时分复用系统标准设计.doc

山 东 轻 工 业 学 院课 程 设 计 任 务 书学院 电子信息和控制工程学院 专业 通信工程 姓名 班级 学号题目 时分复用系统设计关键内容：综合利用数字信号处理理论知识进行信号多路复用和解复用，从而加深对所学知识了解，建立概念，加深了解抽取、插值、TDM等综合应用。设计58路基带信号（带宽相同）进行TDM传输一个系统，在接收端进行解复用，恢复出原始各路基带信号。基础要求（1）掌握多采样率数字信号处理基础概念、基础原理和基础方法；掌握时分复用原理及实现方法；掌握设计FIR和IIR数字滤波器方法；（2）掌握TDM系统原理及简单实现方法（3）设计出系统模块图，统计仿真结果；（4）对结果进行分析，写出设计汇报。关键参考资料1高西全，丁玉美. 数字信号处理(第三版). 西安电子科技大学出版社. .012A.V.奥本海姆，R.W.谢弗. 离散时间数字信号处理.(第二版) . 西安交通大学出版社. .093胡广书. 现代信号处理教程. 清华大学出版社.4matlab数字信号处理相关资料5樊昌信. 通信原理. 国防工业出版社. 完成期限：自 年 6 月 28 日至 年 7 月 13 日指导老师： 教研室主任： 时分复用系统设计摘要本通信系统综合训练对MATLAB软件和Simulimk工具特点及其应用进行了简单介绍及说明，具体介绍了时分多路系统原理和所包含关键技术，最终运Simulink工具模块搭建时分复用系统，对本系统进行了仿真。关键词：时分复用；MATLAB；simulink；系统仿真；目录摘要1目录1第1章 概述21.1 MATLAB概述21.2 Simulink介绍22.1 时分复用42.2 PAM编码42.3 时分解复用52.4 时分解复用中同时技术原理62.4.1 位同时62.4.2 帧同时6第3章 时分复用系统及其建模73.1时分复用原理完全建立在抽样定理基础上73.2 TDM系统组成及工作原理83.3仿真模型建立83.4仿真结果及其分析9总 结13参考文件14第1章 概述1.1 MATLAB概述MATLAB是由美国mathworks企业公布关键面对科学计算、可视化和交互式程序设计高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化和非线性动态系统建模和仿真等很多强大功效集成在一个易于使用视窗环境中，为科学研究、工程设计和必需进行有效数值计算众多科学领域提供了一个全方面处理方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如C、Fortran）编辑模式，代表了当今国际科学计算软件优异水平。1.2 Simulink介绍Simulink是MATLAB最关键组件之一，它提供一个动态系统建模、仿真和综合分析集成环境。在该环境中，无需大量书写程序，而只需要经过简单直观鼠标操作，就可结构出复杂系统。Simulink含有适应面广、结构和步骤清楚及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等优点，并基于以上优点Simulink已被广泛应用于控制理论和数字信号处理复杂仿真和设计。同时有大量第三方软件和硬件可应用于或被要求应用于Simulink。 Simulink应用及特点Simulink®是用于动态系统和嵌入式系统多领域仿真和基于模型设计工具。对多种时变系统，包含通讯、控制、信号处理、视频处理和图像处理系统，Simulink提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、实施和测试。 构架在Simulink基础之上其它产品扩展了Simulink多领域建模功效，也提供了用于设计、实施、验证和确定任务对应工具。Simulink和MATLAB® 紧密集成，能够直接访问MATLAB大量工具来进行算法研发、仿真分析和可视化、批处理脚本创建、建模环境定制和信号参数和测试数据定义。Simulink特点以下： (1)丰富可扩充预定义模块库。 (2)交互式图形编辑器来组合和管理直观模块图。 (3)以设计功效层次性来分割模型，实现对复杂设计管理。 (4)经过Model Explorer 导航、创建、配置、搜索模型中任意信号、参数、属性，生成模型代码。 (5)提供API用于和其它仿真程序连接或和手写代码集成。 (6)使用Embedded MATLAB™ 模块在Simulink和嵌入式系统实施中调用MATLAB算法。 (7)使用定步长或变步长运行仿真，依据仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)来决定以解释性方法运行或以编译C代码形式来运行模型。 (8)图形化调试器和剖析器来检验仿真结果，诊疗设计性能和异常行为。 (9)可访问MATLAB从而对结果进行分析和可视化，定制建模环境，定义信号参数和测试数据。 (10)模型分析和诊疗工具来确保模型一致性，确定模型中错误。 第2章 时分多路复用2.1 时分复用在实际通信系统中，为了提升通信系统利用率，往往用多路通信方法来传输信号。所谓多路通信，就是指把多个不一样信源所发出信号组合成一个群信号，并经由同一信道进行传输，在收端再将它分离并将它们对应接收。时分复用就是一个常见多路通信方法。时分复用是建立在抽样定理基础上，因为抽样定理使连续基带信号有可能被在时间上离散出现抽样脉冲所替换。这么，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。利用这些空隙便能够传输其它信号抽样值，所以，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,而且每一个抽样值占用时间越短，能够传输路数也就越多。图2-1表示是两个基带信号在时间上交替出现。显然这种时间复用信号在接收端只要在时间上合适地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。这就是时分复用概念。另外，时分复用通信系统有两个突出优点，一是多路信号汇合和分路全部是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真要求比较低。然而，时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端和发送端时钟同时问题提出了较高要求。所谓同时是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。为此，必需在每帧内加上标志信号（即帧同时信号）。它能够是一组特定码组，也能够是特定宽度脉冲。在实际通信系统中还必需传输信令以建立通信连接，如传送电话通信中占线、摘机和挂机信号和振铃信号等信令。上述全部信号全部是时间分割，按某种固定方法排列起来，称为帧结构。采取时分复用数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。标准上是把一定路数电话语音复合成一个标准数据流（称为基群），然后再把基群数据流采取同时或准同时数字复接技术，汇合成更高速数据信号，复接后序列中按传输速率不一样，分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。2.2 PAM编码利用抽样脉冲把一个时间连续信号变为时间上离散样值序列，这一过程称之为抽样。抽样后信号称为脉冲调幅（PAM）信号。下图2.1为PAM信号产生过程。话音输入fH抽样脉冲 f2fH PAM信号图2.1 PAM信号产生这里抽样必需满足抽样定理，抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)，假如它最高频率为fh，则能够唯一地由频率等于或大于2fh样值序列所决定。在满足这一条件情况下，抽样信号保留了原信号全部信息，而且，从抽样信号中能够无失真地恢复出原始信号。2.3 时分解复用时分复用解调过程称为时分解复用。时分解复用通信，是把各路信号在同一信道上占有不一样时间间隙进行通信分离出原来模拟信号。由抽样定理可知，将时间上离散信号变成时间上连续信号，其在信道上占用时间有限性，为多路信号沿同一信道传输提供了条件。时分解复用是建立在抽样定理基础上,因为抽样定理连续(模拟)基带信号由可能被在时间上离散出现抽样脉冲所替换.具体说，就是把时间分成部分均匀时间间隙，将各路信号传输时间分配在不一样时间间隙，以达成相互分开，互不干扰目标。抽样脉冲占据时间通常较短,在抽样脉冲之间就留出间隙.利用这些空隙便能够传输其它信号抽样,所以,就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,而且每一个抽样值占用时间越短,能够传输数据也就越多.时分解复用信号在接收端只要在时间上合适地进行分离,各个信号就能分别相互分开，互不干扰并不失真地还原出原来模拟信号。2.4 时分解复用中同时技术原理在通信系统中，同时含有相当关键地位。通信系统能否含有有效、可靠地工作，在很大程度上依靠有没有良好同时系统。同时可分为载波同时、位同时、帧同时和网同时几大类型。她们在通信系统中全部含有相当关键作用。时分解复用通信中同时技术包含位同时(时钟同时)和帧同时，这是数字通信又一个关键特点。时分解复用电路原理就是先经过帧同时信号和位同时信号把各路信号数据分开,然后经过对应电力和滤波器，把时分复用调制信号不失真分离出来。2.4.1 位同时位同时目标是确定数字通信中个码元抽样时刻，即把每个码元加以区分，使接收端得到一连串码元序列，这一连串码元列代表一定信息。位同时是最基础同时，是实现帧同时前提。位同时基础含义是收、发两端机时钟频率必需同频、同相，这么接收端才能正确接收和判决发送端送来每一个码元。所以，接收端必需提供一个确定抽样判决时刻定时脉冲序列。2.4.2 帧同时在传输时把若干个码元组成一个个码组，即一个个字或句，通常称为群或帧。群同时又称帧同时。帧同时关键任务是把字或句和码区分出来。在时分多路传输系统中，信号是以帧方法传送。每一个帧中包含多路。接收端为了把各路信号区分开来，也需要帧同时系统。帧同时是为了确保收、发各对应话路在时间上保持一致，这么接收端就能正确接收发送端送来每一个话路当然这必需是在位同时前提下实现。第3章 时分复用系统及其建模时分复用是多路信号在时间位置上分开，它们所占用频带是公共，时分复用信号在频率上重合，但在时间上是不重合。3.1时分复用原理完全建立在抽样定理基础上在相邻抽样脉冲之间存在时间上空隙，利用这种空隙便能够在同一信道中传输其它路信号抽样脉冲，只要抽样脉冲之间相互不混淆.在时间上分开，在接收端就能够想法把多种信号分开，最终实现恢复各路原始信号。这就是时分复用原理。图 3.1，图3.2。图3.1时分复用示意图图3.2时分复用帧结构3.2 TDM系统组成及工作原理时分复用系统内关键部件是发端时间分配器ST和接收端时间分配器SR，它在时间上是同时,这就要求同时系统技术指标很严格,时间分配器功效实际上就是对各路信号轮番取样，所以它输出功效就是由各路取样后脉冲所组成时间复用信号。图3.3。时间分配图3.3时分复用系统结构图假定抽样脉冲宽度很窄，近似为冲激脉冲，为了不失真传输这些脉冲，要求信道有没有限带宽。但实际并不需要，因为信号经过信道以后，我们需要是脉冲高度而不是形状。3.3仿真模型建立图3.4时分多路系统仿真模型图用Repeating Sequence（锯齿波幅度为4周期为2）、Sine Wave（正弦波幅度为3,角速度2rad/s）、Sine Wave（正弦波幅度为1,角速度6.28rad/s）、Repeating Sequence（锯齿波幅度2，周期为2）、Sine Wave（正弦波幅度为1,角速度2rad/s）作为五路输入信号，经过发端时间分配器（subsystem）对各路信号进行轮番采样，在经过Merge（合成）将由5路取样后信号合成1路时间复用信号；再经过收端时间分配器（subsystem1）将合成1路时间复用信号还原出5路输入信号图3.4。3.4仿真结果及其分析图3.3所表示是时分多址通信系统仿真模型：将五个信号发生器分别产生不一样信号，分别进入Subsystem（时分多址）模块（Subsystem（时分多址）模块结构参看图3.5）。Subsystem（时分多址）模块中，Pulse Generator（脉冲发生器）产生占空比为1/5，频率为100Hz周期方波。方波分成五路：本身是一路；延迟1，2，3, 4方波宽度信号是另外四路，参看图3.6。五路时间错开0.01/5方波，被用作五个触发门控电路门控信号，相当于把五路信号分配到宽度为0.01/5相邻时隙中。图3.5所表示是Scope（示波器）显示五路分别填在五个时隙中信号经过Merge（合并）以后波形。信号在一个信道里传输并分配到不一样时隙（不一样地址）过程，能够在图中清楚地展现。图3.5 Subsystem（时分多址）模块结构图3.6 五个触发门控电路门控信号图3.7 输入信号波形 图3.8 Scope经过Merge以后波形图3.9解复用后波形结果分析：由以上波形能够看出，所设计电路基础能够实现要求功效，时分复用波形仿真正确，但在解复用过程中出现了一定失真，可能问题是在抽样过程中，误差造成了时域混叠。总体而言，基础上实现设计目标。总 结 本通信系统综合训练开始对MATLAB软件和Simulimk工具进行了解，熟悉软件功效和特点。然后利用时分复用复用方法进行分析，时分复用TDM是采取同一物理连接不一样时段来传输不一样信号，也能达成多路传输目标。在本综合训练中会利用到时分复用中同时技术原理帧同时和位同时。帧同时为接收信号而使给定数字信道接收端和发送端对应信道对齐过程。位同时目标是使每个码元得到最好解调和判决。再在抽样定理基础上对时分复用系统进行建模。建立系统模型过程。又称模型化。建模是研究系统关键手段和前提。建模完成以后，开始进行仿真，在得到仿真结果后，对仿真结果进行分析。参考文件1 吴玲达，李国辉，杨冰 等著. 计算机通信原理和技术M. 国防科技大学出版社，.2 潘新民 著. 计算机通信技术M. 电子工业出版社，7.3 孙丽华 著. 信息论和纠错编码M. 电子工业出版社，34 Proakis 著，张力军 译. 数字通信（第四版）M. 电子工业出版社，7.5 樊昌信 著.通信原理M.国防工业出版社，1999，10.6 钱恭斌.实用通信和电子线路计算机仿真.北京：电子工业出版社，.