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1、综合课程设计报告综合课程设计报告传输专题设计（频分复用）班学学教级生号师【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：300Hz3400Hz。2. 电缆传输频带：60KHz156KHz。1传输中满载条件下信号功率不低于总功率的 90。1电缆传输端阻抗 600，电缆上信号总功率（传输频带内的最大功率） 不大于 1mW。1语音通信接口采用 4 线制全双工。2音频端接口阻抗 600，标称输入输出功率为 0.1mW。3滤波器指标：规一化过渡带 1，特征阻抗 600，通带衰耗 1dB，阻 带衰耗 40dB（功率衰耗），截止频率（

2、设计者定）。4系统电源：直流 24V 单电源。【系统框图】如下图 1 所示，为要设计的 12 路调制解调系统框图.图 1 12 路调制解调系统框图 【系统设计框图】下图 2 是实现 12 路调制解调系统的总体设计框图：插入12KHZ导频插入16KHZ 导频BPF插入20KHZ导频插入84KHZ导频插入96KHZ导频放大倍数2.4插入108KHZ 导频插入108KHZ 加法器放大器放大倍数42.7导频.插入12KHZ导频插入16KHZ 导频BPF插入20KHZ导频插入132KHZ 导频插入144KHZ 导频放大倍数2.4插入156KHZ 导频插入168KHZ 导频放大倍数42.7.图 212 路

3、调制解调系统的总体设计框图【系统原理分析及设计】1. 传输方式分析：在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽 宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用 信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中，信道的可 用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输。系 统原理如图 2 所示。以线性调制信号的频分复用为例。在图 3 中设有 n 路 基带信号，为了限制已调信号的带宽，各路信号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

4、进行限带，相加形成频分复 用信号后送往信道传输。在接收端首先用带通滤波器将多路信号分开，各路信 号由各自的解调器进行解调，再经低通滤波器滤波，恢复为调制信号。2. 调制方式：在多路载波电话中采用单边带调制频分复用，主要是为了最大限度地 节省传输频带。产生单边带信号最直观的方法是让双边带信号通过一个单 边带滤波器，保留所需的一个边带，滤除不要的边带，即可得到单边带信 号。此方法称为滤波法。它是最简单的也是最常用的方法。边带可取上边带，也可取下边带。滤波法原理图如图 4 所示，图中 H 波器的传递函数。SSB( ) 为单边带滤图 4用滤波法形成单边带信号在我们的设计中，每路电话信号限带于 300-

5、3400Hz,语言信号的频谱如图 5 所示。单边带调制后其带宽与调制信号相同。为了在邻路已调信号间留有保 护频带，以便滤波器有可实现的过渡带，通常每路话音信号取 4KHz 作为标准频带。由题目所给,电缆传输频带 60KHz156KHz,带宽 96KKz。由于是全双工,96KHz 的带宽正好可容纳 24 路信号,即 AB，12 路,BA，12 路。它 们在一个信道上传输,这样就充分利用了信道资源。图 5语言信号的频谱3，调制方式的实现：首先采用抑制载波双边带调制，即 DSB，频谱变换过程如如图 6 所示，然 后再用边带滤波器滤除上边带或下边带，得到单边带， 即 SSB。理想滤波特 性是不可能做到

6、的,实际滤波器从通带到阻带总有一个过渡带 。我们的调制信 号是 3003400KHz,由于最低频率为 300Hz,因此允许过渡带为 600Hz。实现滤 波器的难易与过渡带相对于载频的归一化值有关,过渡带的归一化值愈小,分割 上、下边带的滤波器就愈难实现。由于一次调制的方式不能达到归一化过渡带给定的指标，这时可以采用多级 调制的方法。根据课题给出条件,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 f1 =600Hz， fc1=20KHz，则 1 60020 103 0.03 , 即 3% 。第二次用 84、96 、 108 、 120KHz 调制,

7、按最高载频 120KHz 计算, 即 f2 24 103， f c 2 120 103，则 2 24 10120 10 0.2完全能够满足设计给定的归一化过渡带指标。图 64.两级调制方案：多级滤波法原理图及频谱图多级调制是指在一个复用系统内，对同一个基带信号进行两次或两次以上同 一种方式的调制。图 7 为两级单边带调制的复用系统。图 7两级单边带调制的复用系统图 7 中共有 12 路基带信号，每路信号的频率范围均为300Hz3400Hz。在发送端,将 12 路语音信号(频率 4KHz),分为四组,每组的 3 路信号分别用 12KHz,16KHz,20KHz 的载频进行调制,取上边带,把 3路

8、信号加在一起,合成一个前群,前群的频率为 12KHz24KHz。再将四个前群分别用 84KHz,96KHz,108KHz,120KHz载频进行二次调制,取下边带,从而将四个前群调制到了60KH108KHz 的频带上，形成频率范围为60KHz108KHz 的 12 路；频分复用信号。如图 8 所示。图 8 各路信号在频段上的分布在另一端,形成前群的方法相同。将四个前群分别用132KHz,144KHz,156KHz 以及 168KHz 的载频进行调制,取下边带, 制到 108KHz156KHz 的频段上。将基群调图 9形成基群信号的频谱搬移过程两级调制共使用 7 种载频和 7 种类型的带通滤波器。

9、若采用一级调制则 要使用 12 种载波和 12 种类型的带通滤波器。在第二级调制时，由于调制信号的带宽增加为 12KHz，因此有利于带通滤波器的制作。5.调制的电路：a.载频的产生：设计时用晶体振荡器先产生一基准正选信号，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 10 为基准信号产生电路。图 10 正弦信号产生电路在环路锁定时，在下图 11 中，鉴相器两输入的频率相同，即fr=fdfd 是 VCO 输出频率 fo 经 N 分频后得到的，即fd=fo/N所以输出频率fo=Nfr图 11 锁相频率合成器基本框图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

10、框图 如图 12 所示：图 12 MC45146其真值表如图 13 为：图 13 MC45146 真值表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 fo=Mfin1，则总的有：fo=Mfin/N例如产生一个设计所需的 12KHZ 的信号，则可以 M=3,N=250,当然答案不 唯一，可以有其他组合。要产生实验中的其它信号与之类似。b.信号的调制：调制采用两输入的乘法器模块即可完成。外设如图 14 所示：图 14调制电路c.加法电路：在一次群和二次群的产生时都要用到加法器。 产生一次群的三输入加法器如图 15 所示：图 15 三输入加法器产生二

11、次群的四输入加法器如图 16 所示：图 16 四输入加法器d.滤波器指标：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 600，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 600，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 600，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

12、为 4KHZ.6.四二转换电路：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图 17 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。回波抵消器共用线路四二 线转换，回波对消原理框图图 18 四二线转换原理图图 17四二线转换原理图图 18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

13、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 600。具体电路如图 19 所示。图 19四二线转换电路227.导频的加入：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,导频频率的大小由设计者决定。只要是 4KHz 的整数倍即可。但要 符合信道传输要求(信道带宽为 60156KHz) 。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 80KHZ。导频的加入也是一个加法器如图 20：图 20

14、 导频的加入8.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:P UR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 1/8 。例:输入功率为 0.1mw,到线路端时,只有：0.1/8 mw 0.01563mw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

15、0.9/24mw0.0375mw。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=0.0375/0.01563=2.4.电路如图 21：图 21发送端放大电路9.导频的提取和相干信号的产生：提取导频是先通过一个带通滤波器，中心频率 80KHZ，再用锁相环提取。 可用集成锁相环 NE560 实现，原理如图 22：图 22 NE560 方框图提取载频后，用与载频产生相同的频率合成的方法来产生相干解调信号， 信号从 60KHZ 起一次增加 4KHZ。10.解调：每一路解调前先通过一带通滤波器器，中心频率从 60KHZ 起，递增 4KHZ，带宽 4KHZ。然后与产生的解调信号加在两端口的乘法器两端。外设如 23：图 23 解调电路输出再通过一个低通滤波器。截止频率 4KHZ。信号在解调中，电压幅度衰减为原来的 1/2。在四二线转换中,电压还 要衰减 1/2。总的电压衰减为 1/4。功率衰减为 1/16.要达到输出功率为 0.1mw，放大倍数为 NN=0.1*16/0.0375=42.7电路如图 24 所示：图 24输出放大电路