实验六基于simulink的时分多路复用系统的仿真.doc

《数据通信原理》实验报告

实验题目： 基于simulink的时分多路复用系统的仿真
专业班级： 信息工程2班
姓名学号： 赵星敏 201342351 李明阳201342300
指导教师： 刘钰

实验六 基于simulink的时分多路复用系统的仿真
一、实验目的
1、 掌握时分复用的概念；
2、 理解时分复用的原理及简单实现方法；
3、 进一步熟悉simulink在通信系统中的使用
二、 实验原理
抽样定理：一个频带限制在0到fm以内的低通模拟信号x(t),可以用时间上离散的抽样值来传输，抽样值中包含有x(t)的全部信息。当抽样频率fs≧2fm时，可以从已抽样的输出信号中用一个带宽为fm≦B≦fs—fm的理想低通滤波器不失真地恢复出原始信号。
时分复用是建立在抽样定理基础上的。抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在单路抽样信号在时间上离散的脉冲间留出很大的空隙。因此，可以在空隙中插入若干路其他抽样信号，只要各路抽样信号在时间上不重叠并且能区分开，那么一个信道就可以能同时传输多路信号，达到多路复用的目的。这种多路复用技术称为时分多路复用，图6-1为基带信号的时分复用原理框图。

图6-1 基带信号时分复用原理
假设有N路PCM信号进行时分多路复用，系统框图及波形如图6-2和图6-3所示。各路信号首先通过相应的低通滤波器使之变为带线信号，然后送到抽样电子开关，电子开关每Ts秒将各路信号依次抽样一次，这样N个样值按先后顺序错开插入抽样间隔Ts，之内，最后得到的复用信号是N个抽样信号之和，其波形如图6-3所示。各路信号脉冲间隔为Ts，各路复用信号脉冲的间隔为Ts / N。由各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧，一帧中相邻两个脉冲之间的时间间隔叫做时隙，未被抽样脉冲占用的时隙叫做保护时间。

图6-2 时分复用系统框图

图6-3 时分复用波形
（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，合成的多路复用信号由与发送端同步的分路转换开关区分不同路的信号，把各路信号的抽样脉冲序列分离出来，再用低通滤波器恢复各路所用的信号。
多路复用信号可以直接送到某些信道传输，或者经过调制变换成适合于某些信道传输的形式在进行传输。传输接收端的任务是将接收到的信号经过解调或经过适当的反变换后恢复出原始多路信号。
时分复用通信系统有两个突出的优点，一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真的要求比较低。然而，时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了较高的要求。所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。为此，必须在每帧内加上标志信号（即帧同步信号）。它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲。在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及振铃信号等信令。上述所有信号都是时间分割，按某种固定方式排列起来，称为帧结构。如图6-4所示。

图6-4 时分复用的帧结构
采用时分复用的数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。原则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用同步或准同步数字复接技术，汇合成更高速的数据信号，复接后的序列中按传输速率不同，分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。

三、 实验内容
根据同步时分多路复用系统原理，在熟悉Simulink仿真软件的基础上，可搭建系统实现框图如图6-5和图6-6所示。

图6-5 时分复用系统结构框图

图6-6 Subsystem/Subsystem1结构框图
结构框图中用到的模块有：
三种输入信号形成模块：Pulse Generator方波信号形成器、Repeating Sequence锯齿波序列形成模块、Sine Wave正弦波形成模块；
复用端的复用子系统Subsystem和解复用端的解复用子系统Subsystem1；
信号合成模块Merge；
输出测试使用的示波器模块：Scope。
其中的复用子系统和解复用子系统相同，其中用到的模块有：
Pulse Generator：方波信号形成器；
Zero-Order Hold：零阶保持器；
Integer Delay：整数延迟单元；
Enabled Subsystem：使能子系统；
Scope：示波器模块。
仿真参数设置：
系统框图各输入信号参数设置如图6-7到图6-9所示。
采用幅度为3，周期为2s，无相位延迟的方波分别作为第1路输入信号。Pulse Generator方波信号形成器具体设置如图6-7所示。

图6-7 方波参数设置
采用幅度为3 ，角频率为π（周期为2s）的正弦波作为第2路和第4路输入信号。Sine Wave正弦波形成模块具体设置如图6-8所示。

图6-8 正弦波参数设置
采用周期为1s的锯齿波作为第三路输入信号。Repeating Sequence锯齿波序列形成模块具体设置如图6-9所示。

图6-9 锯齿波参数设置
Subsystem系统中各参数设置如图6-10到图6-14所示。
使用幅度为3周期为0.1的矩形脉冲控制按时间抽取的“高速开关”的旋转。 Pulse Generator方波信号形成器具体设置如图6-10所示。

图6-10 控制信号参数设置
使用零阶保持器来实现时隙分配过程中的同步。其采样时间设置为0.1/4。Zero-Order Hold零阶保持器具体设置如图6-11所示。

图6-11 零阶保持器的参数设置
单位延迟器，采样周期为缺省值，Subsystem/Subsystem1中有四路输入，第一路不做任何处理，对其他三路分别进行相对于前一路的单位延迟，即第二路延迟一个单位，第三路延迟二个单位，第四路延迟三个单位。利用这种输入信号在时间轴上相对位置的变化，可以实现对四路信号的分离，即时隙分配。Integer Delay整数延迟单元具体如图6-12所示。
Integer Delay：

Integer Delay1：

Integer Delay2：

图6-12 延迟器的参数设置
使能子系统Enabled Subsystem结构图如图6-13所示。

图6-13 使能子系统结构示意图
其中Enable参数设置如图6-14所示。

图6-14 使能子系统及参数确定
Enable的作用就是使在系统控制信号的控制之下（本系统中为方波信号），子系统可以自行启动，不必再另行调用。
系统的合成器Merge参数设置如图6-15所示。

图 6-15 合成器Merge的参数设置
示波器Scope接到输入端，示波器Scope1接到复用端，示波器Scope2接到解复用端。设置过程略。
系统过程描述：
在左侧输入端输入包括方波、正弦波及锯齿波的四路信号（可以认为周期相同，都是2s），经过Subsystem（结构图如图6-6所示）在脉冲控制下（窄脉冲，周期为0.1s,占空比为25%，满足抽样定理）实现对左侧输入信号按时间依次进行抽取。合并器Merge的功能是将在不同时隙抽取的信号合并成一路向量信号并由示波器输出该复用波形。Subsystem1结构同Subsystem，实现时分复用系统原理框图（如图6-6所示）中高速开关的作用，即在接收端将经合并器Merge以后的复用信号以按时间抽取的方式分离成原始的四路信号。

四、 实验结果

五、实验结果分析
示波器1 接在仿真框图的输入端部分，其输出波形为包括方波、锯齿波和正弦波在内的四路原始输入信号。示波器2接在仿真框图的复用端，其输出波形为经过时间采样并由合成器合成以后的服用波形。示波器3 接在仿真框图的输出端，即解复用端，其输出波形为对复用波形进行按时间抽取采样分离以后的解复用信号。 
仔细对比示波器1和示波器2的输出波形。可以看出示波器2的轮廓包含示波器1中的方波、锯齿波和正弦波。可以得出在经过Subsystem采样Merge合成以后，示波器2的输出波形就是将输入波形按照时隙分配复用原则复用以后的波形。 
对比示波器1和示波器3的输出波形。可以看出两者之间波形总体来说基本一致略有失真，究其原因就是在复用和解复用中可能有混入的无关量，造成了干扰。针对此情况，在输出端分别加入了低通滤波器和数字滤波器，减小了干扰量的影响，但相比示波器1 输入波形还是存在一定程度上的失真。

六、实验总结
这次课程设计的任务是利用Simulink仿真软件进行时分多路复用的系统仿真。时分多路复用是按传输信号的时间进行分割的，它使不同的信号在不同的时间内传送，将整个传输时间分为多时间间隔，即时隙。每个时间片被一路信号占用，通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一条电路传送多路信号的。完成本次课设需要在掌握Simulink仿真软件的基础上利用该软件对时分多路复用系统进行仿真，实现对输入信号的复用和解复用。