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 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CH1CH12Cm2CH1频分复用原理框图【频分复用原理】在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽 得多。
如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道 的带宽，就可以采用频分复用的方法在频分复用系统中，信道的可用频带 被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输系统原理如 图2所示以线性调制信号的频分复用为例在图 2中设有n路基带信号,频分复用系统组成方框图为了限制已调信号的带宽，各路信号首先由低通滤波器进行限带， 限带后的信号 分别对不同频率的载波进行线性调制， 形成频率不同的已调信号为了避免已调 信号的频谱交叠，各路已调信号由带通滤波器进行限带， 相加形成频分复用信号 后送往信道传输在接收端首先用带通滤波器将多路信号分开， 各路信号由各自 的解调器进行解调，再经低通滤波器滤波，恢复为调制信号发送端由于消息信号往往不是严格的限带信号，因而在发送端各路消息首先经过低通滤波，以便限制各路信号的最高频率 ，为了分析问题的方便，这里我 们假设各路的调制信号频率fm都相等然后对各路信号进行线性调制，各路 调制器的载波频率不同在选择载频时，应考虑到边带频谱的宽度，同时， 还应考虑到传输过程中邻路信号的相互干扰，以及带通滤波器制作的困难程 度因此在选择各路载波信号的频率时，在保证各路信号的带宽以外，还应 留有一定的防护间隔，一般要求相邻载波之间的间隔为B 二 Bs Bg式中Bs为已调信号的带宽，Bg为防卫间隔。
接收端在频分复用系统的接收端，首先用带通滤波器 （BPF）来区分各路信号的 频谱,然后,通过各自的相干 解调器解调，再经低通滤波后输出，便可恢复各 路的调制信号频分多路复用的特点】频分多路复用系统的优点：信道复用率高，允许复用的路数多，分路方便，因此，频分多路复用是目 前模拟通信中常采用的一种复用方式，特别是在有线和微波通信系统中应用 十分广泛频分多路复用中的主要问题：缺点是设备复杂，不仅需要大量的调制、解调器和带通滤波器，而且还 要求接收端提供相干载波此外，由于在传输过程中的非线性失真，在频分 复用中不可避免的地会产生路际信号之间的相互干扰，即串扰弓I起串扰的 主要原因是滤波器特性不够理想和信道中的非线性特性造成的已调信号频谱 的展宽调制非线性所造成的串扰可以部分地由发送带通滤波器消除，因而 在频分多路复用系统中对系统线性的要求很高其频谱结构如图 3所示合理选择载波频率fcl、fc2、…、fen，并在各路已调信号频谱之间留有 一定的保护间隔，也是减小 串扰的有效措施邻路间的保护频带fg越大，则在邻路信号干扰指标相同的情况下，对带通滤波器的技术指标的要求就可以放宽一些 ，但这时占用的总的频带就要加宽，这对提高信道复用率不利。
因此，实际中，通常提高带通滤波器的技 术指标，尽量减小邻路间的保护频带 fg各路已调信号相加送入信道之前， 为了免它们的频谱重叠，还要经过带通滤波器在信道中传送的 n路信号的总的频带宽度最小应等于：Bn=nfm+( n-1) f g=( n-1)(fm+ fg)+ fm=( n-1)Bl+fm式中Bi= fm+ fg,它是一路信号占用的带宽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〜3400Hz2 •电缆传输频带：60KHZ〜156KHZ3 •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 Q,电缆上信号总功率（传输频带内的最大功率） 不大于1mW5 •语音通信接口采用4线制全双工6 •音频端接口阻抗600Q，标称输入输出功率为0.1mW7•滤波器指标：规一化过渡带1%,特征阻抗600Q,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（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，解调接收信号系统框图12KHZ> SSB-i侯 BPF]»相加」> SSEBPF16KHZ滤出导频r＞锁相〕环20KHZ相加* SSE* BPF96KHZ相加＞信道 BPF” BPFf1(t)f 相加* SSEf BPFBPF>相干解 ——►f2(t)84KHZ108KHZ信道滤波器卜相加• SSET BPF」120加入导频系统框图(2)系统仿真Simulink仿真电路(仿真前三路电路)12KHZ口 power spectrum density 2AddlCair onDedde^l1；Ln m 二 X ―►E帕血毗 pwErspadtimm新 d9nslt/i0解调部分simulink 电路图*IT 311jEdceofriE^耶臨：fM-spe^jrdensiHidouble J解调模块中分频器子模块电路图^doubleIn1Out1double分频器子模块中正弦波变方波子模块电路图其中咼斯白噪声信道参数为Varia nce=0.25第2路信号原始信号:0.50■0.50.0220.0240.0260.0280.020.03Time offset: 0第2路发送信号2000Hz第2路接收信号:5 I _ i I i 10.02 0.022 0 024 0.026 0.028 0.03ime offset: 0第2路接收信号2000Hz6. 硬件电路设计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。
q为占空比， 频率发生器i0.7C(R 2R2)=f;Ri R2 q -Ri 2R2为输出频率根据以上公式，选取 Ri， R2，C构成加法器采用同相加法器构成Rp = Rs1 〃 Rs2 〃 Rs3 ；Rf Rp Rf Rp Rf Rp(1 =(1 =(1」)一^ =1R Rs1 Rl Rs2 R Rs3因此 R|=300Rp = Ri 〃 RRRRs3 〃 s4 // s5;（1巴）空=（1电）R =（i电）0=（1巴）色=（i电）色=1 R Rsi R Rs2 Ri Rs3 R Rs4 R Rs5因此R=150四二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,这就需要进行四一一二线转换四一一二线转换原理图如图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垃射机一 r图7四一二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8四一二线转换电路功率放大器R由Av=1卡=5可得发送端放大电路如下图十三:R由Av =1 f =7可得接收端放大电路如下图十四:调制电路IK51K10K解调电路Vc:+12Vdcc>i _IK3Z39K3.9Kd.8K1T5BIAS OUT+CARR IN- OUT-CARR IN*G ADJG ADJSIG IN SIG [N+61F耳信号輸L891>7131K24—1。