1、電子科技大學(xué)通信學(xué)院綜合課程設(shè)計(jì)報告?zhèn)鬏攲ｎ}設(shè)計(jì)（頻分復(fù)用班級27013080學(xué)生藍(lán)盾學(xué)號2701308007教師饒力【設(shè)計(jì)指標(biāo)】設(shè)計(jì)一個頻分復(fù)用調(diào)制系統(tǒng)，將12路語音信號調(diào)制到電纜上進(jìn)行傳輸，其傳輸技術(shù)指標(biāo)如下：1 .語音信號頻帶：300Hz3400Hz。2 .電纜傳輸頻帶：60KHz156KHz。3 .傳輸中滿載條件下信號功率不低于總功率的90%o4 .電纜傳輸端阻抗600。電纜上信號總功率（傳輸頻帶內(nèi)的最大功率不大于1mW。5 .語音通信接口采用4線制全雙工。6 .音頻端接口阻抗600Q標(biāo)稱輸入輸出功率為0.1mW。7 .濾波器指標(biāo)：規(guī)一化過渡帶1%,特征阻抗600。通帶衰耗1dB,阻帶

2、衰耗40dB（功率衰耗，截止頻率（設(shè)計(jì)者定。8 .系統(tǒng)電源:直流24V單電源。【系統(tǒng)框圖】如下圖1所示，為要設(shè)計(jì)的12路調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖圖112路調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)框圖【系統(tǒng)設(shè)計(jì)框圖】下圖2是實(shí)現(xiàn)12路調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖信號加載頻器ASSB12KHZSSB16KHZSSB20KHZBPF1216KHZBPF2024KHZBPF1620KHZ加法器SSB120KHZSSB108KHZSSB84KHZSSB96KHZBPF96108KHZBPF8496KHZBPF7284KHZBPF6072KHZ放大彳數(shù)2.4放大器插入12KHZ導(dǎo)頻插入16KHZ導(dǎo)頻插入20KHZ導(dǎo)頻插入84KHZ導(dǎo)頻插入10

3、8KHZ導(dǎo)頻插入96KHZ導(dǎo)頻插入108KHZ導(dǎo)頻BPF96108KHZBPF8496KHZ84KHZBPF6072KHZ解調(diào)解調(diào)解調(diào)解調(diào)LPF24KHZLPF24KHZLPFLPF24KHZBPF1216KHZBPF2024KHZBPF1620KHZ解調(diào)解調(diào)解調(diào)LPF4KHZLPF4KHZLPF放大彳數(shù)42.7信號接受器B四二轉(zhuǎn)換器信號加載頻器BSSB12KHZSSB16KHZSSB20KHZBPF1216KHZBPF2024KHZBPF1620KHZSSB168KHZSSB156KHZSSB132KHZSSB144KHZ156KHZBPF132144KHZBPF120132KHZBPF10

4、8120KHZ放大彳音數(shù)2.4插入12KHZ導(dǎo)頻插入16KHZ導(dǎo)頻插入20KHZ導(dǎo)頻插入132KHZ導(dǎo)頻插入168KHZ導(dǎo)頻插入144KHZ導(dǎo)頻插入156KHZ導(dǎo)頻BPF144156KHZBPF132144KHZBPF120132KHZBPF108-調(diào)解調(diào)解調(diào)解調(diào)LPF24KHZLPF24KHZLPF24KHZLPF24KHZBPF12-BPF2024KHZBPF1620KHZ解調(diào)解調(diào)解調(diào)LPF4KHZLPF4KHZLPF4KHZ放大彳數(shù)42.7號接受器A圖212路調(diào)制解調(diào)系統(tǒng)的總體設(shè)計(jì)框圖【系統(tǒng)原理分析及設(shè)計(jì)】1,傳輸方式分析：在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號所需的帶寬寬得

5、多。如果一個信道只傳送一路信號是非常浪費(fèi)的，為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用頻分復(fù)用的方法。在頻分復(fù)用系統(tǒng)中，信道的可用頻帶被分成若干個互不交疊的頻段，每路信號用其中一個頻段傳輸。系統(tǒng)原理如圖2所示。以線性調(diào)制信號的頻分復(fù)用為例。在圖3中設(shè)有n路基帶信號，圖3頻分復(fù)用系統(tǒng)組成方框圖為了限制已調(diào)信號的帶寬，各路信號首先由低通濾波器進(jìn)行限帶，限帶后的信號分別對不同頻率的載波進(jìn)行線性調(diào)制，形成頻率不同的已調(diào)信號。為了避免已調(diào)信號的頻譜交疊，各路已調(diào)信號由帶通濾波器進(jìn)行限帶，相加形成頻分復(fù)用信號后送往信道傳輸。在接收端首先用帶通濾波器將多路信號分開，各路信號由各自的解調(diào)器進(jìn)行解調(diào)，再經(jīng)低通濾波器

6、濾波，恢復(fù)為調(diào)制信號。2.調(diào)制方式：在多路載波電話中采用單邊帶調(diào)制頻分復(fù)用，主要是為了最大限度地節(jié)省傳輸頻帶。產(chǎn)生單邊帶信號最直觀的方法是讓雙邊帶信號通過一個單邊帶濾波器,保留所需的一個邊帶，濾除不要的邊帶，即可得到單邊帶信號。此方法稱為濾波法。它是最簡單的也是最常用的方法。邊帶可取上邊帶，也可取下邊帶。濾波法原理圖如圖4所示，圖中（SSBH為單邊帶濾波器的傳遞函數(shù)。圖4用濾波法形成單邊帶信號在我們的設(shè)計(jì)中，每路電話信號限帶于300-3400HZ，語言信號的頻譜如圖5所示。單邊帶調(diào)制后其帶寬與調(diào)制信號相同。為了在鄰路已調(diào)信號間留有保護(hù)頻帶以便濾波器有可實(shí)現(xiàn)的過渡帶，通常每路話音信號取4KHz作

7、為標(biāo)準(zhǔn)頻帶。由題目所給,電纜傳輸頻帶60KHz156KHz，帶寬96KKz。由于是全雙工,96KHz的帶寬正好可容納24路信號，即A-B,12路,B-A,12路。它們在一個信道上傳輸，這樣就充分利用了信道資源。圖5語言信號的頻譜3,調(diào)制方式的實(shí)現(xiàn)：首先采用抑制載波雙邊帶調(diào)制，即DSB，頻譜變換過程如如圖6所示然后再用邊帶濾波器濾除上邊帶或下邊帶，得到單邊帶，即SSBo理想濾波特性是不可能做到的,實(shí)際濾波器從通帶到阻帶總有一個過渡帶。我們的調(diào)制信號是3003400KHz,由于最低頻率為300Hz，因此允許過渡帶為600Hz0實(shí)現(xiàn)濾波器的難易與過渡帶相對于載頻的歸一化值有關(guān)，過渡帶的歸一化值愈小，

8、分割上、下邊帶的濾波器就愈難實(shí)現(xiàn)。由于一次調(diào)制的方式不能達(dá)到歸一化過渡帶給定的指標(biāo)，這時可以采用多級調(diào)制的方法。根據(jù)課題給出條件，采用二次調(diào)制。第一次用：12KHz,16KHz,20KHz調(diào)制形成前群。按最高載頻計(jì)算，即1f?=600Hz,1cf=20KHz，則1=?=a即3%。第二次用84、96、108、120KHz調(diào)制，按最高載頻120KHz計(jì)算，即321024?=?f,3101202?=cf則2.0101201024332=?=a完全能夠滿足設(shè)計(jì)給定的歸一化過渡帶指標(biāo)。圖6多級濾波法原理圖及頻譜圖4.兩級調(diào)制方案：多級調(diào)制是指在一個復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)，對同一個基帶信號進(jìn)行兩次或兩次以上同一種方式

9、的調(diào)制。圖7為兩級單邊帶調(diào)制的復(fù)用系統(tǒng)圖7兩級單邊帶調(diào)制的復(fù)用系統(tǒng)圖7中共有12路基帶信號，每路信號的頻率范圍均為300Hz3400Hz。在發(fā)送端，將12路語音信號（頻率4KHz,分為四組，每組的3路信號分別用12KHz,16KHz,20KHz的載頻進(jìn)行調(diào)制，取上邊帶，把3路信號加在一起，合成一個前群,前群的頻率為12KHz24KHz。再將四個前群分別用84KHz,96KHz,108KHz,120KHz載頻進(jìn)行二次調(diào)制，取下邊帶，從而將四個前群調(diào)制到了60KH108KHz的頻帶上，形成頻率范圍為60KHz108KHz的12路;頻分復(fù)用信號。如圖8所示。圖8各路信號在頻段上的分布在另一端，形成前

10、群的方法相同。將四個前群分別用132KHz,144KHz,156KHz以及168KHz的載頻進(jìn)行調(diào)制，取下邊帶，將基群調(diào)制到108KHz156KHz的頻段上。圖9形成基群信號的頻譜搬移過程兩級調(diào)制共使用7種載頻和7種類型的帶通濾波器。若采用一級調(diào)制則要使用12種載波和12種類型的帶通濾波器。在第二級調(diào)制時，由于調(diào)制信號的帶寬增加為12KHz，因此有利于帶通濾波器的制作。5 .調(diào)制的電路：a.載頻的產(chǎn)生：設(shè)計(jì)時用晶體振蕩器先產(chǎn)生一基準(zhǔn)正選信號，再利用鎖相環(huán)進(jìn)行頻率的合成，以產(chǎn)生設(shè)計(jì)所需的各種信號。圖10為基準(zhǔn)信號產(chǎn)生電路。圖10正弦信號產(chǎn)生電路在環(huán)路鎖定時，在下圖11中，鑒相器兩輸入的頻率相同，

11、即fr=fdfd是VCO輸出頻率fo經(jīng)N分頻后得到的，即fd=fo/N所以輸出頻率fo=Nfr圖11鎖相頻率合成器基本框圖設(shè)計(jì)中的鎖相環(huán)電路可以用集成的頻率合成器，如MC145106，其原理框圖如圖12所示:圖12MC45146其真值表如圖13為:圖13MC45146真值表經(jīng)分頻器輸出的信號不一定滿足信號的設(shè)計(jì)要求，可以再級聯(lián)一個頻率和成器也可以用鎖相環(huán)技術(shù)，其fo=M1n1,則總的有：fo=Mfin/N例如產(chǎn)生一個設(shè)計(jì)所需的12KHz的信號，則可以M=3,N=250,當(dāng)然答案不唯一可以有其他組合。要產(chǎn)生實(shí)驗(yàn)中的其它信號與之類似。b.信號的調(diào)制：調(diào)制采用兩輸入的乘法器模塊即可完成。外設(shè)如圖14

12、所示:圖14調(diào)制電路c.加法電路：在一次群和二次群的產(chǎn)生時都要用到加法器產(chǎn)生一次群的三輸入加法器如圖15所示:產(chǎn)生二次群的四輸入加法器如圖16所示:圖16四輸入加法器d.濾波器指標(biāo)：用濾波法產(chǎn)生單邊帶信號時，一次群濾波器都為低通通濾波器（取上邊帶,規(guī)一化過渡帶1%,特征阻抗600。通帶衰耗1dB,阻帶衰耗40dB（功率衰耗，截止頻率為單邊帶調(diào)制的載頻頻率，二次群濾波器都為高通通濾波器（取下邊帶,規(guī)一化過渡帶1%,特征阻抗600。通帶衰耗1dB,阻帶衰耗40dB（功率衰耗，截止頻率也為單邊帶調(diào)制的載頻頻率。一次群SSB調(diào)制器后的濾波器為帶通濾波器，規(guī)一化過渡帶1%,特征阻抗600Q,通帶衰耗1d

13、B,阻帶衰耗40dB（功率衰耗，中心頻率為單邊帶調(diào)制的載頻頻率，帶寬為4KHZ.6 .四二轉(zhuǎn)換電路：由于語音信號是收和發(fā)同時存在（收二線發(fā)二線,所以是四線，而傳輸線是二線，這就需要進(jìn)行四一一二線轉(zhuǎn)換。四一一二線轉(zhuǎn)換原理圖如圖17所示。在將二次群信號送入電纜傳輸時，為了使發(fā)送方不至于收到自己發(fā)出的信號，采用混合線圈。混合線圈的等效原理圖如圖18所示。混合線圈原理是一個平衡電橋，使本端發(fā)送的信號不能滲漏到本端的接收信號處而形成回波。18四一二線轉(zhuǎn)換原理圖圖17四二線轉(zhuǎn)換原理圖圖18混合線圈的等效原理圖當(dāng)電橋平衡時（4個電阻大小相等，發(fā)端信號在收端A,B兩點(diǎn)產(chǎn)生的電位相等,A到B間無電流流過，所以收

14、端不會收到發(fā)端信號。而對發(fā)端和收端來說，輸入，輸出阻抗均為600?o具體電路如圖19所示。圖19四-二線轉(zhuǎn)換電路發(fā)射機(jī)接收機(jī)回波抵消器耦合器E-+發(fā)射機(jī)接收機(jī)回波抵消器耦合器2+共用線路四-二線轉(zhuǎn)換，回波對消原理框圖7 .導(dǎo)頻的加入：因?yàn)槭且种戚d波調(diào)制，所以在已調(diào)信號中不含有載波功率，就不能直接提取載波。可采用插入導(dǎo)頻法，發(fā)送端導(dǎo)頻的插入，應(yīng)插在信號功率為零的地方，這樣便于提取，導(dǎo)頻頻率的大小由設(shè)計(jì)者決定。只要是4KHz的整數(shù)倍即可。但要符合信道傳輸要求（信道帶寬為60156KHz。在不考慮噪聲的情況下，導(dǎo)頻的功率小于總功率的10%即可,也就是說導(dǎo)頻的功率要小于0.1mw。設(shè)計(jì)中的導(dǎo)頻頻率為8

15、0KHZ。導(dǎo)頻的加入也是一個加法器如圖20:圖20導(dǎo)頻的加入8 .放大電路：根據(jù)給定指標(biāo)，輸入輸出功率為0.1mw（一路信號，而每調(diào)制一次，電壓幅度就衰減1/2,經(jīng)過兩次調(diào)制，電壓幅度衰減為原來的1/4。在二四線轉(zhuǎn)換中，電壓還要衰減1/2。總的電壓衰減為1/8。按照功率與電壓的關(guān)系，功率和電壓是平方關(guān)系，即：RUP2其中:P為平均功率，U為平均電壓，R為阻抗。在已知平均功率和阻抗的條件下，可算出平均電壓值。由于總電壓衰減了1/8,所以總功率就衰減了1/82例:輸入功率為0.1mw，到線路端時，只有：0.1/82mw=0.01563mw而根據(jù)設(shè)計(jì)要求，線路上的信號總功率為0.9mw，分到每一路信號的功率為0.9/24mw=0.0375mw。要完成上述指標(biāo)，必須將被衰減了的信號進(jìn)行放大，以滿足設(shè)計(jì)要求。放大倍數(shù)為N.N=0.0375/0.01563=2.4.電路如圖21:圖21發(fā)送端放大電路9 .導(dǎo)頻的提取和相干信號的產(chǎn)生提取導(dǎo)頻是先通過一個帶通濾波器，中心頻率80KHZ,再用鎖相環(huán)提取。可用集成鎖相環(huán)NE560實(shí)現(xiàn)，原理如圖22:圖22NE560方框圖提取載頻后，用與載頻產(chǎn)生相同的頻率合成的方法來產(chǎn)生相干解調(diào)