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。