电子科大--课程设计

1、电子科技大学通信学院综合课程设计指导书传输专题设计（频分复用）班 级 通信18班学 号22教 师 饶力，刘镰斧设计名称】传输专题设计（频分复用）【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。【 设计思想 】每路话音信号带宽为3003400Hz取4kHz作为标准带宽；而电缆传输频带 60kHz156kHz,即带宽为96kHz。 由于是全双工，96kHz的带宽正好可容纳24路 信号（A B, 12路,B A, 12路）在一个信道上传输。【 系统原理 】各路信号 m（t） 首

2、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；再利用加法器把 3路信号加在一起 ，合成 一个前群, 12路信号形成 4个前群,利用加法器将这四个前群加在一起,形成 多载波信号, 在共享信道上传输。 在接收端 ， 为了使发送方不至于收到自己发出 的信号,由混合线圈接收 ， 经过带通滤波器滤波 ，相干解调，低通滤波，再经过放 大器放大 ， 得到解调信号。【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：300Hz

3、3400Hz。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600 Q,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O.lmW。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。【系统设计框图】AB传输（发送端）：Mtl器12khzLPF* BPF1LPF* BPF2* BPF416khzf脚器84khzSSBiiW器20kh;* BPF

4、3* BPF5fn(t|108khzSSBiHtd120kh2* BPF6* BPF7卄BPF5VBPIAF5GOkhz信道kt)Fe(1)1r 5站初BPF5JL >器fjtj图1传输原理示意图（A至B）其中各个滤波器的通带频率范围如下：LPF 0 4kHzBPF112kHz 16kHzBPF216kHz 20k HzBPF320kHz24kHzBPF460kHz 72kHzBPF572kHz84kHzBPF684kHz96kHzBPF796kHz108kHzB A传输（发送端）klLPFh黠hBPF1L12khz1fc-LPF站B调制hBPF；)F16khzkLPFs弭调制BPF3&

5、gt;_r20khzi1f7(t)严诅制器b I3PR1 II加 法 器理砧Bil, 器>1BPF5lbt *bL44khzfa-BPF555B调橹J-BPF61 FjL ABPF51L56kh2L. h Jj£a道1SSBJIt 器>1BPF7BPI:c r1iF168khzlOSkhz诃t)图2传输原理示意图（B至A）其中各个滤波器的通带频率范围如下：LPF0 4kHzBPF112k 16kBPF216k 20kBPF320k 24kBPF8 108k120kBPF9 120k132kBPF10 132k144kBPF11 144k156k信号在信道上的传输频带为：6

6、0kHz 156kHz 其中A B传输所占用频带为：60kHz 108kHzB A传输所占用频带为：108kHz 156kHz接收端原理示意图（以B端接收为例，为方便起见，只画出了前 3路信号）图3 系统接收端原理示意图如上图所示，发送端插入一个导频，将接收到的信号通过一个通带为60kHz: 156kHz的带通滤波器，再通过相干解调器，将信号频谱搬移到基带。第 1路信号用LPF进行滤波，其余均通过BPF进行滤波，滤波之后每路信号再经过 放大器进行放大即可恢复出原始信号。下面分别对系统的各个组成部分进行详细介绍。【系统具体功能实现电路】一、载波产生电路1、晶体振荡器产生正弦信号设计时用晶体振荡器

7、先产生基准正弦信号，再利用锁相环进行频率的合成, 以产生设计所需的各种信号。图4为基准信号产生电路。2、频率合成器产生载频在得到基本正弦信号之后，可以采用锁相式频率合成器来获得不同频率的载 频。产生载频信号的电路示意图如下图 5所示。PDPDVCOIF模数N控制图5锁相频率合成器基本框图在环路锁定时，在上图5中，鉴相器两输入的频率相同，即fr fdfd是VCO输出频率fo经N分频后得到的，即fd fo/N所以输出频率fo N fr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6所示：图6 MC45146电路原理框图经分频器输出的信号不一定满足信号的设计要求，可以再

8、级联一个频率和成器，也可以用锁相环技术，其fo M f，贝U总的有：fo M fin/N例如产生一个设计所需的12KHZ的信号，则可以M=3,N=250。要产生实验 中的其它信号与之类似。二、导频插入及提取由于采用相干解调，就需要获得与发送端同频同相的相干载波对已调信号进 行解调，也即需载波同步。解调载波的获取，是从发端发送的导频获得。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。插入导频法是在发送信号的同时，在适当的频率位置上，插入一个称作导频 的正弦波，在接收端就提取出这个导频作本地载

9、波，用于同步解调(相干检测)。导频插入电路的原理图如图7所示。输入估号昭力输出图7 发送端导频插入原理示意由图 7可知，u°(t) Am(t)asin 菽 acos 在接收端，导频提取可采用窄带导频滤波器，或直接用锁相环来提取。 示意图如图&图8接收端导频提取示意图相应的表达式推导) = I josin 3界 -acos 1 (asin )=Aam(i')-导频的加入可以用加法器将已调信号与导频相加实现。加法器电路将在下面 内容中给出。三、调制与解调电路由于系统采用SSB方式调制，相干解调，所以对于调制与解调电路，在电 路实现上本质是相同的，都是载波与未调制信号（或已

10、调制信号）相乘。因此系 统中这两部分可以采用相同的设计。这里采用两输入的乘法器模块 MC1596即可 实现。本系统在调制与解调时均采用二次调制（解调）。调制（解调）电路关键 乘法器模块仿真如图9所示。在解调时有一点需要说明，本系统采用二次解调。由于滤波器归一化过渡带 指标必须大于1%,致使无法在100KHZ以上的高频准确截取4KHZ的频带。如 果采用一次解调，由于过渡带较宽，所带来的噪声会在解调后叠加到语音信号中 去。故采用两次解调。具体解调方法在系统总体框图中已经指出， 这里不再赘述。图9 系统调制（解调）模块仿真图四、滤波器设计滤波器（低通和带通）相关的设计参数已经在系统传输框图中给出。

11、这里再 从设计指标上进行简单说明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）， 截止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），中心频率为单边带调制的 载频频率，带宽为4KHZ.在上面的调制框图，A B传输调制中，B

12、PF1-BPF3为第一级调制后的BPF, BPF4-BPF7为第二级调制后的BPF,由于在接收端解调后的 BPF与调制时的对 应的BPF相同，所以没有列出接收端的 BPF,接收端最后相干解调后，需要接 一低通滤波器LPF。下面给出A B传输的滤波器的参数。单位为 kHz。中心频率通带带宽阻带带宽归一化过渡带BPF113.853.14.35%BPF217.853.14.313.75%BPF321.853.14.33%BPF466123614.3%BPF578123612.5%BPF690123611.1%BPF7102123610%表1系统各带通滤波器设计参数相干解调后所接LPF的截止频率为4k

13、Hz五、加法器电路系统中的信号需要多次加法运算，总共涉及3种加法器，它们分别是3输入 加法器（前群合成），4输入加法器（二次群产生）以及 2输入加法器（导频加 入）。3种加法器分别如下图所示。图12 2输入加法器（用于导频插入）六、四二线转换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 13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

14、换，回波对消原理框图图13线转换原o理图图14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。而对发端和收端来说，输入, 输出阻抗均为600?。具体电路如图15所示。四线输入四渓綸出七、放大电路根据给定指标，输入输出功率为0.1mw（路信号）,而每调制一次，电压幅度就 衰减1/2,经过两次调制，电压幅度衰减为原来的1/4。在二一一四线转换中,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:2P u2/r其中:P为平均功率，U为平均电压，R为阻抗。在已知平

15、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 1/8, 所以总功率就衰减了 1/ 82。例:输入功率为0.1mw,到线路端时，只有：20.1/ 8 mw = 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。放大倍 数为N.N=0.0375/0.001563=24.电路如图16。图16 放大器电路仿真图其中 R2=600 ,R1=150 ,Avf = 5, Vcc =12V。【设计指标计算】1、音频端接口阻抗600Q，标称输入输出功率为O.lm

16、W。因此输入电压为(O.lmW * 600 Q) =0.2449 V 2、滤波器指标：采用二次调制。第一次用：12KHz,16KHz,20KHz调制形成前群。按最高载频计算,即 fi =600Hz , fci =20KHz，则30.03,即 3%20 10第二次分别用 84kHz、96kHz、108kHz、120kHz调制,按最高载频120KHz计算，即f2 24 103 , fc2 120 103 ，贝U0.224 1033120 100.003 0.2 0.0006 0.01 ,完全能够满足设计给定的归一化过渡带指标。【系统总体设计框图】【滤波器指标】1、低通滤波器指标：通带截止频率：4K

17、HZ阻带截止频率：3400HZ2、单边带滤波器：a. 通带截止频率：12300HZ阻带截止频率：12000HZb. 通带截止频率：16300HZ阻带截止频率：16000HZc. 通带截止频率： 20300HZ阻带截止频率： 20000HZd. 通带截止频率： 72000HZ阻带截止频率： 84000HZe. 通带截止频率： 84000HZ阻带截止频率： 96000HZf. 通带截止频率： 96000HZ阻带截止频率： 108000HZg. 通带截止频率： 108000HZ阻带截止频率： 120000HZ3、带通滤波器：a. 通带截止频率： 12300HZ，15400HZ阻带截止频率： 12000HZ，16000HZb. 通带截止频率： 16300HZ，19400HZ阻带截止频率： 16000HZ，20000HZc. 通带截止频率： 20300HZ，23400HZ阻带截止频率： 20000HZ，24000HZd. 通带截止频率： 60300HZ， 71400HZ阻带截止频率：59000HZ，72000HZe. 通带截止频率：72300HZ，83400HZ阻带截止频率：71000HZ，85000H