综合课程设计报告

1、综合课程设计报告传输专题设计（频分复用）班 级学 生学 号教 师【设计指标】设计一个频分复用调制系统，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。1 .传输中满载条件下信号功率不低于总功率的90%。1 .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。2 .语音通信接口采用4线制全双工。3 .音频端接口阻抗600Q,标称输入输出功率 为0.1mW。4 .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Lt频

2、率（设计者定）。5 .系统电源：直流24V单电源。【系统框图】如下图1所示，为要设计的12路调制解调系统框图.CH1CHiCHI2.CH】工 图1 12路调制解调系统框图【系统设计框图】下图2是实现12路调制解调系统的总 体设计框图:插入84KHz导频导频敢大倍数42.7LPF解调4KHZLPF解调SSB 16KHZSSB 20KHZSSB 12KHZ信号接受器B信号加载频器ASSB -120KHZ1T;16KHZ信号加载频器BBPF96108KHZ插入08KHZ导频1620KHZLPF解24KHZ调LPF 4KHZ解调BPF 2024KHZ4KHZLPF解BPF调72- -24KHZ84KH

3、ZLPF24KHZ解 调LPFBPF84-96KHZ24KHZ108KHZ插入132KHz导频SSB 16KHZSSB 12KHZ导频信号接受器A0A加法器6放大器四二转换器LPF24KHZ图212路调制解调系统的总体设计框图【系统原理分析及设计】1 .传输方式分析：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所示。以线性调制信号的频分复用为例。在图 3中设有n路 基带

4、信号，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。2 .调制方式：在多路载波电话中采用单边带调制频分复用，主要是为了最大限度地节省传输频带。产生单边带信号最直观的方法是让双边带信号通过一个单 边带滤波器，保留所需的一个边带，滤除不要的边带，即可得到单边带信 号。此方法称为滤波法。它是最简单的也

5、是最常用的方法。边带可取上边带，也可取下边带。滤波法原理图如图 4所示，图中HSSB（）为单边带滤 波器的传递函数。搬潴it/）图4用滤波法形成单边带信号在我们的设计中，每路电话信号限带于 300-3400HZ,语言信号的频谱如图 5所示。单边带调制后其带宽与调制信号相同。为了在邻 路已调信号间留有保 护频带，以便滤波器有可实现的过渡带，通常每路话音信号取 4KHz作为标准 频带。由题目所给，电缆传输频带60KHz156KHz，带宽96KKZ。 由于是全 双工，96KHz的带宽正好可容纳24路信号，即A-B, 12路，BA, 12路。它 们在一个信道上传输，这样就充分利用了信道资源。图5语言信

6、号的频谱3,调制方式的实现：首先采用抑制载波双边带调制，即 DSB,频谱变换过程如如图6所示，然 后再用边带滤波器滤除上边带或下边带，得到单边带，即SSBo理想滤波特性是不可能做到的，实际滤波器从通带 到阻带总有一个过渡带 。我们的调制信 号是3003400KHz，由于最低频率为300Hz，因此允许过渡带为600Hz。实现滤 波器的难易与过渡带相对于载频的归一化值有关 ，过渡带的归一化值愈小，分割 上、下边带的滤波器就愈难实现。由于一次调制的方式不能达到归一化过渡带给定的指标，这时可以采用多级 调制的方法。根据课题给出条件，采用二次调制。第一次用：12KHz,16KHz,20KHz调制形成前群

7、。按 最高载频计算，即方=600Hz，fc1 =20KHz , WJ60020Q03,即 3% 。10第二次用84、96、 108、 120KHz调制，按最高载频120KHz计算，即f224fc21203 ，则10103324 100.2120 10完全能够满足设计给定的归一化过渡带指标。Af4na典 8图6多级滤波法原理图及频谱图4.两级调制方案:多级调制是指在一个复用系统内，对同一个基带信号进行两次或两次以上同种方式 佛如图一*叫级单边带调制的复用系统。-L #IM» _ W 卜一2k1/1 I z Z4SS1I叫MX1$产FMM*干16klUL1PFas iiHl'FI

8、 OHQ6kH«tIM潮裕HPblurikt-lEssbM和斜HVF9fi 曲图7两级单边带调制的复用系统图7中共有12路基带信号，每路信号 的频率范围均为300Hz3400Hz。在发送端，将12路语音信号（频率4KHz）,分为四组，每组 的3路信号分别用12KHz,16KHz,20KHz的载频进彳T调制，取上边带，把3路信号加在一起，合成一个前群，前群的频率为12KHz24KHz。再将四个 前群分别用84KHz,96KHz,108KHz,120KHz载频进行二次调制，取下边带，从而将四个前群调制到了60KH108KHz的频带上，形成频率范围为60KHz108KHz的12路；频分复用

9、信号。如图8所示图8各路信号在频段上的分布在另一端，形成前群的方法相同。将四个前群分别用132KHz,144KHz,156KHz以及168KHz的载频进行调制，取下边带, 将基群调 制至ij 108KHz156KHz勺频段上。僧任信号蝴诺<0. AM. 4）728496108 J /klir图9形成基群信号的频谱搬移过程两级调制共使用7种载频和7种类型的带通滤波器。若采用一级调制则 要使用12种载波和12种类型的带通滤波器。在第二级调制时，由于调制信号的带宽增加为12KHz,因此有利于带通滤波器的制作5.调制的电路：a.载频的产生：设计时用晶体振荡器先产生一基准正选信号，再利用锁相环进行

10、频率的合 成，以产生设计所需的各种信号。在环路锁定时，在下图11中，鉴相器两输入的频率相同，即 fr=fdfd是VCO俞出频率fo经N分频后得到的，即fd=fo/N所以输出频率fo=Nfr模数N控制图11 锁相频率合成器基本框图设计中的锁相环电路可以用集成的频率合成器，如MC145106,其原理框图如图12所示：fo=Mfin/N例如产生一个设计所需的12KHz的信号，则可以M=3,N=250，当然答案不 唯一，可以有其他组合。要产生实验中的其它信号与之类似。麻3it由八十?事出经分频器输出的信号不一定满足信号的设计要求，可以再级联一个频率和成器，也可以用锁相环技术，其fo=Mfin1 ,则总

11、的有:b.信号的调制:调制采用两输入的乘法器模块即可完成。外设如图14所示:图 12MC45146其真值表如图13为：户.分精比W- I。2（tt）图13MC45146真值表事即制及0 w-产_ c.加法电路：在一次群和二次群的产生时都要用到加法器 产生一次群的三输入加法器如图15所示:图15三输入加法器产生二次群的四输入加法器如图16所示：d.滤波器指标：用滤波法产生单边带信号时，一次群滤波器都为低通通滤波器（取上边带） 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），葡让频率为单边带调制的载频 频率，二次群滤波器都为高通通滤波器（取下边带），规化过渡

12、带1%,特征阻抗600Q,通带衰耗1dB,阻带衰耗40dB （功率衰耗），截Ik频率也为单边带调制的载频频率。一次群SSB调制器后的滤波器为带通滤波器，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），中b频率为单边带调制 的载频频率，带宽为4KHZ.6 .四二转换电路：由于语音信号是收和发同时存在（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17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18所示。混合线圈原理是一个平衡

13、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。四一一二线转换，回波对消原理框图图18四一二线转换原理图图17二线转换原理图图18混合线圈的等效原理图当电桥平衡时（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。而对发端和图19四一二线转换电路7 .导频的加入：因为是抑制载波调制，所以在已调信号 中不含有载波功率，就不能直接提取 载波。可采用插入导频法，发送端导频的插入，应插在信号功率为零的地方，这 样便于提取，导频频率的大小由设计者决定。只要是4KHz的整数倍即可。但要 符合信道传输要求（信道带宽为60156KHz

14、）。在不考虑噪声的情况下，导频 的功率小于总功率的10%即可，也就是说导频的功率要小于 0.1mw。设计中的导 频频率为80KHz8 .放大电路:根据给定指标，输入输出功率为0.1mw（一路信号），而每调制一次，电压 幅度就衰减1/2,经过两次调制，电压幅度衰减为原来的1/4。在二 四线转 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：U2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。由于总电压衰减了21/8,所以总功率就衰减了 1/8。例：输入功率为0.1mw,到线路端时，只有：20.1/8 m

15、w =0.01563mw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。放大 倍数为N.N=0.0375/0.01563=24电路如图21:耳蹄施波器 移腕tA控制去加重VCO调i皆9 .导频的提取和相干信号的产生:提取导频是先通过一个带通滤波器，中心频率80KHZ,再用锁相环提取。可用集成锁相环NE560实现，原理如图22:FM / RF输入1 FLJ12PDFM/RFlrH 输入2厂,图22NE560方框图提取载频后，用与载频产生相同的频率合成的方法来产生相干解调信号, 信号从60KH