电子科技大学 综合课程设计 频分复用.docx
《电子科技大学 综合课程设计 频分复用.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《电子科技大学 综合课程设计 频分复用.docx（23页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
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3
2.设计目的3
3.设计原理3
4.设计指标3
5.系统总体设计4
5.1系统设计思路4
5.2系统框图4
5.3系统仿真5
6.硬件电路设计14
6.1频率生成器14
6.2加法器16
6.3四二线转换器17
6.4功率放大器18
6.5调制电路19
6.6解调电路20
7.设计性能指标分析20
7.1功率分析21
7.2载波同步分析21
7.3归一化过渡带分析21
7.4接口阻抗分析22
8.总结和心得体会22
1.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：
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。
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60KHz～156KHz。
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
5.3.1Simulink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12KHzbandpass1，bandpass5
Wp1=[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16KHzbandpass2，bandpass6
Wp2=[18e3,20e3]*2*pi;
Ws2=[17e3,21e3]*2*pi;
[n2,Wn2]=buttord（Wp2,Ws2,Rp,Rs,'s'）;
[b2,a2]=butter（n2,Wn2,'s'）;
%freqs（b2,a2）;
%调制20KHzbandpass3，bandpass7
Wp3=[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132KHzbandpass0
Wp0=[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）;
%解调84KHZbandpass4
Wp4=[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lowpass1
Wp5=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;%frequencydivisionratio频率变小
synN=1;%frequencydivisionratio频率变大
synFr=30e6;%referencefrequency
synFq=synFr;%quiescentfrequency
synSen=40e6;%VCOsensitivity
5.3.3仿真波形图及分析（显示时域、频域幅度、频域相位）
图7powerspectrumdensity1波形
图8powerspectrumdensity2波形
图9powerspectrumdensity3波形
图10powerspectrumdensity4波形
图11powerspectrumdensity5波形
图12powerspectrumdensity7波形
图13powerspectrumdensity8波形
图14powerspectrumdensity9波形
图15powerspectrumdensity10波形
图16powerspectrumdensity11波形
图17powerspectrumdensity12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600Ω。
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（balancedmodulator）
6.6解调电路
图29解调电路图（productdetector）
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,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10－3。
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600Ω的阻抗匹配。
现以加法器为例加以分析：
如图18所示，
//
//
//
=150Ω，
=150Ω，输入端阻抗匹配，且各路信号输入阻抗为600Ω。
对于输出端，
=600Ω.。
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。
升级会员 