远距离数字带通通信系统设计毕业论文

远距离通数字带通信系统设计项目名称远距离通信系统设计姓名课程名称通信原理指导教师2015年5月远距离数字带通通信系统设计作者（燕山大学信息科学与工程学院）摘要本组设计远距离通信系统为数字带通语音通信系统，传输信道为光纤信道。传输过程为语音经过模数转换变为离散的数字信号，利用差分脉冲编码技术对语音信号编码，为增加码元抗加性干扰能力，使用纠错编码技术，为实现信号的远距离传输，使用二进制差分相移键控调制，传输信道为光纤信道，信号到达接收端，采用相干解调加码反变换法解调。关键词数字带通通信、差分脉冲调制、分组码、2DPSK调制解调、光纤信道1前言本次远距离通信系统设计，我组选择数字带通语音通信系统设计，采用干扰低、带宽大的光纤信道进行传输。系统主要模块可分为数模与模数，差分脉冲编码调制与解调，信道编码采用分组码实现纠错检错功能，带通调制方式为二进制差分相移键控调制与解调，发射机与接收机为光发射机与光接收机以实语音信号的光线传输。报告对数字系统及光线传输的特点进行总结，阐述整体设计思路，后就每个模块的主要技术及实现进行说明，并选择部分可用设备，同时对增量调制进行绘图说明。2系统整体设计21数字通信系统特点数字通信的主要特点与模拟通信相比，数字通信更能适应现代社会对通信技术越来越高的要求，其特点是I抗干扰能力强，且可消除噪声积累。II差错可控。III易于与各种数字终端接口，用现代计算技术对信号进行处理。IV易于集成化。V易于加密处理。但是，数字通信的许多优点都是用比模拟通信占据更宽的系统频带为代价而换取的。另外，由于数字通信对同步要求高，因而系统设备比较复杂。不过，随着新的宽带传输信道（如光导纤维）的采用、窄带调制技术和超大规模集成电路的发展，数字通信的这些缺点已经弱化，数字通信必将逐步取代模拟通信而占主导地位。22数字通信系统特点光纤通信是利用光波作载波，以光纤作为传输媒质将信息从一处传至另一处的通信方式，被称之为“有线”光通信。当今，光纤以其传输频带宽、抗干扰性高和信号衰减小，而远优于电缆、微波通信的传输，已成为世界通信中主要传输方式。特点为在单位时间内能传输的信息量大。经济。光纤通信的建设费用随着使用数量的增大而降低；体积小、重量轻，施工和维护等都比较方便；使用金属少，抗电磁干扰、抗辐射性强，保密性好等。23总体设计框图依据设计功能，系统总体设计框图如图1。图1整体设计框图3设计实现根据总体设计框图，现将主要模块及功能进行说明音模数转换，分脉冲编码，信道编码，调制，解调，光纤传输31语音模数转换模数转换有称为模拟信号的数字化过程，包含三个步骤抽样、量化和编码。语音传输带宽4KHZ。由奈奎斯特抽样定理确定抽样频率8KHZ。模拟信号抽样后变成在时间上离散的信号，但仍然是模拟信号。这个抽样信号必须经过量化才能成为数字信号。再次我们采用A率13折线量化的方法。图2A率13折线32差分脉冲编码差分脉冲编码调制DPCM，是一种对模拟信号的编码模式,与PCM不同每个抽样值不是独立的编码,而是先根据前一个抽样值计算出一个预测值,再取当前抽样值和预测值之差作编码用此差值称为预测误差抽样值和预测值非常接近因为相关性强,预测误差的可能取值范围比抽样值变化范围小所以可用少几位编码比特来对预测误差编码,从而降低其比特率这是利用减小冗余度的办法,降低了编码比特率。只将前1个抽样值当作预测值P1，A11，这就是DPCM（DIFFERENTIALPULSECODEMODULATION，差分脉冲编码调制）图3差分脉冲编码调制原理方框图DPCM系统工作时，发送端先发送一个起始值X0，接着就只发送预测误差值EK。DPCM的优点是算法简单，容易硬件实现，缺点是对信道噪声很敏感，会产生误差扩散。同时，DPCM的压缩率也比较低。随着变换编码的广泛应用，DPCM的作用已很有限。进一步改善量化性能或压缩数据率的方法是采用自适应量化或自适应预测，即自适应脉冲编码调制（ADPCM）。33信道编码由于移动通信存在干扰和衰落，在信号传输过程中将出现差错，故对数字信号必须采用纠、检错技术，即纠、检错编码技术，以增强数据在信道中传输时抵御各种干扰的能力，提高系统的可靠性。对要在信道中传送的数字信号进行的纠、检错编码就是信道编码。通常纠错码分为两大类，即分组码和卷积码。在移动通信系统中另一种纠错方法就是信令重发，解码时先存储再逐位判决，如重发五次，三次或三次以上均为1，则判1。信道编码之所以能够检出和校正接收比特流中的差错，是因为加入一些冗余比特，把几个比特上携带的信息扩散到更多的比特上。为此付出的代价是必须传送比该信息所需要的更多的比特。分组码将信源的信息序列按照独立的分组进行处理和编码，称为分组码。编码时将每K个信息位分为一组进行独立处理，变换成长度为N（NK）的二进制码组。34调制二进制差分相移键控2DPSK，不是利用载波相位的绝对数值传送数字信息，而是用前后码元的相对载波相位值传送数字信息。所谓相对载波相位是指本码与前一码元初相之差。利用前后相邻码元的载波相位相对变化传递信息，所以又称相对相移键控。假设为当前码元与前一码元的载波相位差，定义数字信息与之间的关系为”表示数字信息“，表示数字信息10,0可举例为002DPSK1或信号相位二进制数字信息A绝对码B相对码T101010111002DPSKC参考图4原理举例对于相同数字信号序列，由于序列初始码元的参考相位不同，2DPSK信号的相位也可以不同。也就是说，2DPSK信号的相位并不直接代表基带信号，而前后码元相对相位的差才唯一决定信息符号。35解调2DPSK的解调采用相干解调（极性比较法）加码反变换法。其解调是对2DPSK信号进行相干解调，恢复出相对码，再经码反变换器变换为绝对码，从而恢复出发送的二进制数字信息。在解调过程中，由于载波相位模糊性的影响，是得解调出的相对码也可能是“1”，“0”倒置，但经差分译码（码反变换）得到的绝对码不会发生任何倒置的现象，从而解决了载波相位模糊性带来的问题。2DPSK的相干解调的器原理框图和和各点波形如图所示图5解调方式原理方框图ABCDTE110T10101000111F10相对码）绝对码）图6点输出波形示例36光纤传输光纤传输系统是数字通信的理想通道。与模拟通信相比较，数字通信有很多的优点，灵敏度高、传输质量好。因此，大容量长距离的光纤通信系统大多采用数字传输方式。1光发信机光发信机是实现电/光转换的光端机。它由光源、驱动器和调制器组成。其功能是将来自于电端机的电信号对光源发出的光波进行调制，成为已调光波，然后再将已调的光信号耦合到光纤或光缆去传输。电端机就是常规的电子通信设备。2光收信机光收信机是实现光/电转换的光端机。它由光检测器和光放大器组成。其功能是将光纤或光缆传输来的光信号，经光检测器转变为电信号，然后，再将这微弱的电信号经放大电路放大到足够的电平，送到接收端的电端汲去。3光纤或光缆光纤或光缆构成光的传输通路。其功能是将发信端发出的已调光信号，经过光纤或光缆的远距离传输后，耦合到收信端的光检测器上去，完成传送信息任务。4中继器中继器由光检测器、光源和判决再生电路组成。它的作用有两个一个是补偿光信号在光纤中传输时受到的衰减；另一个是对波形失真的脉冲近行整形。5光纤连接器、耦合器等无源器件由于光纤或光缆的长度受光纤拉制工艺和光缆施工条件的限制，且光纤的拉制长度也是有限度的（如1KM。因此一条光纤线路可能存在多根光纤相连接的问题。于是，光纤间的连接、光纤与光端机的连接及耦合，对光纤连接器、耦合器等无源器件的使用是必不可少的。4可用设备41信源编码器图7NOCH50002MHT内密控增量式编码器NOCH50002MHT内密控增量式编码器增量式编码器是将位移转换成周期性的电信号，再把这个电信号转变成计数脉冲，用脉冲的个数表示位移的大小。编码器是把角位移或直线位移转换成电信号的一种装置。前者成为码盘，后者称码尺按照读出方式编码器可以分为接触式和非接触式两种接触式采用电刷输出，一电刷接触导电区或绝缘区来表示代码的状态是“1”还是“0”；非接触式的接受敏感元件是光敏元件或磁敏元件，采用光敏元件时以透光区和不透光区来表示代码的状态是“1”还是“0”。42光发射机万隆品牌型号T1550B，光发射机可选，其参数指标如下图8T1550B工作波长1550输出光功率410整机功耗220光连接器类型FC/APC或SC/APC适用工作温度045外形尺寸（MM）483（L）380（W）44（H）43光接收机万隆WR1004DJ1GHZ，其参数指标如下图9万隆WR1004DJ光波长92DBM接收机输出电平90输入光功率718光连接器类型SC/APC射频输出阻抗75输出反射损耗14功耗3外形尺寸（MM）10567245增量调制波形绘制利用MATLAB绘图工具，对增量调制波形进行仿真绘制，程序见附录。00002000400060008001001200140016001800221012二二二二二二二二二二00002000400060008001001200140016001800221012二二二二二二二二二二二00002000400060008001001200140016001800221012二二二二二二二二二二二二二二二二/S图10增量调制波形绘制6收获与总结此次通信原理三级项目的实施，使我们加强了对书本理论知识的理解，学会了查找资料、方案比较以及设计计算，进一步提高了分析解决实际问题的能力，给我们创造了一个动手实践的机会，锻炼了解决实际问题的本领，真正实现了由课本知识向实际能力的转化；通过对远距离数字带通通信系统的设计，掌握了数字通通信系统的构成，学会了通信编码方式，同时对光纤传输有了更进一步的认识。作为一个小的团队，在短时间内完成一项精细的项目，分工与配合非常重要，通过此次项目的实践过程，团队成员之间增加了了解，增进了友谊，增长了知识。在团队合作中做到了个人的扬长避短，各尽其能；做到了团队的求同存异，去粗取精。同时在项目实践中得到任课教师许成谦老师耐心细致的指导，让我们受益良多。参考文献1樊昌信，通信原理，北京，业出版社，2014年。附录CLEARALLTS0001T0TS20TSXSIN2PI50T05SIN2PI150TDELTA04D1LENGTHT0FORK1LENGTHTEKXKDKE_QKDELTA2EK01DK1E_QKDKCODEOUTKE_QK0ENDSUBPLOT3,1,1PLOTT,X,PAXIS020TS22