電子科大--課程設(shè)計

1、電子科技大學通信學院綜合課程設(shè)計指導書傳輸專題設(shè)計（頻分復用）班 級 通信18班學 號22教 師 饒力，劉鐮斧設(shè)計名稱】傳輸專題設(shè)計（頻分復用）【設(shè)計目的】要求學生獨立應用所學知識，對通信系統(tǒng)中的典型部件電路進行方案設(shè)計、 分析制作與調(diào)測電路。 通過本專題設(shè)計， 掌握頻分復用的原理， 熟悉簡單復用系 統(tǒng)的設(shè)計方法?！?設(shè)計思想 】每路話音信號帶寬為3003400Hz取4kHz作為標準帶寬；而電纜傳輸頻帶 60kHz156kHz,即帶寬為96kHz。 由于是全雙工，96kHz的帶寬正好可容納24路 信號（A B, 12路,B A, 12路）在一個信道上傳輸?！?系統(tǒng)原理 】各路信號 m（t） 首

2、先由低通濾波器進行限帶,限帶后的信號分別對不同頻率 的載波進行線性調(diào)制, 形成頻率不同的已調(diào)信號。 為了避免已調(diào)信號的頻譜交疊, 各路已調(diào)信號由帶通濾波器進行限帶；再利用加法器把 3路信號加在一起 ，合成 一個前群, 12路信號形成 4個前群,利用加法器將這四個前群加在一起,形成 多載波信號, 在共享信道上傳輸。 在接收端 ， 為了使發(fā)送方不至于收到自己發(fā)出 的信號,由混合線圈接收 ， 經(jīng)過帶通濾波器濾波 ，相干解調(diào)，低通濾波，再經(jīng)過放 大器放大 ， 得到解調(diào)信號。【設(shè)計指標】設(shè)計一個頻分復用調(diào)制系統(tǒng),將 12路語音信號調(diào)制到電纜上進行傳輸, 其傳輸技術(shù)指標如下：1. 語音信號頻帶：300Hz

3、3400Hz。2. 電纜傳輸頻帶：60KHz156KHZ。3傳輸中滿載條件下信號功率不低于總功率的 90。4 電纜傳輸端阻抗600 Q,電纜上信號總功率（傳輸頻帶內(nèi)的最大功率） 不大于 1mW。5 語音通信接口采用4線制全雙工。6音頻端接口阻抗600Q，標稱輸入輸出功率為O.lmW。7濾波器指標：規(guī)一化過渡帶1%,特征阻抗600Q,通帶衰耗1dB,阻帶 衰耗40dB （功率衰耗），截止頻率（設(shè)計者定）。8 系統(tǒng)電源：直流24V單電源。【系統(tǒng)設(shè)計框圖】AB傳輸（發(fā)送端）：Mtl器12khzLPF* BPF1LPF* BPF2* BPF416khzf腳器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圖1傳輸原理示意圖（A至B）其中各個濾波器的通帶頻率范圍如下：LPF 0 4kHzBPF112kHz 16kHzBPF216kHz 20k HzBPF320kHz24kHzBPF460kHz 72kHzBPF572kHz84kHzBPF684kHz96kHzBPF796kHz108kHzB A傳輸（發(fā)送端）klLPFh黠hBPF1L12khz1fc-LPF站B調(diào)制hBPF；)F16khzkLPFs弭調(diào)制BPF3&

5、gt;_r20khzi1f7(t)嚴詛制器b I3PR1 II加 法 器理砧Bil, 器>1BPF5lbt *bL44khzfa-BPF555B調(diào)櫓J-BPF61 FjL ABPF51L56kh2L. h Jj£a道1SSBJIt 器>1BPF7BPI:c r1iF168khzlOSkhz訶t)圖2傳輸原理示意圖（B至A）其中各個濾波器的通帶頻率范圍如下：LPF0 4kHzBPF112k 16kBPF216k 20kBPF320k 24kBPF8 108k120kBPF9 120k132kBPF10 132k144kBPF11 144k156k信號在信道上的傳輸頻帶為：6

6、0kHz 156kHz 其中A B傳輸所占用頻帶為：60kHz 108kHzB A傳輸所占用頻帶為：108kHz 156kHz接收端原理示意圖（以B端接收為例，為方便起見，只畫出了前 3路信號）圖3 系統(tǒng)接收端原理示意圖如上圖所示，發(fā)送端插入一個導頻，將接收到的信號通過一個通帶為60kHz: 156kHz的帶通濾波器，再通過相干解調(diào)器，將信號頻譜搬移到基帶。第 1路信號用LPF進行濾波，其余均通過BPF進行濾波，濾波之后每路信號再經(jīng)過 放大器進行放大即可恢復出原始信號。下面分別對系統(tǒng)的各個組成部分進行詳細介紹。【系統(tǒng)具體功能實現(xiàn)電路】一、載波產(chǎn)生電路1、晶體振蕩器產(chǎn)生正弦信號設(shè)計時用晶體振蕩器

7、先產(chǎn)生基準正弦信號，再利用鎖相環(huán)進行頻率的合成, 以產(chǎn)生設(shè)計所需的各種信號。圖4為基準信號產(chǎn)生電路。2、頻率合成器產(chǎn)生載頻在得到基本正弦信號之后，可以采用鎖相式頻率合成器來獲得不同頻率的載 頻。產(chǎn)生載頻信號的電路示意圖如下圖 5所示。PDPDVCOIF模數(shù)N控制圖5鎖相頻率合成器基本框圖在環(huán)路鎖定時，在上圖5中，鑒相器兩輸入的頻率相同，即fr fdfd是VCO輸出頻率fo經(jīng)N分頻后得到的，即fd fo/N所以輸出頻率fo N fr設(shè)計中的鎖相環(huán)電路可以用集成的頻率合成器，如MC145106,其原理框圖如圖6所示：圖6 MC45146電路原理框圖經(jīng)分頻器輸出的信號不一定滿足信號的設(shè)計要求，可以再

8、級聯(lián)一個頻率和成器，也可以用鎖相環(huán)技術(shù)，其fo M f，貝U總的有：fo M fin/N例如產(chǎn)生一個設(shè)計所需的12KHZ的信號，則可以M=3,N=250。要產(chǎn)生實驗 中的其它信號與之類似。二、導頻插入及提取由于采用相干解調(diào)，就需要獲得與發(fā)送端同頻同相的相干載波對已調(diào)信號進 行解調(diào)，也即需載波同步。解調(diào)載波的獲取，是從發(fā)端發(fā)送的導頻獲得。因為是抑制載波調(diào)制，所以在已調(diào)信號中不含有載波功率，就不能直接提取載 波?？刹捎貌迦雽ьl法，發(fā)送端導頻的插入，應插在信號功率為零的地方，這樣便 于提取。插入導頻法是在發(fā)送信號的同時，在適當?shù)念l率位置上，插入一個稱作導頻 的正弦波，在接收端就提取出這個導頻作本地載

9、波，用于同步解調(diào)(相干檢測)。導頻插入電路的原理圖如圖7所示。輸入估號昭力輸出圖7 發(fā)送端導頻插入原理示意由圖 7可知，u°(t) Am(t)asin 菽 acos 在接收端，導頻提取可采用窄帶導頻濾波器，或直接用鎖相環(huán)來提取。 示意圖如圖&圖8接收端導頻提取示意圖相應的表達式推導) = I josin 3界 -acos 1 (asin )=Aam(i')-導頻的加入可以用加法器將已調(diào)信號與導頻相加實現(xiàn)。加法器電路將在下面 內(nèi)容中給出。三、調(diào)制與解調(diào)電路由于系統(tǒng)采用SSB方式調(diào)制，相干解調(diào)，所以對于調(diào)制與解調(diào)電路，在電 路實現(xiàn)上本質(zhì)是相同的，都是載波與未調(diào)制信號（或已

10、調(diào)制信號）相乘。因此系 統(tǒng)中這兩部分可以采用相同的設(shè)計。這里采用兩輸入的乘法器模塊 MC1596即可 實現(xiàn)。本系統(tǒng)在調(diào)制與解調(diào)時均采用二次調(diào)制（解調(diào)）。調(diào)制（解調(diào)）電路關(guān)鍵 乘法器模塊仿真如圖9所示。在解調(diào)時有一點需要說明，本系統(tǒng)采用二次解調(diào)。由于濾波器歸一化過渡帶 指標必須大于1%,致使無法在100KHZ以上的高頻準確截取4KHZ的頻帶。如 果采用一次解調(diào)，由于過渡帶較寬，所帶來的噪聲會在解調(diào)后疊加到語音信號中 去。故采用兩次解調(diào)。具體解調(diào)方法在系統(tǒng)總體框圖中已經(jīng)指出， 這里不再贅述。圖9 系統(tǒng)調(diào)制（解調(diào)）模塊仿真圖四、濾波器設(shè)計濾波器（低通和帶通）相關(guān)的設(shè)計參數(shù)已經(jīng)在系統(tǒng)傳輸框圖中給出。

11、這里再 從設(shè)計指標上進行簡單說明用濾波法產(chǎn)生單邊帶信號時，一次群濾波器都為低通通濾波器（取上邊帶）， 規(guī)一化過渡帶1 %,特征阻抗600Q,通帶衰耗1dB,阻帶衰耗40dB（功率衰耗）， 截止頻率為單邊帶調(diào)制的載頻頻率，二次群濾波器都為高通通濾波器（取下邊 帶），規(guī)一化過渡帶1%,特征阻抗600Q,通帶衰耗1dB，阻帶衰耗40dB （功 率衰耗），截止頻率也為單邊帶調(diào)制的載頻頻率。一次群SSB調(diào)制器后的濾波器為帶通濾波器，規(guī)一化過渡帶1%,特征阻抗 600Q,通帶衰耗1dB,阻帶衰耗40dB （功率衰耗），中心頻率為單邊帶調(diào)制的 載頻頻率，帶寬為4KHZ.在上面的調(diào)制框圖，A B傳輸調(diào)制中，B

12、PF1-BPF3為第一級調(diào)制后的BPF, BPF4-BPF7為第二級調(diào)制后的BPF,由于在接收端解調(diào)后的 BPF與調(diào)制時的對 應的BPF相同，所以沒有列出接收端的 BPF,接收端最后相干解調(diào)后，需要接 一低通濾波器LPF。下面給出A B傳輸?shù)臑V波器的參數(shù)。單位為 kHz。中心頻率通帶帶寬阻帶帶寬歸一化過渡帶BPF113.853.14.35%BPF217.853.14.313.75%BPF321.853.14.33%BPF466123614.3%BPF578123612.5%BPF690123611.1%BPF7102123610%表1系統(tǒng)各帶通濾波器設(shè)計參數(shù)相干解調(diào)后所接LPF的截止頻率為4k

13、Hz五、加法器電路系統(tǒng)中的信號需要多次加法運算，總共涉及3種加法器，它們分別是3輸入 加法器（前群合成），4輸入加法器（二次群產(chǎn)生）以及 2輸入加法器（導頻加 入）。3種加法器分別如下圖所示。圖12 2輸入加法器（用于導頻插入）六、四二線轉(zhuǎn)換由于語音信號是收和發(fā)同時存在（收二線，發(fā)二線），所以是四線，而傳輸線是二 線，這就需要進行四一一二線轉(zhuǎn)換。四一一二線轉(zhuǎn)換原理圖如圖 13所示。在將二 次群信號送入電纜傳輸時，為了使發(fā)送方不至于收到自己發(fā)出的信號，采用混合線 圈?；旌暇€圈的等效原理圖如圖18所示?；旌暇€圈原理是一個平衡電橋，使本端 發(fā)送的信號不能滲漏到本端的接收信號處而形成回波。四一一二線轉(zhuǎn)

14、換，回波對消原理框圖圖13線轉(zhuǎn)換原o理圖圖14混合線圈的等效原理圖當電橋平衡時（4個電阻大小相等），發(fā)端信號在收端A, B兩點產(chǎn)生的電位相 等,A到B間無電流流過，所以收端不會收到發(fā)端信號。而對發(fā)端和收端來說，輸入, 輸出阻抗均為600?。具體電路如圖15所示。四線輸入四渓綸出七、放大電路根據(jù)給定指標，輸入輸出功率為0.1mw（路信號）,而每調(diào)制一次，電壓幅度就 衰減1/2,經(jīng)過兩次調(diào)制，電壓幅度衰減為原來的1/4。在二一一四線轉(zhuǎn)換中,電壓還 要衰減1/2?？偟碾妷核p為1/8。按照功率與電壓的關(guān)系，功率和電壓是平方關(guān) 系，即:2P u2/r其中:P為平均功率，U為平均電壓，R為阻抗。在已知平

15、均功率和阻抗的條件下，可算出平均電壓值。由于總電壓衰減了 1/8, 所以總功率就衰減了 1/ 82。例:輸入功率為0.1mw,到線路端時，只有：20.1/ 8 mw = 0.001563mw而根據(jù)設(shè)計要求，線路上的信號總功率為0.9mw,分到每一路信號的功率為0.9/24mw= 0.0375mw。要完成上述指標，必須將被衰減了的信號進行放大，以滿足設(shè)計要求。放大倍 數(shù)為N.N=0.0375/0.001563=24.電路如圖16。圖16 放大器電路仿真圖其中 R2=600 ,R1=150 ,Avf = 5, Vcc =12V?！驹O(shè)計指標計算】1、音頻端接口阻抗600Q，標稱輸入輸出功率為O.lm

16、W。因此輸入電壓為(O.lmW * 600 Q) =0.2449 V 2、濾波器指標：采用二次調(diào)制。第一次用：12KHz,16KHz,20KHz調(diào)制形成前群。按最高載頻計算,即 fi =600Hz , fci =20KHz，則30.03,即 3%20 10第二次分別用 84kHz、96kHz、108kHz、120kHz調(diào)制,按最高載頻120KHz計算，即f2 24 103 , fc2 120 103 ，貝U0.224 1033120 100.003 0.2 0.0006 0.01 ,完全能夠滿足設(shè)計給定的歸一化過渡帶指標?！鞠到y(tǒng)總體設(shè)計框圖】【濾波器指標】1、低通濾波器指標：通帶截止頻率：4K

17、HZ阻帶截止頻率：3400HZ2、單邊帶濾波器：a. 通帶截止頻率：12300HZ阻帶截止頻率：12000HZb. 通帶截止頻率：16300HZ阻帶截止頻率：16000HZc. 通帶截止頻率： 20300HZ阻帶截止頻率： 20000HZd. 通帶截止頻率： 72000HZ阻帶截止頻率： 84000HZe. 通帶截止頻率： 84000HZ阻帶截止頻率： 96000HZf. 通帶截止頻率： 96000HZ阻帶截止頻率： 108000HZg. 通帶截止頻率： 108000HZ阻帶截止頻率： 120000HZ3、帶通濾波器：a. 通帶截止頻率： 12300HZ，15400HZ阻帶截止頻率： 12000HZ，16000HZb. 通帶截止頻率： 16300HZ，19400HZ阻帶截止頻率： 16000HZ，20000HZc. 通帶截止頻率： 20300HZ，23400HZ阻帶截止頻率： 20000HZ，24000HZd. 通帶截止頻率： 60300HZ， 71400HZ阻帶截止頻率：59000HZ，72000HZe. 通帶截止頻率：72300HZ，83400HZ阻帶截止頻率：71000HZ，85000H