综合课程设计Word下载.docx

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若干路信息在同一信道中传输称为多路复用。

由于在一个信道传输多路信号而互不干扰，因此可提高信道的利用率。

按复用方式的不同可分为：

频分复用（FDM）和时分复用（TDM）两类。

频分复用是按频率分割多路信号的方法，即将信道的可用频带分成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中的一个频段。

在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。

时分复用是按时间分割多路信号的方法，即将信道的可用时间分成若干顺序排列的时隙，每路信号占据其中一个时隙。

在接收端用时序电路将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。

频分复用原理框图如图1所示。

图中给从的是一个12路调制、解调系统框图。

图1频分复用原理框图

【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。

【系统原理分析】

采用两级调制，各路基带信号首先通过LPF限带，限带后的基带信号由不同频率的载波进行单边带调制，形成不同频率的调制信号。

为避免已调信号的频谱发生交叠，各路已调信号再由BPF进行限带。

然后利用加法器把3路信号加在一起，合成一个前群。

12路信号共形成4个前群。

再利用加法器将4个前群加和，形成多载波信号，在信道上传输。

另外，在接收端，为使发送方不会收到自己发出的信号，采用混合线圈接收。

信号到达接收端，首先用BPF将多路信号分开，各路信号由各自的解调器进行解调，再经LPF滤波，恢复为调制信号。

【系统总体设计框图】

A~B发送框图（具体参数见图中）

B~A发送框图（具体参数见图中）

接收端框图（以B端接收为例）

使用Simulink系统仿真（此处只仿真了3路信号）

观测第三路信号原始信号和接收到的信号：

第三路发送信号（3000HZ）

第三路接收信号（3000HZ）

【系统具体电路】

一、调制载波的产生：

1.RC桥式正弦波振荡电路

设计时用RC桥式正弦波振荡电路先产生4KHZ正弦波作为基准信号，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。

下图为基准信号产生电路：

由于

，故选频网络参数

的乘积决定了正弦波的中心频率。

同时为了选频网络的选频特性尽量不受集成运放的输入电阻

和输出电阻

的影响，应使

满足下列关系式：

，否则会使中心频率

偏离

。

合理安排网络参数，搭建如上电路图，并用示波器观察输出波形，使用频率计得到输出波形的频率为3.949Khz，存在0.051Khz的频偏。

由于电器元件规格的问题，难以找到匹配的电器元件。

下图为基准正弦信号的波形以及频率：

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所示。

在环路锁定时，在上图中，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，其原理框图如图所示：

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：

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、信号的调制：

调制采用乘法器MC1596完成。

MC1596电路图：

调制电路图：

其中，I01接载波信号，I02接调制信号，I03为输出。

仿真电路图：

仿真波形：

三、加法器电路

1、产生一次群的三输入加法器：

仿真电路：

2、产生二次群的四输入加法器：

3、插入导频加法器

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。

导频要是4kHz的整数倍，且符合信道传输要求（信道带宽为60～156kHz）。

在不考虑噪声的情况下,导频的功率小于总功率的10%即可,也就是说导频的功率要小于0.1mw。

设计中的导频频率为60kHz和108kHz。

波形仿真：

四、滤波器设计指标：

在系统总体设计框图上已经标出了各个LPF和BPF的设计参数，下面再从设计指标上详细的说明。

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。

A

B传输调制：

第一级调制后，第三路信号通过的BPF的通带频率为20KHZ-24KHZ。

使用椭圆滤波器设计的BPF，通过matlab画出幅频响应如下：

第二级调制后，最后一个前群通过的BPF的通带频率为96KHZ-108KHZ。

使用椭圆滤波器设计的BPF7，通过matlab画出幅频响应如下：

相干解调后所接LPF的截止频率为4kHz。

使用巴特沃兹滤波器设计的低通滤波器LPF，通过matlab画出幅频响应如下：

五、四二/二四转换电路：

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——二线转换原理图如下图所示。

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下图所示。

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。

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。

电路图如下：

六、放大电路：

1、发送方放大电路

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。

所以总功率就衰减了1/82。

输入功率为0.1mw,到线路端时,只有

0.1/82mw＝0.0015625mw

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,以满足设计要求功率放大倍数为

0.0375mw/0.0015625mw=24

因此，电压放大倍数取5倍。

2、接收方放大电路

接收解调与调制发送类似。

每解调一次,电压幅度就衰减1/2,经过两次解调,电压幅度衰减为原来的1/4。

接收方每一路输入功率为：

到达输出端前每路信号的功率为：

0.0375/82mw=0.0005859mw.

标称输出功率为：

0.1mw。

要完成上述指标,必须将被衰减了的信号进行放大,以满足设计要求功率放大倍数为:

0.1wm/0.0005859=170.66mw.

因此电压放大倍数取13倍

（由于第一路信号缺少一次相干解调的过程：

故接收方第一路的放大器倍数为：

6.5。

这里不再给出电路仿真图）

七、导频的提取和相干信号的产生：

首先采用一个窄带滤波器，将导频提取出来，然后再利用载频，产生与载波相同的相干性信号，具体方法是采用分频的方法。

八、信号的解调：

相干解调电路：

从IO1输入相干解调信号，从IO2输入信号。

【总结及心得体会】

通过本专题设计，将12路话音信号经过频分复用技术调制到电缆上进行传输，我掌握了频分复用的原理，熟悉了简单复用系统的设计方法，并且对通信系统中的典型部件电路，如振荡器，乘法器，四二线转换电路等等有了进一步深入的了解和学习。

其中，用到了Matlab中的simulink，multisim等软件进行电路的搭建和仿真，通过对各个具体电路进行方案设计、分析制作与调测电路，最终形成一个简单的频分复用系统。