电子科技大学频分复用实验报告Word文件下载.docx
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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:
LPF0~4kHz
BPF112kHz~16kHz
BPF216kHz~20kHz
BPF320kHz~24kHz
BPF460kHz~72kHz
BPF572kHz~84kHz
BPF684kHz~96kHz
BPF796kHz~108kHz
B
A传输(发送端):
图2传输原理示意图(B至A)
BPF112k~16k
BPF216k~20k
BPF320k~24k
BPF8108k~120k
BPF9120k~132k
BPF10132k~144k
BPF11144k~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
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
是VCO输出频率
经N分频后得到的,即
所以输出频率
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6MC45146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:
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,
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
BPF1
13.85
3.1
4.3
5%
BPF2
17.85
3.75%
BPF3
21.85
3%
BPF4
66
12
36
14.3%
BPF5
78
12.5%
BPF6
90
11.1%
BPF7
102
10%
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103输入加法器(用于前群产生)
图114输入加法器(用于二次群合成)
图122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:
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
。
例:
输入功率为0.1mw,到线路端时,只有:
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600Ω,标称输入输出功率为0.1mW。
因此输入电压为(0.1mW*600Ω)=0.2449V
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
即3%。
第二次分别用84kHz、96kHz、108kHz、120kHz调制,按最高载频120KHz计算,即
,
,则
完全能够满足设计给定的归一化过渡带指标。
【总结及心得体会】
在本系统的设计过程中,是我对频分复用有了更深一步的认识,对调制、解调的过程也有了更为深刻的认识和见解,使我对通信传输的频分复用有了更深入的理解,掌握了通信过程中的一些基本电路,如模拟乘法器、混频器、加法电路等等。
由于能力有限,只分析出了各单元电路的设计,而各个单元电路的连口电路没有去深入设计,以致系统的总体实际电路没能设计出来和用MATLAB仿真对波形进行观测,是本次课程设计的遗憾。
同时使我巩固和加深对通信原理基本知识的理解,提高了我们综合运用本课程所学知识的能力,培养了我们根据课题选择参考书籍,查阅手册和参考文献的自学能力以及通过独立思考、深入钻研问题的能力。
让我也深刻体会到了如何着手对一个课题进行分析和设计。