電子科技大學頻分復用綜合課程設(shè)計

1、電子科技大學通信學院14頻分復用專題設(shè)計指導書頻分復用專題設(shè)計傳輸專題設(shè)計（頻分復用）要求學生獨立應用所學知識，對通信系統(tǒng)中的典型部件電路進行方案設(shè)計、 分析制作與調(diào)測電路。通過本專題設(shè)計，掌握頻分復用的原理，熟悉簡單復用系 統(tǒng)的設(shè)計方法。若干路信息在同一信道中傳輸稱為多路復用。由于在一個信道傳輸多路信號 而互不干擾，因此可提高信道的利用率。按復用方式的不同可分為：頻分復用 （FDM）和時分復用（TDM）兩類。頻分復用是按頻率分割多路信號的方法，即將信道的可用頻帶分成若干互不 交疊的頻段，每路信號占據(jù)其中的一個頻段。在接收端用適當?shù)臑V波器將多路信 號分開，分別進行解調(diào)和終端處理。時分復用是按時

2、間分割多路信號的方法，即 將信道的可用時間分成若干順序排列的時隙， 每路信號占據(jù)其中一個時隙。在接 收端用時序電路將多路信號分開，分別進行解調(diào)和終端處理。頻分復用原理框圖 如圖1所示。圖中給從的是一個12路調(diào)制、解調(diào)系統(tǒng)框圖。CH1CH12CH12CH1頻分復用原理框圖【頻分復用原理】LPF砂1 hCTF2|LPFP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 得多。如果一個信道只傳送一路信號是非常浪費的，為了能夠充分利用信道 的帶寬，就可以采用頻分復用的方法。在頻分復用系統(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

3、性調(diào)制信號的頻分復用為例。在圖 2中設(shè)有n路基帶信號,»LPF>1LPF:他2:BPF3LPF頻分復用系統(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行限帶， 限帶后的信號 分別對不同頻率的載波進行線性調(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行限帶， 相加形成頻分復用信號 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)器進行解調(diào)，再經(jīng)低通濾波器濾波，恢復為調(diào)制信號。發(fā)送端由于消息信號往往不是嚴格的限帶信號，因而在發(fā)送端各路消息首先經(jīng) 過低通濾波，以便限制各路信號的最高頻率 ，為了分

4、析問題的方便，這里我 們假設(shè)各路的調(diào)制信號頻率fm都相等。然后對各路信號進行線性調(diào)制，各路 調(diào)制器的載波頻率不同。在選擇載頻時，應考慮到邊帶頻譜的寬度，同時， 還應考慮到傳輸過程中鄰路信號的相互干擾，以及帶通濾波器制作的困難程 度。因此在選擇各路載波信號的頻率時，在保證各路信號的帶寬以外，還應 留有一定的防護間隔，一般要求相鄰載波之間的間隔為AB = Bs + Bg式中Bs為已調(diào)信號的帶寬，Bg為防衛(wèi)間隔。接收端在頻分復用系統(tǒng)的接收端，首先用帶通濾波器 （BP F）來區(qū)分各路信號的 頻譜,然后,通過各自的相干 解調(diào)器解調(diào)，再經(jīng)低通濾波后輸出，便可恢復各 路的調(diào)制信號。【頻分多路復用的特點】頻分

5、多路復用系統(tǒng)的優(yōu)點：信道復用率高，允許復用的路數(shù)多，分路方便，因此，頻分多路復用是目 前模擬通信中常采用的一種復用方式，特別是在有線和微波通信系統(tǒng)中應用 十分廣泛。頻分多路復用中的主要問題：3所示。缺點是設(shè)備復雜，不僅需要大量的調(diào)制、解調(diào)器和帶通濾波器，而且還 要求接收端提供相干載波。此外，由于在傳輸過程中的非線性失真，在頻分 復用中不可避免的地會產(chǎn)生路際信號之間的相互干擾，即串擾。弓I起串擾的 主要原因是濾波器特性不夠理想和信道中的非線性特性造成的已調(diào)信號頻譜 的展寬。調(diào)制非線性所造成的串擾可以部分地由發(fā)送帶通濾波器消除，因而 在頻分多路復用系統(tǒng)中對系統(tǒng)線性的要求很高。其頻譜結(jié)構(gòu)如圖合理選擇

6、載波頻率fc1、fc2、fen，并在各路已調(diào)信號頻譜之間留有 一定的保護間隔，也是減小串擾的有效措施。鄰路間的保護頻帶fg越大，則在鄰路信號干擾指標相同的情況下，對 帶通濾波器的技術(shù)指標的要求就可以放寬一些 ，但這時占用的總的頻帶就要 加寬，這對提高信道復用率不利。因此，實際中，通常提高帶通濾波器的技 術(shù)指標，盡量減小鄰路間的保護頻帶 fg。各路已調(diào)信號相加送入信道之前， 為了免它們的頻譜重疊，還要經(jīng)過帶通濾波器。在信道中傳送的n路信號的總的頻帶寬度最小應等于：Bn=nfm+( n-1) fg=( n-1)(fm+ fg)+ fm=( n-1)Bl+fm式中Bl= fm+ fg,它是一路信號占

7、用的帶寬。4. 設(shè)計指標設(shè)計一個頻分復用調(diào)制系統(tǒng)，將 12路語音信號調(diào)制到電纜上進行傳輸，其 傳輸技術(shù)指標如下：300Hz 3400Hz。1. 語音信號頻帶：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%。4. 電纜傳輸端阻抗600 Q,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，標稱輸入輸出功率為0.1mW。7. 濾波器指標：規(guī)一化過渡帶1%，特征阻抗600Q，通帶衰耗1dB,阻帶 衰耗40dB （功率衰耗），截止頻率（設(shè)計者定）。&系統(tǒng)電源：直流24V單電

8、源。5. 系統(tǒng)總體設(shè)計（1）系統(tǒng)設(shè)計思路通過二次調(diào)制，將語音信號調(diào)制到60KHZ156KHZ。加入84KHz正交導頻, 便于在接收端相干解調(diào)。在接收的過程中，先濾出導頻，并用鎖相環(huán)對其進行分 頻，作為各解調(diào)電路的相干載波，解調(diào)接收信號。系統(tǒng)框圖券 SSbM BPF12KHZf駕 SSB* BPFd 相力，SS判 BPF：16KHZf3(t)一 SSB* BPHl20KHZ84KHZ相加* SSBPF濾出導頻I96KHZT 相加+ SSET BPF信道BP昇BP札!分頻器J f1(t)相干解 f2(t)- BPF108KHZ信道濾波器J相加 SSE丁 BPF120KHZ屮移相器n2加入導頻系統(tǒng)框

9、圖(2)系統(tǒng)仿真Simulink仿真電路(仿真前三路電路)Voice 1F_ y 3#KHz moduli 1 |/Carrier 112KHZ12K 鯛 bandpass 1sVoiced3.JKHZsCanrier216KH7HVoices3/iKzcanien20KH2butter5power spectrum density 1modulaaor 2 /、初也 tXJ" Z 儆調(diào)剖 bandpass 2V 譏込姑 /、moduljtor 32CIK調(diào)制bandpass 2butterba<idpss3hi>tanhanipssjiriMu曲口Garner&

10、4KHIbandpass 0調(diào)制部分simulink電路圖tu何XtaidtsE 1bullBrpoiversiec ceisitt;srspsiriSit/5 hancpassSbutlertOtfif諭j變Ipoer specfcrum density 2Addi9BhCarrier 1開KHzTransportDelsytnodusrorJtmin解調(diào)部分simulink電路圖Cl沏dM存Lj111Cudmtdul麗口 pnvfirspediLm1族脅儷溯mnflurarJ欣酬3RduCorJ應翩5iTdinonfUonT *.Jmcdulalor?酈龍；t：(iwe-Bpe:lrj(r

11、 tensiMII解調(diào)模塊中分頻器子模塊電路圖In1doubleI 0 I double分頻器子模塊中正弦波變方波子模塊電路圖 其中高斯白噪聲信道參數(shù)為Varia nce=0.25第2路信號原始信號:第2路發(fā)送信號2000Hz第2路接收信號:ON0.020.0220.0240.0260.0280 03time offset:第2路接收信號2000Hz6.硬件電路設(shè)計頻率生成器作為基準的 器，如圖七。60kHz方波是由一個555電路產(chǎn)生的,采用了晶體振蕩10.7C(R+2R2)=f ；q=3R1+2R2q為占空比, 頻率發(fā)生器。為輸出頻率。根據(jù)以上公式，選取RiR2，C構(gòu)成OLWQO5 -iiS

12、fJ工園no)曲出寸鏗4 ZHV寸矣ZHMZ刖忙220寸旺氣z®I - Fig畀SKnHg?L劃解蟲諂goteUHSKwftosl 匸SOS笞書)出館L鏗4 ZHy09刖忙L ®QNU:LsaHHI電尋AoO5HyAjSUDDl1K一26創(chuàng)KH兀輸沖.4KHZ輸入7409.13L953140.001LRF.1K1KAINPCPBINPCIVCI忖INHPC2C?ACBVCOUTRlR2SFZEN11341015111261404ES圖3利用4046合成64KHZ方波加法器采用同相加法器構(gòu)成。Rp = Rsl Rs2 / Rs3 ；RfRpRfRpRfRp（1+_L）_L =

13、（i+L）_L=（i+_L）_L=iRRsiRiRs2RRs3因此R=3OO。Rp = R；i RSRRRsa/ s4 / s5 ；RfRpRfRpRfRpRfRpRfRp(1 +)丄=(1+)丄=(1+)丄=(1 +)丄=(1+)=1RRs1RRs2R1RsaR1Rs4RRs5因此 R,=150。四二線轉(zhuǎn)換器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,這就需要進行四一一二線轉(zhuǎn)換。四一一二線轉(zhuǎn)換原理圖如圖23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 24所示?；旌暇€圈原理是一個平衡電

14、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。圖7四一二線轉(zhuǎn)換原理圖當電橋平衡時（4個電阻大小相等）,發(fā)端信號在收端A, B兩點產(chǎn)生的電位相 等,A到B間無電流流過，所以收端不會收到發(fā)端信號。而對發(fā)端和收端來說 ，輸入,輸出阻抗均為600?。具體電路如圖17所示。TWO 1丁WC 4二線_諾入/愉出A2AliRir601i-JL,1(JL-III'四叱輸出圖8四一二線轉(zhuǎn)換電路功率放大器Rf由2+可=5可得發(fā)送端放大電路如下圖十三:R由= 7可得接收端放大電路如下圖十四:調(diào)制電路0.1IK51KlOKIKVc：+12VclcI -SVdc圖1151K|解調(diào)電路8205】KI

15、K0.1K 才Z 1一 X1(0.1 劭邊帝信號輸入K3.9K3.9K|Ls_731 2BIASOUT+CARR IN- OUT-CARR IN+G ADJG ADJSIG INSIG IN+MC1596GtlO)51K調(diào)制電路圖(balaneed modulator)Vcc+12Vdc I已刪鋁輸岀lOKrr3K 0 Dtb731, 2100I58BIASOUT十CARR. IN- OUT- CARRIN-GADJGADJSIG IH-S1GIN+生咻(W)圖127.設(shè)計性能指標分析調(diào)信號輸出_ I D005解調(diào)電路圖(produet detector)功率分析系統(tǒng)要求滿載條件下，信號功率不

16、低于總功率的90%。根據(jù)給定指標，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。在四一二線轉(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：P 乂R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。由于每路信號總電壓衰 減了 1/8,所以每路信號總功率就衰減了 1/82。輸入功率為0.1mw,到線路端時，只 有：0.1 + 82mw = 0.001563mw而根據(jù)設(shè)計要求，線路上的信號總功率為0.9mw,分到每一路信號的功率為0.

17、9 子24mw = 0.0375mw要完成上述指標，必須將被衰減了的信號進行放大，以滿足設(shè)計要求。同樣，在 接收端，經(jīng)過信號處理，信號也被衰減，要達到輸出功率為0.1mw,也要加放大器對 接收信號行放大，以滿足設(shè)計指標。載波同步分析在發(fā)射端，我們使用同一晶振，通過多個MC145151-2芯片合成了不同頻率 的本振信號以及60KHZ的導頻信號。這些信號滿足同步性要求。在接收端，通過帶通濾波器和由HEF4046構(gòu)成的鎖相環(huán)，提取到導頻信號。 并經(jīng)過分頻計數(shù)器，合成與發(fā)送端同頻同相的相干載波。歸一化過渡帶分析用濾波法產(chǎn)生單邊帶信號時，在上、下邊帶間隔 AB已經(jīng)確定的情況下，關(guān) 鍵是濾波器能否實現(xiàn)、由

18、濾波器知識可知，實現(xiàn)濾波器的難易以程度和過渡帶與 工作頻率之間的相對值有密切關(guān)系。給單邊帶濾波器定義一個歸一化值。過渡帶 相對于載頻的歸一化值計算方法如下式：也fa =fc式中也f為濾波器的過渡帶，fc為單邊帶信號的載頻。歸一化值反映了濾波器衰減特性的陡峭程度。歸一化值越小，濾波器越難以實現(xiàn)。一般要求此值不低于10 3。如果提高，則要求心B加寬。一般的調(diào)制信 號都具有豐富的低頻成分，經(jīng)調(diào)制后得到的雙邊帶信號的上、 下邊帶之間的間隔 很窄。模擬電話信號的最低頻率為 300Hz，經(jīng)過雙邊帶調(diào)制后，上、下邊帶之間 的間隔僅有600Hz，這個間隔應是單邊帶濾波器的過渡帶。 要求在這樣窄的過渡 帶內(nèi)阻帶衰減上升到40dB以上，才能有效的抑制一個無用的邊帶。這就使濾波 器的設(shè)計和制作很困難，有時甚至難以實現(xiàn)。為此，在工程中往往采用多級頻率 搬移和多級濾波的方法，簡稱多級濾波法。設(shè)調(diào)制信號的最低頻率為fL，第一級調(diào)制后上、下邊帶的間隔 AR二2 , 第一級濾波后得到上邊帶信號。通常仁1 >>fL，這樣第二級調(diào)制后上、下邊帶的 間隔為B2 =2fc1 +2仁-2fc1此時的頻率間隔取決