频分复用系统设计说明书

1、综合课程设计报告电子科技大学通信学院综合课程设计报告传输专题设计（频分复用）第 1 页 共 13 页综合课程设计报告【设计名称】传输专题设计（频分复用）【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

2、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【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。第 2 页 共 13 页综合课程设计报告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0.1mW。7滤波器指

3、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。【系统总体设计】以下为设计思想的构图波频率、信号功率、滤波器指标 信号功率、滤波器指标 相干解调择需考虑导频的插入与提取系统的简略介绍及如何达到各项指标：（1）该系统为全双工，所以96KHz的带宽要容纳24路信号，为充分利用频带，每路话音信号取4KHz作为标准频带。（2）因归一化过渡带的指标为1%，使用一级调制无法满足，所以采用两级调制，每3路组成一个前群，共四个前群，每组的3路信号分别用12KHz,16KHz,20KHz的载频进行调制,取上边带；四个前群分别用

4、84KHz,96KHz,108KHz,120KHz载频进行二次调制,取下边带。具体分析见下文中两级调制部分。（3）信号调制方式采用的是抑制载波的方式，而采用的是相干解调，所以在解调时要得到载波的频率，所以信号在传输前要插入导频，解调前先需提取导频。（4）在指标的要求中包含了对信号功率的一些要求，所以传输系统的某些特定部位需要使用到放大器。（5）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。（6）本系统实现的是多路信号同时传输，所以加法器也不可少。总结：在该系统中我们所需要使用到的电路有载波产生电路、信号调制电路、加法器电路、导频插入与提取电

5、路、四二/二四转换电路、放大器电路、解调电路。第 3 页 共 13 页综合课程设计报告以下以12路调制信号中的一路为例，给出其调制解调系统具体设计框图。图2 12路调制解调系统的总体设计框图两级调制方案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3为两级单边带调制的复用系统。第 4 页 共 13 页综合课程设计报告图3 两级单边带调制的复用系统图3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

6、信号加在一起,合成一个前群,前群的频率为12KHz 24KHz。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4所示。图4 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, 将基群调制 108KHz156KHz的频段上。频谱搬移过程如图5所示。第 5 页 共 13 页综合课程设计报告241032=0.2312010图5 形成

7、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。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。而且一次调制的方式不能达到归一化过渡带给定的指标，所以必需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=600=0.0332010, 即3% 。第二次用84、96 、 108 、 120KHz调制,按最高载频120KHz计算, 即3f=24102 ，fc2=12

8、0103 ，则完全能够满足设计给定的归一化过渡带指标。【单元电路】1.调制载波的产生第 6 页 共 13 页综合课程设计报告首先使用改进型电容三点式正弦振荡器电路，产生4KHZ的正弦波，做为正弦基准信号。然后采用锁相环技术，将基波信号合成为所需要的载波，下图即为用锁相式频率合成器的方法产生载频信号，通过改变N的值即可得到，各载波信号的频率。2.信号的调制调制采用两输入的乘法器模块即可完成。电路如下图所示：第 7 页 共 13 页综合课程设计报告调制采用以上方法产生所有一次群的各路组成信号后，在组合一次群与二次群时都需要用到加法器产生一次群的三输入加法器如下。产生二次群的四输入加法器如下。第 8

9、 页 共 13 页综合课程设计报告3.滤波器指标首先，发送端各路信号要经过一个低通滤波器，以限制各路信号的最高频率，本系统中所使用的低通滤波器的截止频率为4KHz。为了节省频带，本系统采用了单边带调制，用滤波器产生单边带信号时，一次群滤波器都为带通滤波器（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），通带为一次载频加4KHZ；二次群滤波器都为高通通带波器（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），通带为二次载频减4KHZ；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

10、，阻带衰耗40dB（功率衰耗），中心频率为单边带调制的载频频率，带宽为4KHZ。4.四二/二四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7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6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。第 9 页 共 13 页综合课程设计报告图6 线圈等效原理图图7 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

11、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8所示。图8 四二线转换电路5.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即可。第 10 页 共 13 页综合课程设计报告图9 加入导频加

12、法器6.输入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:U2P R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1/82。例:输入功率为0.1mw,到线路端时,只有：0.1/64mw 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 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.电路如下图：图10 发送端放大电路7.导频的提取和相干信号的产生提取导频前先通过一个家窄带滤波器，中心频率80KHZ。再用565锁相环（PLL）提取。第 11 页 共 13 页综合课程设计报告图11 565(PLL)构成的频率解调器提取导频后，用与载频产生相同的频率合成及分频的方法来产生相干解调信号，信号从60KHZ起一次增加4KHZ。8.相干解调每一路解调前先通过一带通滤波器器，中心频率从62KHZ起，递增4KHZ，带宽4KHZ。然后与产生的解调信