時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)

1、.wd.wd.wd.山 東 輕 工 業(yè) 學(xué) 院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)學(xué)院 電子信息與控制工程學(xué)院 專業(yè) 通信工程 姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào)題目 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)主要內(nèi)容：綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的理論知識(shí)進(jìn)展信號(hào)的多路復(fù)用和解復(fù)用，從而加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，建設(shè)概念，加深理解抽取、插值、TDM等的綜合應(yīng)用。設(shè)計(jì)58路基帶信號(hào)帶寬一樣進(jìn)展TDM傳輸?shù)囊粋€(gè)系統(tǒng)，在接收端進(jìn)展解復(fù)用，恢復(fù)出原始的各路基帶信號(hào)。 基本要求1掌握多采樣率數(shù)字信號(hào)處理的 基本概念、 基本原理和 基本方法；掌握時(shí)分復(fù)用的原理及實(shí)現(xiàn)方法；掌握設(shè)計(jì)FIR和IIR數(shù)字濾波器的方法；2掌握TDM系統(tǒng)的原理及簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方法3設(shè)計(jì)出系統(tǒng)模塊圖，記

2、錄仿真結(jié)果；4對(duì)結(jié)果進(jìn)展分析，寫(xiě)出設(shè)計(jì)報(bào)告。主要參考資料1高西全，丁玉美. 數(shù)字信號(hào)處理(第三版). 西安電子科技大學(xué)出版社. 2009.012A.V.奧本海姆，R.W.謝弗. 離散時(shí)間數(shù)字信號(hào)處理.(第二版) . 西安交通大學(xué)出版社. 2004.093胡廣書(shū). 現(xiàn)代信號(hào)處理教程. 清華大學(xué)出版社.4matlab數(shù)字信號(hào)處理的相關(guān)資料5樊昌信. 通信原理. 國(guó)防工業(yè)出版社. 2008 完成期限：自 2012 年 6 月 28 日至 2010 年 7 月 13 日指導(dǎo)教師： 教研室主任： 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)摘要本通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練對(duì)MATLAB軟件以及Simulimk工具的特點(diǎn)及其應(yīng)用進(jìn)展了簡(jiǎn)單介紹

3、及說(shuō)明，詳細(xì)的介紹了時(shí)分多路系統(tǒng)的原理和所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，最后運(yùn)Simulink工具模塊搭建時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)，對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)展了仿真。關(guān)鍵詞：時(shí)分復(fù)用；MATLAB；simulink；系統(tǒng)仿真；目錄TOC o 1-3 h z uHYPERLINK l _Toc313982355摘要 PAGEREF _Toc313982355 h 1HYPERLINK l _Toc313982356目錄 PAGEREF _Toc313982356 h 1HYPERLINK l _Toc313982357第1章概述 PAGEREF _Toc313982357 h 2HYPERLINK l _Toc3139823581.1

4、 MATLAB概述 PAGEREF _Toc313982358 h 2HYPERLINK l _Toc3139823591.2 Simulink簡(jiǎn)介 PAGEREF _Toc313982359 h 2HYPERLINK l _Toc3139823602.1 時(shí)分復(fù)用 PAGEREF _Toc313982360 h 4HYPERLINK l _Toc3139823612.2 PAM編碼 PAGEREF _Toc313982361 h 4HYPERLINK l _Toc3139823622.3 時(shí)分解復(fù)用 PAGEREF _Toc313982362 h 5HYPERLINK l _Toc31398

5、23632.4 時(shí)分解復(fù)用中的同步技術(shù)原理 PAGEREF _Toc313982363 h 6HYPERLINK l _Toc3139823642.4.1 位同步 PAGEREF _Toc313982364 h 6HYPERLINK l _Toc3139823652.4.2 幀同步 PAGEREF _Toc313982365 h 6HYPERLINK l _Toc313982366第3章時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)及其建模 PAGEREF _Toc313982366 h 7HYPERLINK l _Toc3139823673.1時(shí)分復(fù)用原理完全建設(shè)在抽樣定理根基上 PAGEREF _Toc313982367

6、h 7HYPERLINK l _Toc3139823683.2 TDM系統(tǒng)組成及工作原理 PAGEREF _Toc313982368 h 8HYPERLINK l _Toc3139823693.3仿真模型建設(shè) PAGEREF _Toc313982369 h 8HYPERLINK l _Toc3139823703.4仿真結(jié)果及其分析 PAGEREF _Toc313982370 h 9HYPERLINK l _Toc313982371總結(jié) PAGEREF _Toc313982371 h 13HYPERLINK l _Toc313982372參考文獻(xiàn) PAGEREF _Toc313982372 h

7、14第1章 概述1.1 MATLAB概述MATLAB是由美國(guó)mathworks公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)展有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大程度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語(yǔ)言如C、Fortran的編輯模式，代表了當(dāng)今國(guó)際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。1.2 Simulink簡(jiǎn)介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無(wú)

8、需大量書(shū)寫(xiě)程序，而只需要通過(guò)簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink具有適應(yīng)面廣、構(gòu)造和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink。 Simulink應(yīng)用及特點(diǎn)Simulink®是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫(kù)來(lái)對(duì)其進(jìn)展設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。 構(gòu)架在Simulink根基

9、之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB 嚴(yán)密集成，可以直接訪問(wèn)MATLAB大量的工具來(lái)進(jìn)展算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創(chuàng)立、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。Simulink特點(diǎn)如下： (1)豐富的可擴(kuò)大的預(yù)定義模塊庫(kù)。 (2)交互式的圖形編輯器來(lái)組合和管理直觀的模塊圖。 (3)以設(shè)計(jì)功能的層次性來(lái)分割模型，實(shí)現(xiàn)對(duì)復(fù)雜設(shè)計(jì)的管理。 (4)通過(guò)Model Explorer 導(dǎo)航、創(chuàng)立、配置、搜索模型中的任意信號(hào)、參數(shù)、屬性，生成模型代碼。 (5)提供API用于與其他仿真程序的連接

10、或與手寫(xiě)代碼集成。 (6)使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統(tǒng)執(zhí)行中調(diào)用MATLAB算法。 (7)使用定步長(zhǎng)或變步長(zhǎng)運(yùn)行仿真，根據(jù)仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來(lái)決定以解釋性的方式運(yùn)行或以編譯C代碼的形式來(lái)運(yùn)行模型。 (8)圖形化的調(diào)試器和剖析器來(lái)檢查仿真結(jié)果，診斷設(shè)計(jì)的性能和異常行為。 (9)可訪問(wèn)MATLAB從而對(duì)結(jié)果進(jìn)展分析與可視化，定制建模環(huán)境，定義信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)。 (10)模型分析和診斷工具來(lái)保證模型的一致性，確定模型中的錯(cuò)誤。第2章 時(shí)分多路復(fù)用2.1 時(shí)分復(fù)用在實(shí)際的通信系統(tǒng)中，為了提高通

11、信系統(tǒng)的利用率，往往用多路通信的方式來(lái)傳輸信號(hào)。所謂多路通信，就是指把多個(gè)不同信源所發(fā)出的信號(hào)組合成一個(gè)群信號(hào)，并經(jīng)由同一信道進(jìn)展傳輸，在收端再將它別離并將它們相應(yīng)接收。時(shí)分復(fù)用就是一種常用的多路通信方式。時(shí)分復(fù)用是建設(shè)在抽樣定理根基上的，因?yàn)槌闃佣ɡ硎惯B續(xù)的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在抽樣脈沖之間就留出了時(shí)間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號(hào)的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時(shí)傳送假設(shè)干個(gè)基帶信號(hào),并且每一個(gè)抽樣值占用的時(shí)間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。圖2-1表示的是兩個(gè)基帶信號(hào)在時(shí)間上交替出現(xiàn)。顯然這種時(shí)間復(fù)用信號(hào)在接收端只要在時(shí)

12、間上恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)展別離，各個(gè)信號(hào)就能分別得到恢復(fù)。這就是時(shí)分復(fù)用的概念。此外，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)的集合與分路都是數(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設(shè)通信連接，如傳送 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)，稱為幀構(gòu)造。采用

13、時(shí)分復(fù)用的數(shù)字通信系統(tǒng)，在國(guó)際上已逐步建設(shè)其標(biāo)準(zhǔn)。原那么上是把一定路數(shù) 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)，集合成更高速的數(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。2.2 PAM編碼利用抽樣脈沖把一個(gè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)變?yōu)闀r(shí)間上離散的樣值序列，這一過(guò)程稱之為抽樣。抽樣后的信號(hào)稱為脈沖調(diào)幅PAM信號(hào)。以以下圖2.1為PAM信號(hào)產(chǎn)生過(guò)程。話音輸入fH抽樣脈沖 f2fHPAM信號(hào)圖2.1 PAM信號(hào)產(chǎn)生這里抽樣必須滿足抽樣定理，抽樣定理指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào)m(t)，如果它的最高頻率為fh，那么可以唯一地由頻率等于或大

14、于2fh的樣值序列所決定。在滿足這一條件的情況下，抽樣信號(hào)保存了原信號(hào)的全部信息，并且，從抽樣信號(hào)中可以無(wú)失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。2.3 時(shí)分解復(fù)用時(shí)分復(fù)用的解調(diào)過(guò)程稱為時(shí)分解復(fù)用。時(shí)分解復(fù)用通信，是把各路信號(hào)在同一信道上占有不同時(shí)間間隙進(jìn)展通信別離出原來(lái)的模擬信號(hào)。由抽樣定理可知，將時(shí)間上離散的信號(hào)變成時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)，其在信道上占用時(shí)間的有限性，為多路信號(hào)沿同一信道傳輸提供了條件。時(shí)分解復(fù)用是建設(shè)在抽樣定理的根基上的,因?yàn)槌闃佣ɡ磉B續(xù)(模擬)的基帶信號(hào)由可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替.具體說(shuō)，就是把時(shí)間分成一些均勻的時(shí)間間隙，將各路信號(hào)的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間間隙，以到達(dá)互相分開(kāi)，

15、互不干擾的目的。抽樣脈沖占據(jù)時(shí)間一般較短,在抽樣脈沖之間就留出間隙.利用這些空隙便可以傳輸其他信號(hào)的抽樣,因此,就可能用一條信道同時(shí)傳送假設(shè)干個(gè)基帶信號(hào),并且每一個(gè)抽樣值占用的時(shí)間越短,能夠傳輸?shù)臄?shù)據(jù)也就越多.時(shí)分解復(fù)用信號(hào)在接收端只要在時(shí)間上恰當(dāng)?shù)剡M(jìn)展別離,各個(gè)信號(hào)就能分別互相分開(kāi)，互不干擾并不失真地復(fù)原出原來(lái)的模擬信號(hào)。2.4 時(shí)分解復(fù)用中的同步技術(shù)原理在通信系統(tǒng)中，同步具有相當(dāng)重要的地位。通信系統(tǒng)能否具有有效、可靠地工作，在很大程度上依賴有無(wú)良好的同步系統(tǒng)。同步可分為載波同步、位同步、幀同步和網(wǎng)同步幾大類型。他們?cè)谕ㄐ畔到y(tǒng)中都具有相當(dāng)重要的作用。時(shí)分解復(fù)用通信中的同步技術(shù)包括位同步(時(shí)鐘

16、同步)和幀同步，這是數(shù)字通信的又一個(gè)重要特點(diǎn)。時(shí)分解復(fù)用的電路原理就是先通過(guò)幀同步信號(hào)和位同步信號(hào)把各路信號(hào)數(shù)據(jù)分開(kāi),然后通過(guò)相應(yīng)電力和濾波器，把時(shí)分復(fù)用的調(diào)制信號(hào)不失真的別離出來(lái)。2.4.1 位同步位同步的目的是確定數(shù)字通信中的個(gè)碼元的抽樣時(shí)刻，即把每個(gè)碼元加以區(qū)分，使承受端得到一連串的碼元序列，這一連串的碼元列代表一定的信息。位同步是最 基本的同步，是實(shí)現(xiàn)幀同步的前提。位同步的 基本含義是收、發(fā)兩端機(jī)的時(shí)鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決發(fā)送端送來(lái)的每一個(gè)碼元。因此，接收端必須提供一個(gè)確定抽樣判決時(shí)刻的的定時(shí)脈沖序列。2.4.2 幀同步在傳輸時(shí)把假設(shè)干個(gè)碼元組成一個(gè)個(gè)的碼組

17、，即一個(gè)個(gè)的字或句，通常稱為群或幀。群同步又稱幀同步。幀同步的主要任務(wù)是把字或句和碼區(qū)分出來(lái)。在時(shí)分多路傳輸系統(tǒng)中，信號(hào)是以幀的方式傳送。每一個(gè)幀中包含多路。接收端為了把各路信號(hào)區(qū)分開(kāi)來(lái)，也需要幀同步系統(tǒng)。幀同步是為了保證收、發(fā)各對(duì)應(yīng)的話路在時(shí)間上保持一致，這樣接收端就能正確接收發(fā)送端送來(lái)的每一個(gè)話路當(dāng)然這必須是在位同步的前提下實(shí)現(xiàn)。第3章 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)及其建模時(shí)分復(fù)用是多路信號(hào)在時(shí)間位置上分開(kāi)，它們所占用的頻帶是公共的，時(shí)分復(fù)用信號(hào)在頻率上重疊，但在時(shí)間上是不重疊的。3.1時(shí)分復(fù)用原理完全建設(shè)在抽樣定理根基上在相鄰抽樣脈沖之間存在時(shí)間上的空隙，利用這種空隙便可以在同一信道中傳輸其它路信號(hào)的抽

18、樣脈沖，只要抽樣脈沖之間相互不混淆.在時(shí)間上分開(kāi)的，在接收端就可以想法把各種信號(hào)分開(kāi)，最后實(shí)現(xiàn)恢復(fù)各路原始信號(hào)。這就是時(shí)分復(fù)用原理。如圖 3.1，圖3.2。圖3.1時(shí)分復(fù)用示意圖圖3.2時(shí)分復(fù)用的幀構(gòu)造3.2 TDM系統(tǒng)組成及工作原理時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)內(nèi)主要部件是發(fā)端的時(shí)間分配器ST和接收端的時(shí)間分配器SR，它在時(shí)間上是同步的,這就要求同步系統(tǒng)的技術(shù)指標(biāo)很嚴(yán)格,時(shí)間分配器的功能實(shí)際上就是對(duì)各路信號(hào)輪流取樣，因此它的輸出功能就是由各路取樣后脈沖所組成的時(shí)間復(fù)用信號(hào)。如圖3.3。時(shí)間分配圖3.3時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)構(gòu)造圖假定抽樣脈沖寬度很窄，近似為沖激脈沖，為了不失真的傳輸這些脈沖，要求信道有無(wú)限的帶寬。但實(shí)際

19、并不需要，因?yàn)樾盘?hào)經(jīng)過(guò)信道以后，我們需要的是脈沖的高度而不是形狀。3.3仿真模型建設(shè)圖3.4時(shí)分多路系統(tǒng)仿真模型圖用Repeating Sequence鋸齒波幅度為4周期為2、Sine Wave正弦波幅度為3,角速度2rad/s、Sine Wave正弦波幅度為1,角速度6.28rad/s、Repeating Sequence鋸齒波幅度2，周期為2、Sine Wave正弦波幅度為1,角速度2rad/s作為五路輸入信號(hào)，經(jīng)過(guò)發(fā)端的時(shí)間分配器subsystem對(duì)各路信號(hào)進(jìn)展輪流采樣，在經(jīng)過(guò)Merge合成將由5路取樣后信號(hào)合成1路時(shí)間復(fù)用信號(hào)；再經(jīng)過(guò)收端的時(shí)間分配器subsystem1將合成的1路時(shí)間

20、復(fù)用信號(hào)復(fù)原出5路輸入信號(hào)如圖3.4。3.4仿真結(jié)果及其分析圖3.3所示是時(shí)分多址通信系統(tǒng)的仿真模型：將五個(gè)信號(hào)發(fā)生器分別產(chǎn)生不同的信號(hào)，分別進(jìn)入Subsystem時(shí)分多址模塊Subsystem時(shí)分多址模塊的構(gòu)造參看圖3.5。Subsystem時(shí)分多址模塊中，Pulse Generator脈沖發(fā)生器產(chǎn)生占空比為1/5，頻率為100Hz的周期方波。方波分成五路：本身是一路；延遲1，2，3, 4方波寬度的信號(hào)是另外四路，參看圖3.6。五路時(shí)間錯(cuò)開(kāi)0.01/5的方波，被用作五個(gè)觸發(fā)門(mén)控電路的門(mén)控信號(hào)，相當(dāng)于把五路信號(hào)分配到寬度為0.01/5的相鄰的時(shí)隙中。圖3.5所示是Scope示波器顯示的五路分別填在五個(gè)時(shí)隙中的信號(hào)經(jīng)過(guò)Merge合并以后的波形。信號(hào)在一個(gè)信道里傳輸并分配到不同時(shí)隙不同地址的過(guò)程，可以在圖中清楚地展現(xiàn)。圖3.5 Subsystem時(shí)分多址模塊的構(gòu)造圖3