电子科技大学频分复用综合课程设计.(DOC)

1、1电子科技大学通信学院频分复用专题设计指导书频分复用专题设计班 级_学 生_学 号教 师_21.设计名称传输专题设计（频分复用）2.设计目的要求学生独立应用所学知识，对通信系统中的典型部件电路进行方案设计、 分析制作与调测电路。通过本专题设计，掌握频分复用的原理，熟悉简单复用系 统的设计方法。3.设计原理若干路信息在同一信道中传输称为多路复用。 由于在一个信道传输多路信号 而互不干扰，因此可提高信道的利用率。按复用方式的不同可分为：频分复用（FDM）和时分复用（TDM）两类。频分复用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

2、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。频分复用原理框图 如图1所示。图中给从的是一个12路调制、解调系统框图。频分复用原理框图【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。系统原理如 图2所

3、示。以线性调制信号的频分复用为例。在图2CH1CH1CH12Cm23中设有n路基带信号,频分复用系统组成方框图为了限制已调信号的带宽，各路信号首先由低通滤波器进行限带， 限带后的信号 分别对不同频率的载波进行线性调制， 形成频率不同的已调信号。为了避免已调 信号的频谱交叠，各路已调信号由带通滤波器进行限带， 相加形成频分复用信号 后送往信道传输。在接收端首先用带通滤波器将多路信号分开， 各路信号由各自 的解调器进行解调，再经低通滤波器滤波，恢复为调制信号。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

4、假设各路的调制信号频率fm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， 还应考虑到传输过程中邻路信号的相互干扰，以及带通滤波器制作的困难程 度。因此在选择各路载波信号的频率时，在保证各路信号的带宽以外，还应 留有一定的防护间隔，一般要求相邻载波之间的间隔为B二BsBg式中 Bs为已调信号的带宽，Bg为防卫间隔。4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。【频分多路复用的特点】频分多路复用系统的优点：信道复用率高，允

5、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。频分多路复用中的主要问题：缺点是设备复杂，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 复用中不可避免的地会产生路际信号之间的相互干扰，即串扰。弓I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，因而 在频分多路复用系统中对系统线性的要求很高。其频谱结构如图3所示。5合理选择载波频率fcl、fc2、fen，并

6、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。邻路间的保护频带fg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fg。各路已调信号相加送入信道之前， 为了免它们的频谱重叠，还要经过带通滤波器。在信道中传送的n路信号的总的频带宽度最小应等于：Bn=nfm+( n-1) fg=( n-1)(fm+ fg)+ fm=( n-1)Bl+fm式中Bi= fm+ fg,它是一路信号占用的带宽。4.设计指标设计一个频分复用调

7、制系统，将12路语音信号调制到电缆上进行传输，其 传输技术指标如下：1语音信号频带：300Hz3400Hz。2电缆传输频带：60KHZ156KHZ。3传输中满载条件下信号功率不低于总功率的90%。4电缆传输端阻抗600Q,电缆上信号总功率（传输频带内的最大功率） 不大于1mW。5语音通信接口采用4线制全双工。6音频端接口阻抗600Q，标称输入输出功率为0.1mW。7滤波器指标：规一化过渡带1%,特征阻抗600Q,通带衰耗1dB,阻带 衰耗40dB（功率衰耗），截止频率（设计者定）。8系统电源：直流24V单电源。5.系统总体设计（1）系统设计思路6通过二次调制，将语音信号调制到60KHZ156K

8、HZ。加入84KHz正交导频, 便于在接收端相干解调。在接收的过程中，先滤出导频，并用锁相环对其进行分 频，作为各解调电路的相干载波，解调接收信号。系统框图12KHZ SSB-i侯BPF相加 SSEBPF84KHZ信道滤波器卜相加SSET BPF加入导频系统框图(2)系统仿真Simulink仿真电路(仿真前三路电路)16KHZ滤出导频r锁相环20KHZ相加*SSE* BPF96KHZ相加信道BPF” BPFf1(t)f 相加*SSEf BPFBPF相干解f2(t)108KHZ120712KHZ口power spectrumdensity2AddlCair onDeddel1；Ln m二XE帕血

9、毗pwErspadtimm新d9nslt/i0解调部分 simulink 电路图*IT311jEdceofriE耶臨：fM-spejrdensiHi8解调模块中分频器子模块电路图doubledouble分频器子模块中正弦波变方波子模块电路图其中咼斯白噪声信道参数为Varia nce=0.25第2路信号原始信号:第2路发送信号2000HzIn1Out10.500.50.0220.0240.0260.0280.020.03Time offset: 0double J9第2路接收信号:5 I_iIi10.020.0220 0240.0260.0280.03ime offset: 0第2路接收信号20

10、00Hz6.硬件电路设计频率生成器作为基准的60kHz方波是由一个555电路产生的，采用了晶体振荡 器，如图七。q 为占空比，频率发生器。i0.7C(R 2R2)=f;RiR2q-Ri2R2为输出频率。根据以上公式，选取Ri，R2，C构成10ii加法器采用同相加法器构成。Rp =Rs1Rs2Rs3；RfRpRfRpRfRp(1 =(1 =(1)一 =1RRs1RlRs2RRs3因此R|=300。12Rp = RiRRRRs3s4/s5;（1巴）空=（1电）R=（i电）0=（1巴）色=（i电）色=1 R RsiRRs2RiRs3RRs4RRs5因此 R=150。四二线转换器由于语音信号是收和发同

11、时存在（收二线,发二线）,所以是四线，而传输线是 二线,这就需要进行四一一二线转换。四一一二线转换原理图如图23所示。在将 二次群信号送入电缆传输时，为了使发送方不至于收到自己发出的信号，采用混 合线圈。混合线圈的等效原理图如图24所示。混合线圈原理是一个平衡电桥，使本端发送的信号不能渗漏到本端的接收信号处而形成回波。13当电桥平衡时（4个电阻大小相等）,发端信号在收端A, B两点产生的电位相 等,A到B间无电流流过，所以收端不会收到发端信号。而对发端和收端来说，输 入,输出阻抗均为600?。具体电路如图17所示。垃射机一-r图7四一二线转换原理图图 8 四一二线转换电路14功率放大器15R由

12、Av=1卡=5可得发送端放大电路如下图十三:R由Av=1f=7可得接收端放大电路如下图十四:调制电路c16IK51K10K解调电路Vc:+12Vdcci-_IK3Z3 9K3.9Kd.8K1T5BIASOUT+CARRIN-OUT-CARRIN*G ADJGADJSIG INSIGN+61F耳信 輸8917131K241MCI 5960(10)51Kj51K10K.1-SVdc图 11 调制电路图(balaneed modulator)50K7.设计性能指标分析17功率分析系统要求满载条件下，信号功率不低于总功率的90%根据给定指标，输入输出功率为0.1mw（路信号）,而每调制一次，电压幅度就

13、 衰减1/2,经过两次调制,电压幅度衰减为原来的1/4。在四一二线转换中，电压还要 衰减1/2。总的电压衰减为1/8。按照功率与电压的关系，功率和电压是平方关系 即：U2R其中:P为平均功率,U为平均电压,R为阻抗。在已知平均功率和阻抗的条件下，可算出平均电压值。由于每路信号总电压衰 减了1/8，所以每路信号总功率就衰减了1/82。输入功率为0.1mw,到线路端时，只 有：0.1：-82mw =0.001563mw而根据设计要求，线路上的信号总功率为0.9mw,分到每一路信号的功率为0.9-、24mw = 0.0375mw要完成上述指标，必须将被衰减了的信号进行放大，以满足设计要求。同样，在

14、接收端，经过信号处理，信号也被衰减，要达到输出功率为0.1mw,也要加放大器对 接收信号行放大，以满足设计指标。载波同步分析在发射端，我们使用同一晶振，通过多个MC145151-2芯片合成了不同频率 的本振信号以及60KHZ的导频信号。这些信号满足同步性要求。在接收端，通过带通滤波器和由HEF4046构成的锁相环，提取到导频信号。 并经过分频计数器，合成与发送端同频同相的相干载波。归一化过渡带分析用滤波法产生单边带信号时，在上、下边带间隔已经确定的情况下，关键是滤波器能否实现、由滤波器知识可知，实现滤波器的难易以程度和过渡带与 工作频率之间的相对值有密切关系。给单边带滤波器定义一个归一化值。过

15、渡带 相对于载频的归一化值计算方法如下式：a =-c18式中f为滤波器的过渡带，fc为单边带信号的载频。归一化值反映了滤波器衰减特性的陡峭程度。归一化值越小，滤波器越难以实现。一般要求此值不低于10-3。如果提高，则要求 B 加宽。一般的调制信 号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的双边带信号的上、 下边带之间的间隔 很窄。模拟电话信号的最低频率为300Hz,经过双边带调制后，上、下边带之间 的间隔仅有600Hz,这个间隔应是单边带滤波器的过渡带。 要求在这样窄的过渡 带内阻带衰减上升到40dB以上，才能有效的抑制一个无用的边带。这就使滤波 器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此，在工程

16、中往往采用多级频率 搬移和多级滤波的方法，简称多级滤波法。设调制信号的最低频率为fL，第一级调制后上、下边带的间隔B1=2fL, 第一级滤波后得到上边带信号。通常fc1fL，这样第二级调制后上、下边带的 间隔为-=2 fd2fL2 fd此时的频率间隔取决于载频fc1。通常fc2是指定的，合理选择fc1、fc2、1、：2便可设计出合适的单边带信号调制器。本系统中，采用二次调制。第一次用：12KHz,16KHz,20KHz调制形成前群。 按调制载波最高频率计算，十亠0320 1 03，即3%2403二23= 0.2120 103此设计即满足系统对归一化过渡带的要求。接口阻抗分析根据系统要求，各模块间要实现600Q的阻抗匹配。现以加法器为例加以分 析：如图18所示，尺只2/只3/尺=150 ,RS=150Q,输入端阻抗匹配，且各 路信号输入阻抗为600Q。对于输出端，=600Q.o符合接口阻抗要求。其余 模块分析类似。8.总结和心得体会这次的课程设计我对FDMA有了实践应用上的认识，以前学理论知识的时候感 觉很抽第二次用84、96、108、120KHz调制，按最高载频