電子科大課程設(shè)計(jì)

1、電子科技大學(xué)通信學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì)指導(dǎo)書傳輸專題設(shè)計(jì)（頻分復(fù)用）班 級(jí) 通信18班 學(xué) 生 李 澳 學(xué) 號(hào) 教 師 饒力，劉鐮斧 【設(shè)計(jì)名稱】傳輸專題設(shè)計(jì)（頻分復(fù)用）【設(shè)計(jì)目的】要求學(xué)生獨(dú)立應(yīng)用所學(xué)知識(shí)，對(duì)通信系統(tǒng)中的典型部件電路進(jìn)行方案設(shè)計(jì)、分析制作與調(diào)測(cè)電路。通過本專題設(shè)計(jì)，掌握頻分復(fù)用的原理，熟悉簡(jiǎn)單復(fù)用系統(tǒng)的設(shè)計(jì)方法?！驹O(shè)計(jì)思想】每路話音信號(hào)帶寬為3003400Hz，取4kHz作為標(biāo)準(zhǔn)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(hào)（AB，12路,BA，12路）在一個(gè)信道上傳輸。【系統(tǒng)原理】各路信號(hào)m(t)首先由低通濾波

2、器進(jìn)行限帶，限帶后的信號(hào)分別對(duì)不同頻率的載波進(jìn)行線性調(diào)制，形成頻率不同的已調(diào)信號(hào)。為了避免已調(diào)信號(hào)的頻譜交疊，各路已調(diào)信號(hào)由帶通濾波器進(jìn)行限帶；再利用加法器把3路信號(hào)加在一起,合成一個(gè)前群，12路信號(hào)形成4個(gè)前群，利用加法器將這四個(gè)前群加在一起，形成多載波信號(hào)，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(hào)，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(hào)?！驹O(shè)計(jì)指標(biāo)】設(shè)計(jì)一個(gè)頻分復(fù)用調(diào)制系統(tǒng)，將12路語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制到電纜上進(jìn)行傳輸，其傳輸技術(shù)指標(biāo)如下：1. 語(yǔ)音信號(hào)頻帶：300Hz3400Hz。2. 電纜傳輸頻帶：60KHz156KH

3、z。 3傳輸中滿載條件下信號(hào)功率不低于總功率的90。4電纜傳輸端阻抗600，電纜上信號(hào)總功率（傳輸頻帶內(nèi)的最大功率）不大于1mW。5 語(yǔ)音通信接口采用4線制全雙工。6 音頻端接口阻抗600，標(biāo)稱輸入輸出功率為0.1mW。7 濾波器指標(biāo)：規(guī)一化過渡帶1，特征阻抗600，通帶衰耗1dB，阻帶衰耗40dB（功率衰耗），截止頻率（設(shè)計(jì)者定）。8 系統(tǒng)電源：直流24V單電源?！鞠到y(tǒng)設(shè)計(jì)框圖】 A B傳輸(發(fā)送端):圖1 傳輸原理示意圖（A至B）其中各個(gè)濾波器的通帶頻率范圍如下：LPF 0 4kHz BPF1 12kHz 16kHzBPF2 16kHz 20k HzBPF3 20kHz 24kHzBPF4

4、 60kHz 72kHzBPF5 72kHz 84kHzBPF6 84kHz 96kHzBPF7 96kHz 108kHzBA 傳輸（發(fā)送端）：圖2 傳輸原理示意圖（B至A）其中各個(gè)濾波器的通帶頻率范圍如下：LPF 0 4kHz BPF1 12k 16kBPF2 16k 20kBPF3 20k 24kBPF8 108k120kBPF9 120k132kBPF10 132k144kBPF11 144k156k信號(hào)在信道上的傳輸頻帶為：60kHz 156kHz其中AB傳輸所占用頻帶為：60kHz 108kHzBA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

5、見，只畫出了前3路信號(hào)）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(gè)導(dǎo)頻，將接收到的信號(hào)通過一個(gè)通帶為60kHz156kHz的帶通濾波器，再通過相干解調(diào)器，將信號(hào)頻譜搬移到基帶。第1路信號(hào)用LPF進(jìn)行濾波，其余均通過BPF進(jìn)行濾波，濾波之后每路信號(hào)再經(jīng)過放大器進(jìn)行放大即可恢復(fù)出原始信號(hào)。下面分別對(duì)系統(tǒng)的各個(gè)組成部分進(jìn)行詳細(xì)介紹?！鞠到y(tǒng)具體功能實(shí)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(hào)設(shè)計(jì)時(shí)用晶體振蕩器先產(chǎn)生基準(zhǔn)正弦信號(hào)，再利用鎖相環(huán)進(jìn)行頻率的合成，以產(chǎn)生設(shè)計(jì)所需的各種信號(hào)。圖4為基準(zhǔn)信號(hào)產(chǎn)生電路。圖4 基準(zhǔn)信號(hào)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(hào)之后，可以采用

6、鎖相式頻率合成器來(lái)獲得不同頻率的載頻。產(chǎn)生載頻信號(hào)的電路示意圖如下圖5所示。圖5 鎖相頻率合成器基本框圖在環(huán)路鎖定時(shí)，在上圖5中，鑒相器兩輸入的頻率相同，即是VCO輸出頻率經(jīng)N分頻后得到的，即 所以輸出頻率 設(shè)計(jì)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(hào)不一定滿足信號(hào)的設(shè)計(jì)要求，可以再級(jí)聯(lián)一個(gè)頻率和成器，也可以用鎖相環(huán)技術(shù)，其，則總的有：例如產(chǎn)生一個(gè)設(shè)計(jì)所需的12KHZ的信號(hào)，則可以M=3,N=250。要產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)中的其它信號(hào)與之類似。二、 導(dǎo)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

7、對(duì)已調(diào)信號(hào)進(jìn)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(dǎo)頻獲得。因?yàn)槭且种戚d波調(diào)制,所以在已調(diào)信號(hào)中不含有載波功率,就不能直接提取載波?？刹捎貌迦雽?dǎo)頻法, 發(fā)送端導(dǎo)頻的插入,應(yīng)插在信號(hào)功率為零的地方,這樣便于提取。插入導(dǎo)頻法是在發(fā)送信號(hào)的同時(shí)，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個(gè)稱作導(dǎo)頻的正弦波，在接收端就提取出這個(gè)導(dǎo)頻作本地載波，用于同步解調(diào)（相干檢測(cè)）。導(dǎo)頻插入電路的原理圖如圖7所示。圖7 發(fā)送端導(dǎo)頻插入原理示意由圖7可知，在接收端，導(dǎo)頻提取可采用窄帶導(dǎo)頻濾波器，或直接用鎖相環(huán)來(lái)提取。示意圖如圖8。圖8 接收端導(dǎo)頻提取示意圖相應(yīng)的表達(dá)式推導(dǎo) 經(jīng)過低通濾波器后，即可恢復(fù)出調(diào)制信號(hào)s(t)

8、。導(dǎo)頻的加入可以用加法器將已調(diào)信號(hào)與導(dǎo)頻相加實(shí)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(duì)于調(diào)制與解調(diào)電路，在電路實(shí)現(xiàn)上本質(zhì)是相同的，都是載波與未調(diào)制信號(hào)（或已調(diào)制信號(hào)）相乘。因此系統(tǒng)中這兩部分可以采用相同的設(shè)計(jì)。這里采用兩輸入的乘法器模塊MC1596即可實(shí)現(xiàn)。本系統(tǒng)在調(diào)制與解調(diào)時(shí)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(shí)有一點(diǎn)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(biāo)必須大于1，致使無(wú)法在100KHZ以上的高頻準(zhǔn)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(lái)的噪聲會(huì)在解調(diào)后疊

9、加到語(yǔ)音信號(hào)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(jì)濾波器（低通和帶通）相關(guān)的設(shè)計(jì)參數(shù)已經(jīng)在系統(tǒng)傳輸框圖中給出。這里再?gòu)脑O(shè)計(jì)指標(biāo)上進(jìn)行簡(jiǎn)單說明。用濾波法產(chǎn)生單邊帶信號(hào)時(shí)，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600，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600，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)

10、一化過渡帶1，特征阻抗600，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，AB傳輸調(diào)制中，BPF1-BPF3為第一級(jí)調(diào)制后的BPF，BPF4-BPF7為第二級(jí)調(diào)制后的BPF，由于在接收端解調(diào)后的BPF與調(diào)制時(shí)的對(duì)應(yīng)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AB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%BPF217.853.14.33.75%BPF321.853.14.33%BPF466123614.3%BPF5

11、78123612.5%BPF690123611.1%BPF7102123610%表1 系統(tǒng)各帶通濾波器設(shè)計(jì)參數(shù)相干解調(diào)后所接LPF 的截止頻率為4kHz。五、加法器電路系統(tǒng)中的信號(hào)需要多次加法運(yùn)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(dǎo)頻加入）。3種加法器分別如下圖所示。圖10 3輸入加法器（用于前群產(chǎn)生）圖11 4輸入加法器（用于二次群合成）圖12 2輸入加法器（用于導(dǎo)頻插入）六、四二線轉(zhuǎn)換由于語(yǔ)音信號(hào)是收和發(fā)同時(shí)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(jìn)行四二線轉(zhuǎn)換。四二線轉(zhuǎn)換原理圖如圖13所示。在將二次群

12、信號(hào)送入電纜傳輸時(shí),為了使發(fā)送方不至于收到自己發(fā)出的信號(hào),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(gè)平衡電橋,使本端發(fā)送的信號(hào)不能滲漏到本端的接收信號(hào)處而形成回波。圖13 四二線轉(zhuǎn)換原理圖圖14 混合線圈的等效原理圖當(dāng)電橋平衡時(shí)(4個(gè)電阻大小相等),發(fā)端信號(hào)在收端A, B兩點(diǎn)產(chǎn)生的電位相等,A到B間無(wú)電流流過,所以收端不會(huì)收到發(fā)端信號(hào)。而對(duì)發(fā)端和收端來(lái)說,輸入,輸出阻抗均為600。具體電路如圖15所示。圖15 四二線轉(zhuǎn)換電路仿真七、放大電路根據(jù)給定指標(biāo),輸入輸出功率為0.1mw(一路信號(hào)),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(lái)的1/4。在

13、二四線轉(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: 其中:P為平均功率, U為平均電壓, R為阻抗。在已知平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。例:輸入功率為0.1mw,到線路端時(shí),只有： mw 0.001563mw而根據(jù)設(shè)計(jì)要求,線路上的信號(hào)總功率為0.9mw,分到每一路信號(hào)的功率為 0.9/24mw0.0375mw。要完成上述指標(biāo),必須將被衰減了的信號(hào)進(jìn)行放大,以滿足設(shè)計(jì)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 ,

14、R1=150 ,Avf = 5， Vcc =12V?！驹O(shè)計(jì)指標(biāo)計(jì)算】1、音頻端接口阻抗600，標(biāo)稱輸入輸出功率為0.1mW。因此輸入電壓為 (0.1mW * 600) =0.2449 V2、濾波器指標(biāo)：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(jì)算,即 =600Hz ，=20KHz，則 , 即3% 。第二次分別用84kHz、96kHz、108kHz、120kHz調(diào)制,按最高載頻120KHz計(jì)算, 即 ， ，則 ,完全能夠滿足設(shè)計(jì)給定的歸一化過渡帶指標(biāo)?！鞠到y(tǒng)總體設(shè)計(jì)框圖】【濾波器指標(biāo)】1、 低通濾波器指標(biāo)：通帶截止頻率：4KHZ阻帶截止頻率：3400HZ

15、2、 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，85000HZf. 通帶截止頻率：84300HZ