1、.wd.wd.wd.山 東 輕 工 業 學 院課 程 設 計 任 務 書學院 電子信息與控制工程學院 專業 通信工程 姓名 班級 學號題目 時分復用系統設計主要內容：綜合運用數字信號處理的理論知識進展信號的多路復用和解復用，從而加深對所學知識的理解，建設概念，加深理解抽取、插值、TDM等的綜合應用。設計58路基帶信號帶寬一樣進展TDM傳輸的一個系統，在接收端進展解復用，恢復出原始的各路基帶信號。 基本要求1掌握多采樣率數字信號處理的 基本概念、 基本原理和 基本方法；掌握時分復用的原理及實現方法；掌握設計FIR和IIR數字濾波器的方法；2掌握TDM系統的原理及簡單實現方法3設計出系統模塊圖，記

2、錄仿真結果；4對結果進展分析，寫出設計報告。主要參考資料1高西全，丁玉美. 數字信號處理(第三版). 西安電子科技大學出版社. 2009.012A.V.奧本海姆，R.W.謝弗. 離散時間數字信號處理.(第二版) . 西安交通大學出版社. 2004.093胡廣書. 現代信號處理教程. 清華大學出版社.4matlab數字信號處理的相關資料5樊昌信. 通信原理. 國防工業出版社. 2008 完成期限：自 2012 年 6 月 28 日至 2010 年 7 月 13 日指導教師： 教研室主任： 時分復用系統設計摘要本通信系統綜合訓練對MATLAB軟件以及Simulimk工具的特點及其應用進展了簡單介紹

3、及說明，詳細的介紹了時分多路系統的原理和所涉及的關鍵技術，最后運Simulink工具模塊搭建時分復用系統，對本系統進展了仿真。關鍵詞：時分復用；MATLAB；simulink；系統仿真；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簡介 PAGEREF _Toc313982359 h 2HYPERLINK l _Toc3139823602.1 時分復用 PAGEREF _Toc313982360 h 4HYPERLINK l _Toc3139823612.2 PAM編碼 PAGEREF _Toc313982361 h 4HYPERLINK l _Toc3139823622.3 時分解復用 PAGEREF _Toc313982362 h 5HYPERLINK l _Toc31398

5、23632.4 時分解復用中的同步技術原理 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章時分復用系統及其建模 PAGEREF _Toc313982366 h 7HYPERLINK l _Toc3139823673.1時分復用原理完全建設在抽樣定理根基上 PAGEREF _Toc313982367

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

7、14第1章 概述1.1 MATLAB概述MATLAB是由美國mathworks公司發布的主要面對科學計算、可視化以及交互式程序設計的高科技計算環境。它將數值分析、矩陣計算、科學數據可視化以及非線性動態系統的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環境中，為科學研究、工程設計以及必須進展有效數值計算的眾多科學領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非交互式程序設計語言如C、Fortran的編輯模式，代表了當今國際科學計算軟件的先進水平。1.2 Simulink簡介Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態系統建模、仿真和綜合分析的集成環境。在該環境中，無

8、需大量書寫程序，而只需要通過簡單直觀的鼠標操作，就可構造出復雜的系統。Simulink具有適應面廣、構造和流程清晰及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優點，并基于以上優點Simulink已被廣泛應用于控制理論和數字信號處理的復雜仿真和設計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應用于或被要求應用于Simulink。 Simulink應用及特點Simulink®是用于動態系統和嵌入式系統的多領域仿真和基于模型的設計工具。對各種時變系統，包括通訊、控制、信號處理、視頻處理和圖像處理系統，Simulink提供了交互式圖形化環境和可定制模塊庫來對其進展設計、仿真、執行和測試。 構架在Simulink根基

9、之上的其他產品擴展了Simulink多領域建模功能，也提供了用于設計、執行、驗證和確認任務的相應工具。Simulink與MATLAB 嚴密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進展算法研發、仿真的分析和可視化、批處理腳本的創立、建模環境的定制以及信號參數和測試數據的定義。Simulink特點如下： (1)豐富的可擴大的預定義模塊庫。 (2)交互式的圖形編輯器來組合和管理直觀的模塊圖。 (3)以設計功能的層次性來分割模型，實現對復雜設計的管理。 (4)通過Model Explorer 導航、創立、配置、搜索模型中的任意信號、參數、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、或與手寫代碼集成。 (6)使用Embedded MATLAB 模塊在Simulink和嵌入式系統執行中調用MATLAB算法。 (7)使用定步長或變步長運行仿真，根據仿真模式(Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯C代碼的形式來運行模型。 (8)圖形化的調試器和剖析器來檢查仿真結果，診斷設計的性能和異常行為。 (9)可訪問MATLAB從而對結果進展分析與可視化，定制建模環境，定義信號參數和測試數據。 (10)模型分析和診斷工具來保證模型的一致性，確定模型中的錯誤。第2章 時分多路復用2.1 時分復用在實際的通信系統中，為了提高通

11、信系統的利用率，往往用多路通信的方式來傳輸信號。所謂多路通信，就是指把多個不同信源所發出的信號組合成一個群信號，并經由同一信道進展傳輸，在收端再將它別離并將它們相應接收。時分復用就是一種常用的多路通信方式。時分復用是建設在抽樣定理根基上的，因為抽樣定理使連續的基帶信號有可能被在時間上離散出現的抽樣脈沖所代替。這樣，當抽樣脈沖占據較短時間時，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙。利用這些空隙便可以傳輸其他信號的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時傳送假設干個基帶信號,并且每一個抽樣值占用的時間越短，能夠傳輸的路數也就越多。圖2-1表示的是兩個基帶信號在時間上交替出現。顯然這種時間復用信號在接收端只要在時

12、間上恰當地進展別離，各個信號就能分別得到恢復。這就是時分復用的概念。此外，時分復用通信系統有兩個突出的優點，一是多路信號的集合與分路都是數字電路，簡單、可靠；二是時分復用通信系統對非線性失真的要求比較低。然而，時分復用系統對信道中時鐘相位抖動及接收端與發送端的時鐘同步問題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數據流中識別各路序號。為此，必須在每幀內加上標志信號即幀同步信號。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。在實際通信系統中還必須傳遞信令以建設通信連接，如傳送 通信中的占線、摘機與掛機信號以及振鈴信號等信令。上述所有信號都是時間分割，按某種固定方式排列起來，稱為幀構造。采用

13、時分復用的數字通信系統，在國際上已逐步建設其標準。原那么上是把一定路數 語音復合成一個標準數據流稱為基群，然后再把基群數據流采用同步或準同步數字復接技術，集合成更高速的數據信號，復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時間連續信號變為時間上離散的樣值序列，這一過程稱之為抽樣。抽樣后的信號稱為脈沖調幅PAM信號。以以下圖2.1為PAM信號產生過程。話音輸入fH抽樣脈沖 f2fHPAM信號圖2.1 PAM信號產生這里抽樣必須滿足抽樣定理，抽樣定理指出，一個頻帶受限信號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，抽樣信號保存了原信號的全部信息，并且，從抽樣信號中可以無失真地恢復出原始信號。2.3 時分解復用時分復用的解調過程稱為時分解復用。時分解復用通信，是把各路信號在同一信道上占有不同時間間隙進展通信別離出原來的模擬信號。由抽樣定理可知，將時間上離散的信號變成時間上連續的信號，其在信道上占用時間的有限性，為多路信號沿同一信道傳輸提供了條件。時分解復用是建設在抽樣定理的根基上的,因為抽樣定理連續(模擬)的基帶信號由可能被在時間上離散出現的抽樣脈沖所代替.具體說，就是把時間分成一些均勻的時間間隙，將各路信號的傳輸時間分配在不同的時間間隙，以到達互相分開，

15、互不干擾的目的。抽樣脈沖占據時間一般較短,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的抽樣,因此,就可能用一條信道同時傳送假設干個基帶信號,并且每一個抽樣值占用的時間越短,能夠傳輸的數據也就越多.時分解復用信號在接收端只要在時間上恰當地進展別離,各個信號就能分別互相分開，互不干擾并不失真地復原出原來的模擬信號。2.4 時分解復用中的同步技術原理在通信系統中，同步具有相當重要的地位。通信系統能否具有有效、可靠地工作，在很大程度上依賴有無良好的同步系統。同步可分為載波同步、位同步、幀同步和網同步幾大類型。他們在通信系統中都具有相當重要的作用。時分解復用通信中的同步技術包括位同步(時鐘

16、同步)和幀同步，這是數字通信的又一個重要特點。時分解復用的電路原理就是先通過幀同步信號和位同步信號把各路信號數據分開,然后通過相應電力和濾波器，把時分復用的調制信號不失真的別離出來。2.4.1 位同步位同步的目的是確定數字通信中的個碼元的抽樣時刻，即把每個碼元加以區分，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，是實現幀同步的前提。位同步的 基本含義是收、發兩端機的時鐘頻率必須同頻、同相，這樣接收端才能正確接收和判決發送端送來的每一個碼元。因此，接收端必須提供一個確定抽樣判決時刻的的定時脈沖序列。2.4.2 幀同步在傳輸時把假設干個碼元組成一個個的碼組

17、，即一個個的字或句，通常稱為群或幀。群同步又稱幀同步。幀同步的主要任務是把字或句和碼區分出來。在時分多路傳輸系統中，信號是以幀的方式傳送。每一個幀中包含多路。接收端為了把各路信號區分開來，也需要幀同步系統。幀同步是為了保證收、發各對應的話路在時間上保持一致，這樣接收端就能正確接收發送端送來的每一個話路當然這必須是在位同步的前提下實現。第3章 時分復用系統及其建模時分復用是多路信號在時間位置上分開，它們所占用的頻帶是公共的，時分復用信號在頻率上重疊，但在時間上是不重疊的。3.1時分復用原理完全建設在抽樣定理根基上在相鄰抽樣脈沖之間存在時間上的空隙，利用這種空隙便可以在同一信道中傳輸其它路信號的抽

18、樣脈沖，只要抽樣脈沖之間相互不混淆.在時間上分開的，在接收端就可以想法把各種信號分開，最后實現恢復各路原始信號。這就是時分復用原理。如圖 3.1，圖3.2。圖3.1時分復用示意圖圖3.2時分復用的幀構造3.2 TDM系統組成及工作原理時分復用系統內主要部件是發端的時間分配器ST和接收端的時間分配器SR，它在時間上是同步的,這就要求同步系統的技術指標很嚴格,時間分配器的功能實際上就是對各路信號輪流取樣，因此它的輸出功能就是由各路取樣后脈沖所組成的時間復用信號。如圖3.3。時間分配圖3.3時分復用系統構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，要求信道有無限的帶寬。但實際

19、并不需要，因為信號經過信道以后，我們需要的是脈沖的高度而不是形狀。3.3仿真模型建設圖3.4時分多路系統仿真模型圖用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，經過發端的時間分配器subsystem對各路信號進展輪流采樣，在經過Merge合成將由5路取樣后信號合成1路時間復用信號；再經過收端的時間分配器subsystem1將合成的1路時間

20、復用信號復原出5路輸入信號如圖3.4。3.4仿真結果及其分析圖3.3所示是時分多址通信系統的仿真模型：將五個信號發生器分別產生不同的信號，分別進入Subsystem時分多址模塊Subsystem時分多址模塊的構造參看圖3.5。Subsystem時分多址模塊中，Pulse Generator脈沖發生器產生占空比為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方波寬度的信號是另外四路，參看圖3.6。五路時間錯開0.01/5的方波，被用作五個觸發門控電路的門控信號，相當于把五路信號分配到寬度為0.01/5的相鄰的時隙中。圖3.5所示是Scope示波器顯示的五路分別填在五個時隙中的信號經過Merge合并以后的波形。信號在一個信道里傳輸并分配到不同時隙不同地址的過程，可以在圖中清楚地展現。圖3.5 Subsystem時分多址模塊的構造圖3