电子科技大学 综合课程设计 频分复用.docx

1、电子科技大学 综合课程设计 频分复用电子科技大学通信学院频分复用专题设计指导书频分复用专题设计班 级 学 生 学 号 教 师 目录1. 设计名称 32. 设计目的 33. 设计原理 34. 设计指标 35. 系统总体设计 45.1 系统设计思路 45.2 系统框图 45.3 系统仿真 56. 硬件电路设计 146.1 频率生成器 146.2 加法器 166.3 四二线转换器 176.4 功率放大器 186.5 调制电路 196.6 解调电路 207. 设计性能指标分析 207.1 功率分析 217.2 载波同步分析 217.3 归一化过渡带分析 217.4 接口阻抗分析 228. 总结和心得体

2、会 221. 设计名称传输专题设计（频分复用）2. 设计目的要求学生独立应用所学知识，对通信系统中的典型部件电路进行方案设计、分析制作与调测电路。通过本专题设计，掌握频分复用的原理，熟悉简单复用系统的设计方法。3. 设计原理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

3、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4. 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。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600，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600，标称输入输出功率为0.1m

4、W。7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（设计者定）。8系统电源：直流24V单电源。5. 系统总体设计5.1 系统设计思路通过二次调制，将语音信号调制到60KHz156KHz。加入84KHz正交导频，便于在接收端相干解调。在接收的过程中，先滤出导频，并用锁相环对其进行分频，作为各解调电路的相干载波，解调接收信号。5.2 系统框图图2 系统框图5.3 系统仿真5.3.1 Simulink仿真电路（仿真前三路电路）图3 调制部分simulink电路图图4 解调部分simulink电路图图5 解调模块中分频器子模块电路图图6 分频器子模

5、块中正弦波变方波子模块电路图5.3.2 系统参数设计5.3.2.1 滤波器参数设计Rp=1;Rs=40; %调制12KHz bandpass 1，bandpass 5Wp1=14e3,16e3*2*pi;Ws1=13e3,17e3*2*pi;n1,Wn1=buttord(Wp1,Ws1,Rp,Rs,s);b1,a1=butter(n1,Wn1,s);% freqs(b1,a1); %调制16KHz bandpass 2，bandpass 6Wp2=18e3,20e3*2*pi;Ws2=17e3,21e3*2*pi;n2,Wn2=buttord(Wp2,Ws2,Rp,Rs,s);b2,a2=bu

6、tter(n2,Wn2,s);% freqs(b2,a2); %调制20KHz bandpass 3，bandpass 7Wp3=22e3,24e3*2*pi;Ws3=21e3,25e3*2*pi;n3,Wn3=buttord(Wp3,Ws3,Rp,Rs,s);b3,a3=butter(n3,Wn3,s);% freqs(b3,a3); %调制132KHz bandpass 0Wp0=96e3,107e3*2*pi;Ws0=80e3,120e3*2*pi;n0,Wn0=buttord(Wp0,Ws0,Rp,Rs,s);b0,a0=butter(n0,Wn0,s);% freqs(b0,a0);

7、 %解调84KHZ bandpass 4Wp4=80e3,85e3*2*pi;Ws4=75e3,88e3*2*pi;n4,Wn4=buttord(Wp4,Ws4,Rp,Rs,s);b4,a4=butter(n4,Wn4,s); freqs(b4,a4); %解调低通滤波器 lowpass 1Wp5=26e3*2*pi;Ws5=30e3*2*pi;n5,Wn5=buttord(Wp5,Ws5,Rp,Rs,s);b5,a5=butter(n5,Wn5,s);freqs(b5,a5);5.3.2.2 分频器初始化参数synM = 2; % frequency division ratio 频率变小s

8、ynN = 1; % frequency division ratio 频率变大synFr = 30e6; % reference frequencysynFq = synFr; % quiescent frequencysynSen = 40e6; % VCO sensitivity5.3.3 仿真波形图及分析（显示时域、频域幅度、频域相位）图7 power spectrum density 1波形图8 power spectrum density 2波形图9 power spectrum density 3波形图10 power spectrum density 4波形图11 power

9、spectrum density 5波形图12 power spectrum density 7波形图13 power spectrum density 8波形图14 power spectrum density 9波形图15 power spectrum density 10波形图16 power spectrum density 11波形图17 power spectrum density 12波形（还原的信号波形）6. 硬件电路设计6.1 频率生成器作为基准的60kHz方波是由一个555电路产生的，采用了晶体振荡器，如图七。为占空比，为输出频率。根据以上公式，选取，构成频率发生器。图18

10、 产生60KHz方波图19 利用4022产生12KHz和4KHz方波图20 利用4046合成64KHz方波6.2 加法器采用同相加法器构成。因此=300。图21 实现三路加法的加法器因此=150。图22 实现五路加法的加法器6.3 四二线转换器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23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24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23 线圈等效原理图图24

11、 四二线转换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600。具体电路如图17所示。图25 四二线转换电路6.4 功率放大器由可得发送端放大电路如下图十三：图26 发送端放大电路由可得接收端放大电路如下图十四：图27 接收端放大电路6.5 调制电路图28 调制电路图(balanced modulator)6.6 解调电路图29 解调电路图(product detector)7. 设计性能指标分析7.1 功率分析系统要求满载条件下，信号功率不低于总功率的90%。根据给定指标

12、,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。在四二线转换中,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。由于每路信号总电压衰减了1/8,所以每路信号总功率就衰减了1/82。输入功率为0.1mw,到线路端时,只有：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。同样,在接收端,经过信号处理,信号也被衰

13、减,要达到输出功率为0.1mw,也要加放大器对接收信号行放大，以满足设计指标。7.2 载波同步分析在发射端，我们使用同一晶振，通过多个MC145151-2芯片合成了不同频率的本振信号以及60KHz的导频信号。这些信号满足同步性要求。在接收端，通过带通滤波器和由HEF4046构成的锁相环，提取到导频信号。并经过分频计数器，合成与发送端同频同相的相干载波。7.3 归一化过渡带分析用滤波法产生单边带信号时，在上、下边带间隔已经确定的情况下，关键是滤波器能否实现、由滤波器知识可知，实现滤波器的难易以程度和过渡带与工作频率之间的相对值有密切关系。给单边带滤波器定义一个归一化值。过渡带相对于载频的归一化值

14、计算方法如下式:式中为滤波器的过渡带，为单边带信号的载频。归一化值反映了滤波器衰减特性的陡峭程度。归一化值越小，滤波器越难以实现。一般要求此值不低于103。如果提高，则要求加宽。一般的调制信号都具有丰富的低频成分，经调制后得到的双边带信号的上、下边带之间的间隔很窄。模拟电话信号的最低频率为300Hz，经过双边带调制后，上、下边带之间的间隔仅有600Hz，这个间隔应是单边带滤波器的过渡带。要求在这样窄的过渡带内阻带衰减上升到40dB以上，才能有效的抑制一个无用的边带。这就使滤波器的设计和制作很困难，有时甚至难以实现。为此，在工程中往往采用多级频率搬移和多级滤波的方法，简称多级滤波法。设调制信号的

15、最低频率为，第一级调制后上、下边带的间隔，第一级滤波后得到上边带信号。通常，这样第二级调制后上、下边带的间隔为 此时的频率间隔取决于载频。通常是指定的，合理选择、便可设计出合适的单边带信号调制器。本系统中，采用二次调制。第一次用：12KHz,16KHz,20KHz调制形成前群。按调制载波最高频率计算,，即3第二次用84、96、108、120KHz调制,按最高载频120KHz计算,此设计即满足系统对归一化过渡带的要求。7.4 接口阻抗分析根据系统要求，各模块间要实现600的阻抗匹配。现以加法器为例加以分析：如图18所示， /=150，=150，输入端阻抗匹配，且各路信号输入阻抗为600。对于输出端， =600.。符合接口阻抗要求。其余模块分析类似。8. 总结和心得体会1. 通过这次综合，我从整个系统的角度认识了通信电路的组成和各个模块以及功能。复习和巩固了通信原理、模拟电路、数字电路、通信射频电路等课程的内容和知识。2. 在完成仿真的过程中，学习了SIMULINK.。初次接触SIMULINK，我遇到了一定的困难，但是在逐步的学习中，我掌握了其一些入门级的使用方法，为我今后的学习打开了大门。3. 学习Protel做电路图，在各种书籍和网上搜索需要用到电路元器件以及它们的用法等等。