DPSK时分复用通信系统的研究与设计.doc

课 程 设 计课程名称 专业课程设计 课题名称 DPSK时分复用通信 系统的研究与设计 专 业 电子信息工程 班 级 0801班 学 号 22 姓 名 王根文 指导教师 浣喜明 2011年12月28日湖南工程学院课 程 设 计 任 务 书课程名称 专业课程设计 题 目 DPSK时分复用通信系统的研究与设计 专业班级 电子信息 0801 学生姓名 曾炳辉 指导老师 浣 喜 明 审 批 任务书下达日期 2011年 12 月 10日设 计 完成日期 2011年 12 月 30 日 设计内容与设计要求一、设计内容：设计一个DPSK时分复用通信系统，包括数字信源、数字终端、DPSK调制、DPSK解调、位同步及帧同步模块。1、设计系统方框图以及各单元电路图；2、应用SystemVIEW软件对系统进行仿真。二、设计要求1、设计思路清晰，给出系统框图以及各单元电路图；2、给出SystemVIEW仿真结果；3、撰写设计说明书。主要设计条件电脑一台（已装有SystemVIEW软件）；通信原理实验箱一个；说明书格式1. 课程设计封面；2. 任务书；3. 说明书目录；4. 设计基本原理与系统框图。5. 各单元电路设计；6. SystemVIEW仿真结果；7. 总结与体会；8. 附录；9. 参考文献。进度安排12月10日：下达设计任务书，介绍课题内容与要求； 12月11日12月25日：查找资料，设计系统框图、各单元电路、利用实验装置对系统进行调试。；12月26日12月29日：编写并打印设计报告；12月30日：答辩。参考文献1、樊昌信主编，通信原理，国防工业出版社。2、SystemVIEW使用手册。3、浣喜明主编，通信原理实验指导书，湖南工程学院。目 录1.引言51.1 关于2DPSK51.2 2DPSK基本原理框图52.单元电路设计62.1 数字信源单元电路设计62.2 2DPSK数字调制单元电路设计72.3 载波同步提取单元电路设计82.4 2DPSK相干解调单元电路设计82.5 位同步提取单元电路设计92.6 帧同步单元电路设计102.7 数字终端单元电路设计123.系统仿真134.实验心得15第一章 DPSK时分复用通信系统基本原理1.1 时分复用（TDM）时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。 时分多路复用适用于数字信号的传输。由于信道的位传输率超过每一路信号的数据传输率,因此可将信道按时间分成若干片段轮换地给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号单独占用,在规定的时间内,多个数字信号都可按要求传输到达,从而也实现了一条物理信道上传输多个数字信号。假设每个输入的数据比特率是9. 6kbit / s ,线路的最大比特率为76. 8 kbit / s ,则可传输8 路信号。时分多路复用的原理示意图如图1.1（a）所示，时分复用示意图见图1.1（b）。 图1.1 时分复用原理示意图以电话通信为例说明时分多路复用的过程：发送端的各路话音信号经低通滤波器将带宽限制在3400Hz 以内，然后加到匀速旋转的电子开关 SA1上，依次接通各路信号，它相当于对各路信号按一定的时间间隙进行抽样。SA1旋转一周的时间为一个抽样周期T，这样就做到了对每一路信号每隔周期T 时间抽样一次，此时间周期称为1帧长。发送端电子开关 SA1不仅起到抽样作用，同时还要起到复用和合路的作用。合路后的抽样信号送到编码器进行量化和编码，然后，将信号码流送往信道。在接收端，将各分路信号码进行统一译码，还原后的信号由分路开关SA2依次接通各分路，在各分路中经低通滤波器将重建的话音信号送往收端用户。在上述过程中，应该注意的是，发、收双方的电子开关的起始位置和旋转速率都必须一致，否则将会造成错收，这就是PCM系统中的同步要求。收、发两端的数码率或时钟频率相同叫位同步或称比特同步，也可通俗的理解为两电子开关旋转速率相同；收、发两端的起始位置是每隔1帧长（即每旋转一周）核对一次的，此称帧同步。这样才一能保证正确区分收到的哪8位码是属于一个样值的，又是属于哪一路的。为了完成上述同步功能，在接收端还需设有两种装置：一是同步码识别装置，识别接收的 PCM信号序列中的同步标志码的位置；二是调整装置，当收、发两端同步标志码位置不对应时，需在收端进行调整使其两者位置相对应。以上两种装置统称为帧同步电路。时分多路复用不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。 1.2 DPSK时分复用通信系统1.2.1 基本原理与构成DPSK系统中包含数字信源、数字调制、载波同步、2DPSK解调、位同步、帧同步及数字终端等七个单元。两路信号时分复用2DPSK通信系统原理框图如图1.2所示。数字信源单元提供的两路信号通过复接器复接成一路信号m(t)，m(t)为时分复用数字基带信号NRZ码。发滤波器及收滤波器的作用于基带系统相同。设计时假设信道是理想的，收、发端都无带通滤波器。发端时分复用数字基带信号m(t)经过2DPSK调制后用发滤波器进行平滑处理再通过信道进行传输。收端收到2DPSK信号先通过收滤波器去噪，再要进行2DPSK解调，解调后又恢复出数字基带信号m(t)，m(t)通过分接器又可产生两路单极性非归零码。1.2.2 系统组成框图DPSK时分复用通信系统由加入了位同步和帧同步的复接器与分接器、2DPSK调制解调器、收发滤波器以及信道这些部分构成，其具体连接如图1.2所示。图1.2 DPSK时分复用通信系统框图第二章 系统各单元电路的设计2.1 数字信源单元电路设计数字信源单元向数字调制单元提供数字基带信号（NRZ码）和位同步信号。提供的NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示，发光二极管亮状态表示1码，熄灭状态表示0码.数字信源单元的框图及电路原理图如图2.1所示。图2.1 数字信源单元的框图及电路原理图2.2 2DPSK数字调制单元电路设计2DPSK数字调制是利用前后相邻的码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种数字调制方式。即用前后两个码元之间的相位差来表示码元的值“0”和“1”。例如，假设相差值“”表示符号“1”，相差值“0”表示符号“0”。调制模块将输入的绝对码AK(NRZ码)变为相对码BK,用键控法产生2DPSK信号。 2DPSK数字调制单元方框图及原理图如图2.2所示。（a） 2DPSK数字调制单元方框图（b） 数字调制单元电路原理图图2.2 数字调制单元电路设计图2.3 载波同步提取单元电路设计通信系统中常用平方环法和同相正交环从2DPSK信号中提取相干载波。这里用平方环法实现系统的载波提取。载波同步方框图及电路原理图如图2.3所示。图2.3 载波同步单元方框图2.4 2DPSK相干解调单元电路设计可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。在相位比较法中要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。这里采用相干解调法。解调过程为：2DPSK信号先经过带通滤波器，滤除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声信号，得到干净的2DPSK信号再与本地载波相乘从而去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器滤除相乘后信号中的高频分量，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决得到基带信号的差分码，最后经过你码变换器，就得到了基带信号。2DPSK相干解调的方框图及电路原理图如图2.4所示。带通滤波相乘低通滤波本地载波提取抽样判决逆码变换（a） 2DPSK相干解调方框图（b） 2DPSK相干解调电路原理图图2.4 2DPSK相干解调电路单元设计图2.5 位同步提取单元电路设计可用窄带带通滤波器，锁相环来提取位同步信号。锁相环可以用模数混合锁相环，它要求输入信号是一个准周期数字信号；锁相环也可以使用模拟环，它要求输入信号准周期信号；锁相环还可以用数字锁相环，它不要求输入信号为周期信号或准周期信号，且其工作频率低于模数环和模拟环。用于提取位同步信号的数字环有超前滞后型和触发器型数字环，这里使用触发器型数字环，因为它具有捕捉时间短，抗噪能力强等优点。位同步器的方框图和原理电路图如图2.5所示。（a） 位同步器方框图（b） 位同步提取单元电路原理图图2.5 位同步单元设计原理与框图2.6 帧同步单元电路设计在时分复用通信系统中，为了正确地传输信息，必须在信息码流中插入一定数量的帧同步码，可以集中插入也可分散插入。这里帧同步识别码采用7位巴克码，集中插入到每帧的第2至第8个码元位置上。帧同步单元的原理方框图及电路图如图2.6所示。（a） 帧同步单元原理框图（b）帧同步单元电路原理图图2.6 帧同步单元电路框图和原理图2.7 数字终端单元电路设计数字终端单元工作原理：它输入单极性非归零信号、位同步信号和帧同步信号，把两路数据信号从时分复用信号中分离出来。输出两路串行数据信号和两个8位的并行数据信号。两个并行信号驱动16个发光二极管，上边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭表示状态“0”。此单元包含有分接器和显示的功能。数字终端单元的原理框图与电路原理图如图2.7所示。图2.7 数字终端单元原理框图第三章 系统仿真2DPSK数字调制和相干解调的系统仿真。系统仿真连接图及仿真波形图如图3.1所示。3.1 SystemView 仿真系统连接截图数字基带信号（Sink1）的仿真波形如图3.2所示。图3.2 数字基带信号仿真波形2DPSK信号（Sink12）的仿真波形如图3.3.所示。图3.3 2DPSK信号仿真波形 2DPSK信号与载波相乘后的信号（Sink18）的仿真波形如图3.4所示。图3.4 2DPSK信号与载波相乘后的信号仿真波形低通滤波后的信号（Sink19）仿真波形如图3.5所示。 图3.5 低通滤波后的信号仿真波形解调后得到的基带信号（Sink26）的仿真波形如图3.6所示。 图3.6 解调后得到的基带信号仿真波形第四章 总结与体会 不经意间,为期两周的课程设计已经接近尾声。我不仅在理论知识上又加强了学习，而且对Systemview软件的使用有了更好的掌握。同时在这次设计中，我学到了在设计这种思维很严密的报告中一定要按照老师给的要求和步骤一步一步的走下去。自己在动手之前一定要先有一个总体的设计，总的框架图，这样在设计中不至于手忙脚乱的或者丢三落四的。一开始，就翻箱倒柜的把通信原理书和通信原理实验书拿出来，看了一段时间，把先前的知识捡回来。有时真想就此罢休，然而，就在想要放弃的那一刻，我明白了，原来结果并不那么重要，我们更应该注重的是这一整个过程，注重在过程中应该学到什么东西。还有，在检查时应该从那些方面着手，应注意那些细节问题等，这才是我们设计的关键所在，慢慢的在适应了这种思想之后，就开始学的坚强起来，而且觉得有些问题并不像想象的那样可怕，经过两个星期的努力，设计总算是完成了，当然这里面也有老师的不少帮助。大部分的人认为大四了随意就行，我却不这么认为。正是因为大四了，正是因为在大学里我们已经只有有限的时间去学习了，我们应该抓住每一次有限的机会，多学一份只是来充实自己，武装自己。这次理论和实践相结合的设计中，我也发现自己在Systemview软件的使用上得到了很大的提高。并且，要加强自己的理论知识，在以后的设计中，不至于走过多的岔路。两个星期，我已经尽自己的努力学习了应该学习的知识和技能。相信这些，可以在后的工作中带给我便利。非常感谢指导老师在这两个星期里的谆谆教导，老师，总是为成就学生而奉献！同时，也要感谢在这次课程设计过程中给过我指导和帮助的同学，是你们的帮助才让我可以更加顺利