电子科大 课程设计

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班学生李澳学号2011019180012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300~3400Hz，取4kHz作为标准带宽；而电缆传输频带60kHz~156kHz,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～3400Hz。

2. 电缆传输频带：60KHz～156KHz。

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600Ω，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600Ω，标称输入输出功率为0.1mW 。

7．滤波器指标：规一化过渡带1％，特征阻抗600Ω，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】A B 传输(发送端):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：LPF0 ~ 4kHzBPF1 12kHz~ 16kHz BPF2 16kHz ~ 20k Hz BPF3 20kHz ~ 24kHz BPF4 60kHz ~ 72kHz BPF5 72kHz ~ 84kHz BPF6 84kHz ~ 96kHz BPF7 96kHz ~ 108kHzB A 传输（发送端）：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 ~ 4kHzBPF1 12k ~ 16k BPF2 16k ~ 20k BPF3 20k ~ 24k BPF8 108k~120k BPF9 120k~132k BPF10 132k~144k BPF11 144k~156k信号在信道上的传输频带为：60kHz ~ 156kHz 其中A B 传输所占用频带为：60kHz ~ 108kHz→B 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。

图4 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。

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r df f =是VCO 输出频率经N 分频后得到的，即d f o f/d o f f N=所以输出频率 o rf N f =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，可以再级联一个频率和成器，也可以用锁相环技术，其，则总的有：o in f M f =/o in f M f 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。

图7 发送端导频插入原理示意由图7可知，()()sin cos o c c u t Am t a t a tωω=-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8。

图8 接收端导频提取示意图相应的表达式推导经过低通滤波器后，即可恢复出调制信号s(t)。

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。

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600Ω，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600Ω，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600Ω，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，BPF1-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BPF113.85 3.1 4.35%BPF217.85 3.1 4.3 3.75%BPF321.85 3.1 4.33%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4kHz。

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10 3输入加法器（用于前群产生）图11 4输入加法器（用于二次群合成）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——二线转换。

四——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。

图13 四——二线转换原理图图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600Ω。

具体电路如图15所示。

图15 四－二线转换电路仿真七、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:2/P U R 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1/8,所以总功率就衰减了。

21/8例:输入功率为0.1mw,到线路端时,只有： mw ＝0.001563mw20.1/8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600Ω，标称输入输出功率为0.1mW 。

因此输入电压为(0.1mW * 600Ω) =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 =600Hz ，=20KHz ，则1f ∆1c f , 即3% 。

03.0102060031=⨯=α第二次分别用84kHz 、96kHz 、108kHz 、120kHz 调制,按最高载频120KHz 计算, 即， ，则321024⨯=∆f 3101202⨯=c f2.010********32=⨯⨯=α,完全能够满足设计给定的归一化过渡带指标。