大正，杨林耀，张永瑞，等.信号与线性系统分析(第4版)[M].北京：高等教育出版社，2005.