實(shí)驗(yàn)六基于simulink的時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)的仿真

1、數(shù)據(jù)通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告 實(shí)驗(yàn)題目： 基于simulink的時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)的仿真 專業(yè)班級(jí)： 信息工程2班 姓名學(xué)號(hào)： 趙星敏 201342351 李明陽(yáng)201342300 指導(dǎo)教師： 劉鈺 1 / 16實(shí)驗(yàn)六 基于simulink的時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)的仿真一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 掌握時(shí)分復(fù)用的概念；2、 理解時(shí)分復(fù)用的原理及簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方法；3、 進(jìn)一步熟悉simulink在通信系統(tǒng)中的使用2、 實(shí)驗(yàn)原理抽樣定理：一個(gè)頻帶限制在0到fm以內(nèi)的低通模擬信號(hào)x(t),可以用時(shí)間上離散的抽樣值來(lái)傳輸，抽樣值中包含有x(t)的全部信息。當(dāng)抽樣頻率fs2fm時(shí)，可以從已抽樣的輸出信號(hào)中用一個(gè)帶寬為fmBfsfm的理

2、想低通濾波器不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的。抽樣定理使連續(xù)(模擬)的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在單路抽樣信號(hào)在時(shí)間上離散的脈沖間留出很大的空隙。因此，可以在空隙中插入若干路其他抽樣信號(hào)，只要各路抽樣信號(hào)在時(shí)間上不重疊并且能區(qū)分開(kāi)，那么一個(gè)信道就可以能同時(shí)傳輸多路信號(hào)，達(dá)到多路復(fù)用的目的。這種多路復(fù)用技術(shù)稱為時(shí)分多路復(fù)用，圖6-1為基帶信號(hào)的時(shí)分復(fù)用原理框圖。圖6-1 基帶信號(hào)時(shí)分復(fù)用原理假設(shè)有N路PCM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用，系統(tǒng)框圖及波形如圖6-2和圖6-3所示。各路信號(hào)首先通過(guò)相應(yīng)的低通濾波器使之變?yōu)閹Ь€信號(hào)

3、，然后送到抽樣電子開(kāi)關(guān)，電子開(kāi)關(guān)每Ts秒將各路信號(hào)依次抽樣一次，這樣N個(gè)樣值按先后順序錯(cuò)開(kāi)插入抽樣間隔Ts，之內(nèi)，最后得到的復(fù)用信號(hào)是N個(gè)抽樣信號(hào)之和，其波形如圖6-3所示。各路信號(hào)脈沖間隔為Ts，各路復(fù)用信號(hào)脈沖的間隔為Ts / N。由各個(gè)消息構(gòu)成單一抽樣的一組脈沖叫做一幀，一幀中相鄰兩個(gè)脈沖之間的時(shí)間間隔叫做時(shí)隙，未被抽樣脈沖占用的時(shí)隙叫做保護(hù)時(shí)間。圖6-2 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)框圖圖6-3 時(shí)分復(fù)用波形 （a）第一路波形 （b）第二路波形 （c）第三路波形 （d）合成波形 在接收端，合成的多路復(fù)用信號(hào)由與發(fā)送端同步的分路轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)區(qū)分不同路的信號(hào)，把各路信號(hào)的抽樣脈沖序列分離出來(lái)，再用低通濾波器恢

4、復(fù)各路所用的信號(hào)。多路復(fù)用信號(hào)可以直接送到某些信道傳輸，或者經(jīng)過(guò)調(diào)制變換成適合于某些信道傳輸?shù)男问皆谶M(jìn)行傳輸。傳輸接收端的任務(wù)是將接收到的信號(hào)經(jīng)過(guò)解調(diào)或經(jīng)過(guò)適當(dāng)?shù)姆醋儞Q后恢復(fù)出原始多路信號(hào)。時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號(hào)的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡(jiǎn)單、可靠；二是時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對(duì)非線性失真的要求比較低。然而，時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)信道中時(shí)鐘相位抖動(dòng)及接收端與發(fā)送端的時(shí)鐘同步問(wèn)題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識(shí)別各路序號(hào)。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號(hào)（即幀同步信號(hào)）。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。在實(shí)際通信系統(tǒng)中還必須傳遞信令以建立通信連接，如

5、傳送電話通信中的占線、摘機(jī)與掛機(jī)信號(hào)以及振鈴信號(hào)等信令。上述所有信號(hào)都是時(shí)間分割，按某種固定方式排列起來(lái)，稱為幀結(jié)構(gòu)。如圖6-4所示。圖6-4 時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)采用時(shí)分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國(guó)際上已逐步建立其標(biāo)準(zhǔn)。原則上是把一定路數(shù)電話語(yǔ)音復(fù)合成一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流（稱為基群），然后再把基群數(shù)據(jù)流采用同步或準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接技術(shù)，匯合成更高速的數(shù)據(jù)信號(hào)，復(fù)接后的序列中按傳輸速率不同，分別成為一次群、二次群、三次群、四次群等等。3、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容根據(jù)同步時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)原理，在熟悉Simulink仿真軟件的基礎(chǔ)上，可搭建系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)框圖如圖6-5和圖6-6所示。圖6-5 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)結(jié)構(gòu)框圖圖6-6 Subsys

6、tem/Subsystem1結(jié)構(gòu)框圖結(jié)構(gòu)框圖中用到的模塊有：三種輸入信號(hào)形成模塊：Pulse Generator方波信號(hào)形成器、Repeating Sequence鋸齒波序列形成模塊、Sine Wave正弦波形成模塊；復(fù)用端的復(fù)用子系統(tǒng)Subsystem和解復(fù)用端的解復(fù)用子系統(tǒng)Subsystem1；信號(hào)合成模塊Merge；輸出測(cè)試使用的示波器模塊：Scope。其中的復(fù)用子系統(tǒng)和解復(fù)用子系統(tǒng)相同，其中用到的模塊有：Pulse Generator：方波信號(hào)形成器；Zero-Order Hold：零階保持器；Integer Delay：整數(shù)延遲單元；Enabled Subsystem：使能子系統(tǒng)；S

7、cope：示波器模塊。仿真參數(shù)設(shè)置：系統(tǒng)框圖各輸入信號(hào)參數(shù)設(shè)置如圖6-7到圖6-9所示。采用幅度為3，周期為2s，無(wú)相位延遲的方波分別作為第1路輸入信號(hào)。Pulse Generator方波信號(hào)形成器具體設(shè)置如圖6-7所示。圖6-7 方波參數(shù)設(shè)置采用幅度為3 ，角頻率為（周期為2s）的正弦波作為第2路和第4路輸入信號(hào)。Sine Wave正弦波形成模塊具體設(shè)置如圖6-8所示。圖6-8 正弦波參數(shù)設(shè)置采用周期為1s的鋸齒波作為第三路輸入信號(hào)。Repeating Sequence鋸齒波序列形成模塊具體設(shè)置如圖6-9所示。圖6-9 鋸齒波參數(shù)設(shè)置Subsystem系統(tǒng)中各參數(shù)設(shè)置如圖6-10到圖6-14

8、所示。使用幅度為3周期為0.1的矩形脈沖控制按時(shí)間抽取的“高速開(kāi)關(guān)”的旋轉(zhuǎn)。 Pulse Generator方波信號(hào)形成器具體設(shè)置如圖6-10所示。 圖6-10 控制信號(hào)參數(shù)設(shè)置使用零階保持器來(lái)實(shí)現(xiàn)時(shí)隙分配過(guò)程中的同步。其采樣時(shí)間設(shè)置為0.1/4。Zero-Order Hold零階保持器具體設(shè)置如圖6-11所示。 圖6-11 零階保持器的參數(shù)設(shè)置單位延遲器，采樣周期為缺省值，Subsystem/Subsystem1中有四路輸入，第一路不做任何處理，對(duì)其他三路分別進(jìn)行相對(duì)于前一路的單位延遲，即第二路延遲一個(gè)單位，第三路延遲二個(gè)單位，第四路延遲三個(gè)單位。利用這種輸入信號(hào)在時(shí)間軸上相對(duì)位置的變化，可

9、以實(shí)現(xiàn)對(duì)四路信號(hào)的分離，即時(shí)隙分配。Integer Delay整數(shù)延遲單元具體如圖6-12所示。Integer Delay：Integer Delay1：Integer Delay2：圖6-12 延遲器的參數(shù)設(shè)置使能子系統(tǒng)Enabled Subsystem結(jié)構(gòu)圖如圖6-13所示。圖6-13 使能子系統(tǒng)結(jié)構(gòu)示意圖其中Enable參數(shù)設(shè)置如圖6-14所示。圖6-14 使能子系統(tǒng)及參數(shù)確定Enable的作用就是使在系統(tǒng)控制信號(hào)的控制之下（本系統(tǒng)中為方波信號(hào)），子系統(tǒng)可以自行啟動(dòng)，不必再另行調(diào)用。系統(tǒng)的合成器Merge參數(shù)設(shè)置如圖6-15所示。圖 6-15 合成器Merge的參數(shù)設(shè)置示波器Scope接

10、到輸入端，示波器Scope1接到復(fù)用端，示波器Scope2接到解復(fù)用端。設(shè)置過(guò)程略。系統(tǒng)過(guò)程描述：在左側(cè)輸入端輸入包括方波、正弦波及鋸齒波的四路信號(hào)（可以認(rèn)為周期相同，都是2s），經(jīng)過(guò)Subsystem（結(jié)構(gòu)圖如圖6-6所示）在脈沖控制下（窄脈沖，周期為0.1s,占空比為25%，滿足抽樣定理）實(shí)現(xiàn)對(duì)左側(cè)輸入信號(hào)按時(shí)間依次進(jìn)行抽取。合并器Merge的功能是將在不同時(shí)隙抽取的信號(hào)合并成一路向量信號(hào)并由示波器輸出該復(fù)用波形。Subsystem1結(jié)構(gòu)同Subsystem，實(shí)現(xiàn)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)原理框圖（如圖6-6所示）中高速開(kāi)關(guān)的作用，即在接收端將經(jīng)合并器Merge以后的復(fù)用信號(hào)以按時(shí)間抽取的方式分離成原始

11、的四路信號(hào)。4、 實(shí)驗(yàn)結(jié)果五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果分析示波器1 接在仿真框圖的輸入端部分，其輸出波形為包括方波、鋸齒波和正弦波在內(nèi)的四路原始輸入信號(hào)。示波器2接在仿真框圖的復(fù)用端，其輸出波形為經(jīng)過(guò)時(shí)間采樣并由合成器合成以后的服用波形。示波器3 接在仿真框圖的輸出端，即解復(fù)用端，其輸出波形為對(duì)復(fù)用波形進(jìn)行按時(shí)間抽取采樣分離以后的解復(fù)用信號(hào)。 仔細(xì)對(duì)比示波器1和示波器2的輸出波形。可以看出示波器2的輪廓包含示波器1中的方波、鋸齒波和正弦波?？梢缘贸鲈诮?jīng)過(guò)Subsystem采樣Merge合成以后，示波器2的輸出波形就是將輸入波形按照時(shí)隙分配復(fù)用原則復(fù)用以后的波形。 對(duì)比示波器1和示波器3的輸出波形?？梢钥闯鰞烧咧g波形總體來(lái)說(shuō)基本一致略有失真，究其原因就是在復(fù)用和解復(fù)用中可能有混入的無(wú)關(guān)量，造成了干擾。針對(duì)此情況，在輸出端分別加入了低通濾波器和數(shù)字濾波器，減小了干擾量的影響，但相比示波器1 輸入波形還是存在一定程度上的失真。六、實(shí)驗(yàn)總結(jié)這次課程設(shè)計(jì)的任務(wù)是利用Simulink仿真軟件進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用的系統(tǒng)仿真。時(shí)分多路復(fù)用是按傳輸信號(hào)的時(shí)間進(jìn)行分割的，它使不同的信號(hào)在不同的時(shí)間