通信原理课程设计.doc

湖南工业大学课 程 设 计资 料 袋 计算机与通信 学院（系、部） 20 13 2014 学年第 1 学期 课程名称 通信原理课程设计 指导教师 胡永祥 职称 教授 学生姓名 专业班级 学号 题 目 时分复用通信系统的设计与实现 成 绩 起止日期 2013 年 12 月 28 日 2014 年 1 月 4 日目 录 清 单序号材 料 名 称资料数量备 注1课程设计任务书2课程设计说明书3课程设计图纸张45617湖南工业大学课程设计任务书2013 2014 学年第 一 学期 计算机与通信学院 学院（系、部） 通信工程 专业 班级课程名称： 通信原理课程设计 设计题目： 时分复用通信系统的设计与实现 完成期限：自 2013 年 12 月 28 日至 2014 年 1 月 4 日共 1 周内容及任务 1.用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统，使系统正常工作，并用示波器观察位同步、帧同步信号对数字基带信号传输的影响；2.用数字信源、数字终端、数字调制、2DPSK解调、载波同步、位同步及帧同步等七个模块构成一个理想信道时分复用2DPSK通信系统使之正常工作，并用示波器观察位同步、帧同步信号对数字差分相移信号传输的影响；3.用数字信源、数字终端、数字调制、2FSK解调、位同步及帧同步等六个模块，构成一个理想信道时分复用2FSK通信系统使之正常工作，并用示波器观察位同步、帧同步信号对数字频移键控信号传输的影响；进度安排起止日期工作内容12.28- 12.29复习相关理论、分析与设计系统12.29- 1.3时分复用通信系统实现1.4- 1.4系统分析、完成课程设计报告主要参考资料1、 现代通信原理 曹志刚主编 清华大学出版社。2、 现代通信系统原理 王秉钧 孙学军 王少勇 田宝玉 天津大学出版社。3、 现代通信基础与技术 朱祥华 主编 人民邮电出版社。指导教师（签字）： 年 月 日系（教研室）主任（签字）： 年 月 日 通信原理课程设计设计说明书 时分复用通信系统的设计与实现起止日期： 2013 年 12 月 28 日 至 2014 年 1 月 4 日学生姓名班级学号成绩指导教师(签字)计算机与通信学院（部）2014年 1 月 4 日目录1. 时分复用原理分析.5 1.1 时分复用原理.5 1.2 时分复用中的同步技术原理.5 1.2.1 载波同步.5 1.2.2 位同步.5 1.2.3 帧同步.5 1.3 数字信源的工作原理.6 1.4 数字终端模块工作原理.62. 总体设计.7 2.1 时分复用数字基带通信系统.7 2.2 时分复用2DPSK,2FSK带通系统.83. 实验详细设计.8 3.1 2DPSK及2FSK调制.8 3.2 解调.104. 实验过程及波形.11 4.1 时分复用数字基带通信系统实.11 4.2 时分复用数字基带通信系统测试的波形图.12 4.3 时分复用2DPSK,2FSK通信系统.13 4.4 时分复用2DPSK通信系统各点测试波形图.14 4.5 时分复用2FSK通信系统各点测试波形图.145. 心得体会.15 1. 时分复用原理分析1.1 时分复用原理 为了提高信道利用率，使多路已抽样的信号组合起来同一 信道传输而互不干扰，称时分多路复用。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。利用抽样信号的时间间隔传输其他的抽样信号。1.2 时分复用中的同步技术原理。 1.2.1 载波同步 接收到调制后的信号在相干解调时，接收端需要产生一个和接收信号同频，同相的本地载波，用以和接收的调制后的信号相乘。因此,这个本地载波的频率和相位信息必须来自接收信号，或者说需要从接收信号中提取载波同步信息。本地载波和接收信号载波的同步问题称为载波同步。 1.2.2 位同步 在接收数字信号的一个码元时，为了在判决时刻对码元的取值进行判决，接收机必须知道准确的判决时刻。通常要在接收码元的结束时刻做出判决，故这个判决时刻是从接收码元的起止时刻导出的，也就是判决时刻应当和码元起止时刻同步。这类同步成为码元同步，或位同步。 1.2.3 帧同步在时分复用通信系统中，为了正确地传输信息，知道起止点，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、也可以分散插入。本实验系统中帧同步识别码为7位巴克码，集中插入到每帧的第2至第8个码元位置上。1.3 数字信源的工作原理 本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图1-1所示。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB，帧结构如图1-2所示。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此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发光二极管指示，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，熄状态表示0码。 本模块有以下测试点及输入输出点： CLK晶振信号测试点 BS-OUT信源位同步信号输出点/测试点（2个） FS信源帧同步信号输出点/测试点 NRZ-OUT(AK)NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个） 图1-1 数字信源方框图1.4 数字终端模块工作原理原理框图如图4-1所示。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，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。在数字终端模块中，有以下测试点及输入输出点： S-IN时分复用基带信号输入点 SD抽样判后的时分复用信号测试点 BD延迟后的位同步信号测试点 FD整形后的帧同步信号测试点 D1分接后的第一路数字信号测试点 B1第一路位同步信号测试点 F1第一路帧同步信号测试点 D2分接后的第二路数字信号测试点 B2第二路位同步信号测试点 F2第二路帧同步信号测试点图4-1 数字终端原理方框图 2. 总体设计2.1 时分复用数字基带通信系统复接器输出时分复用单极性不归零码（NRZ码），码型变换器将NRZ码变为适于信道传输的传输码（如HDB3码等），发滤波器主要用来限制基带信号频带，收滤器可以滤除一部分噪声，同时与发滤波器、信道一起构成无码间串扰的基带传输特性。复接器和分接器都需要位同步信号和帧同步信号。图4-5 时分复用数字基带通信系统2.2 时分复用2DPSK,2FSK带通系统图5-1给出了传输两路数字信号的时分复用2DPSK通信系统原理框图（2FSK通信系统与此类似）。图中m(t)为时分复用数字基带信号，为NRZ码，发滤波器及收滤波器的作用与基带系统相同。本实验假设信道是理想的，收、发端都无带通滤波器。m(t)由数字信源提供，即为NRZ信号。图5-1 2DPSK时分复用通信系统3.实验详细设计 3.1. 2DPSK及2FSK调制数字调制单元的原理方框图如图2-1所示，电原理图如图2-2所示（见附录）。图2-1 数字调制方框图 本单元有以下测试点及输入输出点： CAR2DPSK信号载波测试点 BK相对码测试点 2DPSK2DPSK信号测试点/输出点，VP-P0.5V 2FSK2FSK信号测试点/输出点，VP-P0.5V 2ASK2ASK信号测试点，VP-P0.5V 将晶振信号进行2分频、滤波后，得到2ASK的载频2.2165MHZ。放大器的发射极和集电极输出两个频率相等、相位相反的信号，这两个信号就是2PSK、2DPSK的两个载波，2FSK信号的两个载波频率分别为晶振频率的1/2和1/4，也是通过分频和滤波得到的。 本单元用码变换2PSK调制方法产生2DPSK信号，原理框图及波形图如图2-4所示。相对于绝对码AK、2PSK调制器的输出就是2DPSK信号，相对于相对码、2PSK调制器的输出是2PSK信号。图中设码元宽度等于载波周期，已调信号的相位变化与AK、BK的关系当然也是符合上述规律的，即对于AK来说是“1变0不变”关系，对于BK来说是“异变同不变”关系，由AK到BK的变换也符合“1变0不变”规律。 图2-4中调制后的信号波形也可能具有相反的相位，BK也可能具有相反的序列即00100，这取决于载波的参考相位以及异或门电路的初始状态。 2DPSK通信系统可以克服上述2PSK系统的相位模糊现象，故实际通信中采用2DPSK而不用2PSK（多进制下亦如此，采用多进制差分相位调制MDPSK），此问题将在数字解调实验中再详细介绍。图2-4 2DPSK调制器 2FSK信号（相位不连续2FSK）可看成是AK与调制不同载频信号形成的两个2ASK信号相加。时域表达式为式中m(t)为NRZ码。 本实验系统中m(t)是一个周期信号，故m(t)有离散谱，因而2DPSK、2FSK也具有离散谱。3.2 解调本实验采用相干解调法解调2DPSK信号、采用过零检测法解调2FSK信号。低通滤波抽样判决2DPSK相干解调：带通滤波相乘逆码变换本地载波提取 将2DPSK信号经过带通滤波器，然后再在相乘器中与本地载波相乘，然后再经过低通滤波器，滤除高频分量，此时得到的是相对码，所以再将次相对码序列作逆码变换，还原成绝对码，即原基带信号码元序列。逆码变换包括一个微分整流电路和一个脉冲扩展电路。脉冲扩展电路将微分整流电路输出的每一个窄脉冲扩展成为一个不归零的宽脉冲。2FSK过零点检测法解调：带通滤波放大，限幅微分整流脉冲扩展低通 由于2FSK信号的两种码元的频率不同，所以计算码元中信号波形的过零点数目多少，就能区分这两个不同频率的信号码元。再图中接收信号经过带通滤波后，被放大，限幅，得到矩形脉冲序列；再经过微分和整流，变成一系列窄脉冲，他们的位置正好比对应原矩形脉冲的过零点，因此，其数量也和过零点的数目相同。把这些窄脉冲变换成较宽的矩形脉冲，以增大其直流分量；然后经过低通滤波，提取出次分量。这样，直流分量的大小就和码元频率的高低成正比，从而解调出原发送信号4. 实验过程及波形4.1 时分复用数字基带通信系统实验本次实验使用数字信源、位同步、帧同步、数字终端这四个单元。它们的信号连接关系如图4-6所示，其中实线表示实验板上已经布好，虚线表示实验中要手工连接的信号线（共四根）。 1.复习位同步、帧同步的实验内容并熟悉数字终端单元工作原理，按照图4-6将这四个模块连在一起，接通实验箱电源。图4-6 数字基带系统连接图 2.用示波器CH1观察数字信源单元NRZ-OUT波形，判断信源单元是否工作正常。3.用示波器CH2观察位同步单元BS-OUT，调节位同步单元的可变电容，使位同步信号BS-OUT对准信源的NRZ信号中间位置并且相位抖动最小。 4.将数字信源单元的K1置于1110010，用示波器CH2观察帧同步单元FS信号与信源NRZ信号的相位关系，判断帧同步单元是否工作正常。 5.当位同步单元、帧同步单元已正确地提取出位同步信号和帧同步信号时，通过发光二极管观察两路8bit数据已正确地传输到收终端。 6.用示波器观察分接出来的两路8bit周期信号D1(对应位同步B1)和D2(对应B2)。 7.观察位同步抖动对数据传输的影响。用示波器观察数字终端单元的D1或D2信号，然后缓慢调节位同步单元上的可变电容C2（增大位同步抖动范围），观察D1或D2信号波形变化情况和发光二极管的状况（C2在某一范围变化时，D1或D2无误码，C2变化太大时出现误码）。8观察帧同步对数据传输的影响。还原位同步单元到正确的状态，将数字信源单元的K1置为1110 010X，观察数字终端分接出来的两路信号和数字信源单元的对应关系，分析原因。4.2 时分复用数字基带通信系统测试的波形图信源波形 信源和位同步波形 信源和帧同步波形 数字终端第一路数据波形和对应的位同步 数字终端第二路数据波形和对应的位同步 调可变电容失真后的信号4.3 时分复用2DPSK,2FSK通信系统1.拟定详细的2DPSK系统及2FSK系统各模块之间的信号连接方案。 2DPSK系统中包括数字信源、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。2FSK系统中无载波同步单元，将2DPSK解调单元改为2FSK解调单元，其它单元与2DPSK系统相同。在系统连接时位同步单元的输入信号S-IN应为解调器的CM信号，而帧同步单元和终端单元的输入信号S-IN应来自解调器的AK-OUT点，其它信号的连接方式参考前面几个实验中的介绍和图示（注意：图示标明的有些连接已经布在电路板，不要重复接线）。2.进行2DPSK通信系统实验。按拟定的系统方案连好接线，接通实验箱电源，数字调制单元单刀双掷开关K7应置于左方NRZ端。调整需要调节的电位器及可变电容，使信源的两路数据正确地传输到终端。3.进行2FSK通信系统实验。使信源的两路数据正确地传输到终端。4.4 时分复用2DPSK通信系统各点测试波形图由于仪器原因，没测出2DPSK各点波形图4.5 时分复用2FSK通信系统各点测试波形图信源波形和调制后波形 信源波形和解调后的波形 帧同步波形 位同步波形 5.心得体会 课程设计是为了锻炼我的动手能力，检验我的理论知识学的怎么样，扎不扎实，能让我从中发现自己在哪些方面还有不足，从而有利于