(完整word版)電子科大課程設(shè)計

1、電子科技大學(xué)通信學(xué)院綜合課程設(shè)計指導(dǎo)書傳輸專題設(shè)計（頻分復(fù)用）班學(xué)學(xué)教級 通信 18班生 李 澳號 2011019180012師 饒力，劉鐮斧【設(shè)計名稱】傳輸專題設(shè)計（頻分復(fù)用）【設(shè)計目的】要求學(xué)生獨立應(yīng)用所學(xué)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(fù)用的原理，熟悉簡單復(fù)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(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（A B， 12路 ,B A， 12路）在一個信道上傳輸。【 系統(tǒng)原理

2、 】各路信號m（t） 首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?！驹O(shè)計指標(biāo)】設(shè)計一個頻分復(fù)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(biāo)如下：1 .語音信號頻帶：300H

3、z3400Hz。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600Q,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(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?！鞠到y(tǒng)設(shè)計框圖】A B傳輸（發(fā)送端）:圖1傳輸原理示意圖（A至B）Mi4LPFSSB調(diào)制器BPF1-1.12khz鈾LPFESB口1制器11rBPF21

4、*16khz僅1O'-h.LPF器BPF3F20khz0SRJ制器84 khzBPF4fjt)f5(t)七陽 剛打B.咻J耦96khlBPF5需108khz8sBi 帥 I需120khz* BPF6* BPF7加法器5FPB5FPB信道BPF5 60khz其中各個濾波器的通帶頻率范圍如下:LPF0 4kHzBPF112kHz 16kHzBPF216kHz 20k HzBPF320kHz 24kHzBPF460kHz 72kHzBPF572kHz 84kHzBPF684kHz 96kHzBPF796kHz 108kHzB A傳輸（發(fā)送端）圖2傳輸原理示意圖（B至A）LPF* LPF12k

5、hz調(diào)制 器ISkhzLPF謂制 器20khz* BPF1BPF2加法器JBPF3fJt)MtW范田麗I 器132kHSSB調(diào)制耦144khz骷B調(diào)劑 落 156MzBPF4> BPF5* BPF6BPF7BPF5BPF5信道BPF5 T ±108kh工其中各個濾波器的通帶頻率范圍如下:LPF0 4kHzBPF112k 16kBPF216k 20kBPF320k 24kBPF8108k120kBPF9120k132kBPF10132k144kBPF11 144k156k信號在信道上的傳輸頻帶為：60kHz 156kHz其中A B傳輸所占用頻帶為：60kHz 108kHzB A傳

6、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(dǎo)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(fù)出原始信號。下面分別對系統(tǒng)的各個組成部分進行詳細(xì)介紹?！鞠到y(tǒng)具體功能實現(xiàn)電路】載波產(chǎn)生電路1、晶體振蕩器產(chǎn)生正弦信號設(shè)計時用晶體振蕩器先產(chǎn)生基準(zhǔn)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(zhǔn)信號

7、產(chǎn)生電路。2、頻率合成器產(chǎn)生載頻PD模數(shù)N控制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。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frfd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， 可以再級聯(lián)一個頻率和成器，也可以用鎖相環(huán)技術(shù)，其fo M fin,則總的有：fo M 加/N例如產(chǎn)生一個設(shè)計所需

8、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(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(dǎo)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?dǎo)頻法，發(fā)送端導(dǎo)頻的插入，應(yīng)插在信號功率為零的地方，這樣便 于提取。插入導(dǎo)頻法是在發(fā)送信號的同時，在適當(dāng)?shù)念l率位置上，插入一個稱作導(dǎo)頻 的正弦波，在接收端就提取出這個導(dǎo)頻作本地載波， 用于同步解調(diào)(相干檢測)。導(dǎo)頻插入電路的原理圖如圖7所示。輸入宿號了.產(chǎn)出、相乘調(diào) N通流一卷I加法器

9、1-轂波信號，“2相移圖7發(fā)送端導(dǎo)頻插入原理示意由圖 7可知，Uo(t) Am(t)asin acos 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)/(r) = I jasin wtt - fico& cuet * (asin s/) =:)cos 2a/tt - -d2sin 2s”經(jīng)過低通濾波器后，即可恢復(fù)出調(diào)制信號 s（t）。導(dǎo)頻的加入可以用加法器將已調(diào)信號與導(dǎo)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

10、，都是載波與未調(diào)制信號（或已調(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(biāo)必須大于1%,致使無法在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)

11、已經(jīng)在系統(tǒng)傳輸框圖中給出。這里再從設(shè)計指標(biāo)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)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

12、調(diào)制框圖，A B傳輸調(diào)制中，BPF1-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(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%BPF217.853.14.33.75%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)

13、后所接LPF的截止頻率為4kHz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(dǎo)頻加 入）。3種加法器分別如下圖所示。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、四一一二線轉(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。混合線圈的等效原理圖如圖18所示?；旌暇€圈原理是一個平衡電橋

14、，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)換，回波對消原理框圖圖13線轉(zhuǎn)換原四理圖圖14混合線圈的等效原理圖當(dāng)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。圖15四一二線轉(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），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。在二四線轉(zhuǎn)換中，電壓還 要衰減1/2。總的電壓衰減為1/8。按照功率與電壓的關(guān)系，功率和電壓是平方

15、關(guān) 系，即：2 P U2/R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 1/82 0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(biāo)，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 =1

16、2V。【設(shè)計指標(biāo)計算】1、音頻端接口阻抗 600Q,標(biāo)稱輸入輸出功率為0.1mW。因此輸入電壓為(0.1mW * 600 Q) =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 頻計算,即 f1 =600Hz , fc1 =20KHz ,則1600 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f224 103 , fc2 120 103 ,則0.224 1033120 100.003 0.2 0.0006 0.01 ,完全能夠滿足設(shè)計給定的

17、歸一化過渡帶指標(biāo)?！鞠到y(tǒng)總體設(shè)計框圖】5sBi同制BPF(3.a)LPF三杵1 口 KHt加法器BPF(3 上)BPF(3.d)就娘16 KHSSB調(diào)制SSB調(diào)制BPF c)BPF ei洋 波？nKHi總.12札沙1恥KM50B調(diào)制BPFR.f)歸率合啜品僂振落器BPF0團提取導(dǎo)頊四蝌ft放大器BPF(3.鈔放大器BPF(3.a)相于解能0PF(3.d)BPF(3.b)相干梆國12 KHz8 KHzBPF(3.c)卯布臺質(zhì)1、低通濾波器指標(biāo)1帶截止頻率：4KHZ£84KHri>S5B調(diào)制'空幽4S5B調(diào)制阻帶截止頻率：3400Hz2、單邊帶濾波：a. 通帶截止頻率：12

18、300HZ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：a. 通帶截止頻率：12300HZ，15400HZ阻帶截止頻率：12000HZ，16000HZb. 通帶截止頻率：16300HZ，19400HZc. 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