DPSK時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì).doc

課 程 設(shè) 計(jì)課程名稱 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 課題名稱 DPSK時(shí)分復(fù)用通信 系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 專 業(yè) 電子信息工程 班 級(jí) 0801班 學(xué) 號(hào) 22 姓 名 王根文 指導(dǎo)教師 浣喜明 2011年12月28日湖南工程學(xué)院課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書課程名稱 專業(yè)課程設(shè)計(jì) 題 目 DPSK時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)的研究與設(shè)計(jì) 專業(yè)班級(jí) 電子信息 0801 學(xué)生姓名 曾炳輝 指導(dǎo)老師 浣 喜 明 審 批 任務(wù)書下達(dá)日期 2011年 12 月 10日設(shè) 計(jì) 完成日期 2011年 12 月 30 日 設(shè)計(jì)內(nèi)容與設(shè)計(jì)要求一、設(shè)計(jì)內(nèi)容：設(shè)計(jì)一個(gè)DPSK時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)，包括數(shù)字信源、數(shù)字終端、DPSK調(diào)制、DPSK解調(diào)、位同步及幀同步模塊。1、設(shè)計(jì)系統(tǒng)方框圖以及各單元電路圖；2、應(yīng)用SystemVIEW軟件對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行仿真。二、設(shè)計(jì)要求1、設(shè)計(jì)思路清晰，給出系統(tǒng)框圖以及各單元電路圖；2、給出SystemVIEW仿真結(jié)果；3、撰寫設(shè)計(jì)說明書。主要設(shè)計(jì)條件電腦一臺(tái)（已裝有SystemVIEW軟件）；通信原理實(shí)驗(yàn)箱一個(gè)；說明書格式1. 課程設(shè)計(jì)封面；2. 任務(wù)書；3. 說明書目錄；4. 設(shè)計(jì)基本原理與系統(tǒng)框圖。5. 各單元電路設(shè)計(jì)；6. SystemVIEW仿真結(jié)果；7. 總結(jié)與體會(huì)；8. 附錄；9. 參考文獻(xiàn)。進(jìn)度安排12月10日：下達(dá)設(shè)計(jì)任務(wù)書，介紹課題內(nèi)容與要求； 12月11日12月25日：查找資料，設(shè)計(jì)系統(tǒng)框圖、各單元電路、利用實(shí)驗(yàn)裝置對(duì)系統(tǒng)進(jìn)行調(diào)試。；12月26日12月29日：編寫并打印設(shè)計(jì)報(bào)告；12月30日：答辯。參考文獻(xiàn)1、樊昌信主編，通信原理，國防工業(yè)出版社。2、SystemVIEW使用手冊(cè)。3、浣喜明主編，通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書，湖南工程學(xué)院。目 錄1.引言51.1 關(guān)于2DPSK51.2 2DPSK基本原理框圖52.單元電路設(shè)計(jì)62.1 數(shù)字信源單元電路設(shè)計(jì)62.2 2DPSK數(shù)字調(diào)制單元電路設(shè)計(jì)72.3 載波同步提取單元電路設(shè)計(jì)82.4 2DPSK相干解調(diào)單元電路設(shè)計(jì)82.5 位同步提取單元電路設(shè)計(jì)92.6 幀同步單元電路設(shè)計(jì)102.7 數(shù)字終端單元電路設(shè)計(jì)123.系統(tǒng)仿真134.實(shí)驗(yàn)心得15第一章 DPSK時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)基本原理1.1 時(shí)分復(fù)用（TDM）時(shí)分復(fù)用TDM是采用同一物理連接的不同時(shí)段來傳輸不同的信號(hào)，也能達(dá)到多路傳輸?shù)哪康?。時(shí)分多路復(fù)用以時(shí)間作為信號(hào)分割的參量，故必須使各路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊。 時(shí)分多路復(fù)用適用于數(shù)字信號(hào)的傳輸。由于信道的位傳輸率超過每一路信號(hào)的數(shù)據(jù)傳輸率,因此可將信道按時(shí)間分成若干片段輪換地給多個(gè)信號(hào)使用。每一時(shí)間片由復(fù)用的一個(gè)信號(hào)單獨(dú)占用,在規(guī)定的時(shí)間內(nèi),多個(gè)數(shù)字信號(hào)都可按要求傳輸?shù)竭_(dá),從而也實(shí)現(xiàn)了一條物理信道上傳輸多個(gè)數(shù)字信號(hào)。假設(shè)每個(gè)輸入的數(shù)據(jù)比特率是9. 6kbit / s ,線路的最大比特率為76. 8 kbit / s ,則可傳輸8 路信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用的原理示意圖如圖1.1（a）所示，時(shí)分復(fù)用示意圖見圖1.1（b）。 圖1.1 時(shí)分復(fù)用原理示意圖以電話通信為例說明時(shí)分多路復(fù)用的過程：發(fā)送端的各路話音信號(hào)經(jīng)低通濾波器將帶寬限制在3400Hz 以內(nèi)，然后加到勻速旋轉(zhuǎn)的電子開關(guān) SA1上，依次接通各路信號(hào)，它相當(dāng)于對(duì)各路信號(hào)按一定的時(shí)間間隙進(jìn)行抽樣。SA1旋轉(zhuǎn)一周的時(shí)間為一個(gè)抽樣周期T，這樣就做到了對(duì)每一路信號(hào)每隔周期T 時(shí)間抽樣一次，此時(shí)間周期稱為1幀長(zhǎng)。發(fā)送端電子開關(guān) SA1不僅起到抽樣作用，同時(shí)還要起到復(fù)用和合路的作用。合路后的抽樣信號(hào)送到編碼器進(jìn)行量化和編碼，然后，將信號(hào)碼流送往信道。在接收端，將各分路信號(hào)碼進(jìn)行統(tǒng)一譯碼，還原后的信號(hào)由分路開關(guān)SA2依次接通各分路，在各分路中經(jīng)低通濾波器將重建的話音信號(hào)送往收端用戶。在上述過程中，應(yīng)該注意的是，發(fā)、收雙方的電子開關(guān)的起始位置和旋轉(zhuǎn)速率都必須一致，否則將會(huì)造成錯(cuò)收，這就是PCM系統(tǒng)中的同步要求。收、發(fā)兩端的數(shù)碼率或時(shí)鐘頻率相同叫位同步或稱比特同步，也可通俗的理解為兩電子開關(guān)旋轉(zhuǎn)速率相同；收、發(fā)兩端的起始位置是每隔1幀長(zhǎng)（即每旋轉(zhuǎn)一周）核對(duì)一次的，此稱幀同步。這樣才一能保證正確區(qū)分收到的哪8位碼是屬于一個(gè)樣值的，又是屬于哪一路的。為了完成上述同步功能，在接收端還需設(shè)有兩種裝置：一是同步碼識(shí)別裝置，識(shí)別接收的 PCM信號(hào)序列中的同步標(biāo)志碼的位置；二是調(diào)整裝置，當(dāng)收、發(fā)兩端同步標(biāo)志碼位置不對(duì)應(yīng)時(shí)，需在收端進(jìn)行調(diào)整使其兩者位置相對(duì)應(yīng)。以上兩種裝置統(tǒng)稱為幀同步電路。時(shí)分多路復(fù)用不僅局限于傳輸數(shù)字信號(hào)，也可同時(shí)交叉?zhèn)鬏斈M信號(hào)。 1.2 DPSK時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)1.2.1 基本原理與構(gòu)成DPSK系統(tǒng)中包含數(shù)字信源、數(shù)字調(diào)制、載波同步、2DPSK解調(diào)、位同步、幀同步及數(shù)字終端等七個(gè)單元。兩路信號(hào)時(shí)分復(fù)用2DPSK通信系統(tǒng)原理框圖如圖1.2所示。數(shù)字信源單元提供的兩路信號(hào)通過復(fù)接器復(fù)接成一路信號(hào)m(t)，m(t)為時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶信號(hào)NRZ碼。發(fā)濾波器及收濾波器的作用于基帶系統(tǒng)相同。設(shè)計(jì)時(shí)假設(shè)信道是理想的，收、發(fā)端都無帶通濾波器。發(fā)端時(shí)分復(fù)用數(shù)字基帶信號(hào)m(t)經(jīng)過2DPSK調(diào)制后用發(fā)濾波器進(jìn)行平滑處理再通過信道進(jìn)行傳輸。收端收到2DPSK信號(hào)先通過收濾波器去噪，再要進(jìn)行2DPSK解調(diào)，解調(diào)后又恢復(fù)出數(shù)字基帶信號(hào)m(t)，m(t)通過分接器又可產(chǎn)生兩路單極性非歸零碼。1.2.2 系統(tǒng)組成框圖DPSK時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)由加入了位同步和幀同步的復(fù)接器與分接器、2DPSK調(diào)制解調(diào)器、收發(fā)濾波器以及信道這些部分構(gòu)成，其具體連接如圖1.2所示。圖1.2 DPSK時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)框圖第二章 系統(tǒng)各單元電路的設(shè)計(jì)2.1 數(shù)字信源單元電路設(shè)計(jì)數(shù)字信源單元向數(shù)字調(diào)制單元提供數(shù)字基帶信號(hào)（NRZ碼）和位同步信號(hào)。提供的NRZ信號(hào)為集中插入幀同步碼時(shí)分復(fù)用信號(hào)，實(shí)驗(yàn)電路中數(shù)據(jù)碼用紅色二極管指示，幀同步碼及無定義位用綠色發(fā)光二極管指示，發(fā)光二極管亮狀態(tài)表示1碼，熄滅狀態(tài)表示0碼.數(shù)字信源單元的框圖及電路原理圖如圖2.1所示。圖2.1 數(shù)字信源單元的框圖及電路原理圖2.2 2DPSK數(shù)字調(diào)制單元電路設(shè)計(jì)2DPSK數(shù)字調(diào)制是利用前后相鄰的碼元的相對(duì)載波相位值去表示數(shù)字信息的一種數(shù)字調(diào)制方式。即用前后兩個(gè)碼元之間的相位差來表示碼元的值“0”和“1”。例如，假設(shè)相差值“”表示符號(hào)“1”，相差值“0”表示符號(hào)“0”。調(diào)制模塊將輸入的絕對(duì)碼AK(NRZ碼)變?yōu)橄鄬?duì)碼BK,用鍵控法產(chǎn)生2DPSK信號(hào)。 2DPSK數(shù)字調(diào)制單元方框圖及原理圖如圖2.2所示。（a） 2DPSK數(shù)字調(diào)制單元方框圖（b） 數(shù)字調(diào)制單元電路原理圖圖2.2 數(shù)字調(diào)制單元電路設(shè)計(jì)圖2.3 載波同步提取單元電路設(shè)計(jì)通信系統(tǒng)中常用平方環(huán)法和同相正交環(huán)從2DPSK信號(hào)中提取相干載波。這里用平方環(huán)法實(shí)現(xiàn)系統(tǒng)的載波提取。載波同步方框圖及電路原理圖如圖2.3所示。圖2.3 載波同步單元方框圖2.4 2DPSK相干解調(diào)單元電路設(shè)計(jì)可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法（相位比較法）解調(diào)2DPSK信號(hào)。在相位比較法中要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當(dāng)此關(guān)系不能滿足時(shí)只能用相干解調(diào)法。這里采用相干解調(diào)法。解調(diào)過程為：2DPSK信號(hào)先經(jīng)過帶通濾波器，濾除調(diào)制信號(hào)頻帶以外的在信道中混入的噪聲信號(hào)，得到干凈的2DPSK信號(hào)再與本地載波相乘從而去掉調(diào)制信號(hào)中的載波成分，再經(jīng)過低通濾波器濾除相乘后信號(hào)中的高頻分量，得到包含基帶信號(hào)的低頻信號(hào)，將其送入抽樣判決器中進(jìn)行抽樣判決得到基帶信號(hào)的差分碼，最后經(jīng)過你碼變換器，就得到了基帶信號(hào)。2DPSK相干解調(diào)的方框圖及電路原理圖如圖2.4所示。帶通濾波相乘低通濾波本地載波提取抽樣判決逆碼變換（a） 2DPSK相干解調(diào)方框圖（b） 2DPSK相干解調(diào)電路原理圖圖2.4 2DPSK相干解調(diào)電路單元設(shè)計(jì)圖2.5 位同步提取單元電路設(shè)計(jì)可用窄帶帶通濾波器，鎖相環(huán)來提取位同步信號(hào)。鎖相環(huán)可以用模數(shù)混合鎖相環(huán)，它要求輸入信號(hào)是一個(gè)準(zhǔn)周期數(shù)字信號(hào)；鎖相環(huán)也可以使用模擬環(huán)，它要求輸入信號(hào)準(zhǔn)周期信號(hào)；鎖相環(huán)還可以用數(shù)字鎖相環(huán)，它不要求輸入信號(hào)為周期信號(hào)或準(zhǔn)周期信號(hào)，且其工作頻率低于模數(shù)環(huán)和模擬環(huán)。用于提取位同步信號(hào)的數(shù)字環(huán)有超前滯后型和觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，這里使用觸發(fā)器型數(shù)字環(huán)，因?yàn)樗哂胁蹲綍r(shí)間短，抗噪能力強(qiáng)等優(yōu)點(diǎn)。位同步器的方框圖和原理電路圖如圖2.5所示。（a） 位同步器方框圖（b） 位同步提取單元電路原理圖圖2.5 位同步單元設(shè)計(jì)原理與框圖2.6 幀同步單元電路設(shè)計(jì)在時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)中，為了正確地傳輸信息，必須在信息碼流中插入一定數(shù)量的幀同步碼，可以集中插入也可分散插入。這里幀同步識(shí)別碼采用7位巴克碼，集中插入到每幀的第2至第8個(gè)碼元位置上。幀同步單元的原理方框圖及電路圖如圖2.6所示。（a） 幀同步單元原理框圖（b）幀同步單元電路原理圖圖2.6 幀同步單元電路框圖和原理圖2.7 數(shù)字終端單元電路設(shè)計(jì)數(shù)字終端單元工作原理：它輸入單極性非歸零信號(hào)、位同步信號(hào)和幀同步信號(hào)，把兩路數(shù)據(jù)信號(hào)從時(shí)分復(fù)用信號(hào)中分離出來。輸出兩路串行數(shù)據(jù)信號(hào)和兩個(gè)8位的并行數(shù)據(jù)信號(hào)。兩個(gè)并行信號(hào)驅(qū)動(dòng)16個(gè)發(fā)光二極管，上邊8個(gè)發(fā)光二極管顯示第一路數(shù)據(jù)，右邊8個(gè)二極管顯示第二路數(shù)據(jù)，二極管亮狀態(tài)表示“1”，熄滅表示狀態(tài)“0”。此單元包含有分接器和顯示的功能。數(shù)字終端單元的原理框圖與電路原理圖如圖2.7所示。圖2.7 數(shù)字終端單元原理框圖第三章 系統(tǒng)仿真2DPSK數(shù)字調(diào)制和相干解調(diào)的系統(tǒng)仿真。系統(tǒng)仿真連接圖及仿真波形圖如圖3.1所示。3.1 SystemView 仿真系統(tǒng)連接截圖數(shù)字基帶信號(hào)（Sink1）的仿真波形如圖3.2所示。圖3.2 數(shù)字基帶信號(hào)仿真波形2DPSK信號(hào)（Sink12）的仿真波形如圖3.3.所示。圖3.3 2DPSK信號(hào)仿真波形 2DPSK信號(hào)與載波相乘后的信號(hào)（Sink18）的仿真波形如圖3.4所示。圖3.4 2DPSK信號(hào)與載波相乘后的信號(hào)仿真波形低通濾波后的信號(hào)（Sink19）仿真波形如圖3.5所示。 圖3.5 低通濾波后的信號(hào)仿真波形解調(diào)后得到的基帶信號(hào)（Sink26）的仿真波形如圖3.6所示。 圖3.6 解調(diào)后得到的基帶信號(hào)仿真波形第四章 總結(jié)與體會(huì) 不經(jīng)意間,為期兩周的課程設(shè)計(jì)已經(jīng)接近尾聲。我不僅在理論知識(shí)上又加強(qiáng)了學(xué)習(xí)，而且對(duì)Systemview軟件的使用有了更好的掌握。同時(shí)在這次設(shè)計(jì)中，我學(xué)到了在設(shè)計(jì)這種思維很嚴(yán)密的報(bào)告中一定要按照老師給的要求和步驟一步一步的走下去。自己在動(dòng)手之前一定要先有一個(gè)總體的設(shè)計(jì)，總的框架圖，這樣在設(shè)計(jì)中不至于手忙腳亂的或者丟三落四的。一開始，就翻箱倒柜的把通信原理書和通信原理實(shí)驗(yàn)書拿出來，看了一段時(shí)間，把先前的知識(shí)撿回來。有時(shí)真想就此罷休，然而，就在想要放棄的那一刻，我明白了，原來結(jié)果并不那么重要，我們更應(yīng)該注重的是這一整個(gè)過程，注重在過程中應(yīng)該學(xué)到什么東西。還有，在檢查時(shí)應(yīng)該從那些方面著手，應(yīng)注意那些細(xì)節(jié)問題等，這才是我們?cè)O(shè)計(jì)的關(guān)鍵所在，慢慢的在適應(yīng)了這種思想之后，就開始學(xué)的堅(jiān)強(qiáng)起來，而且覺得有些問題并不像想象的那樣可怕，經(jīng)過兩個(gè)星期的努力，設(shè)計(jì)總算是完成了，當(dāng)然這里面也有老師的不少幫助。大部分的人認(rèn)為大四了隨意就行，我卻不這么認(rèn)為。正是因?yàn)榇笏牧?，正是因?yàn)樵诖髮W(xué)里我們已經(jīng)只有有限的時(shí)間去學(xué)習(xí)了，我們應(yīng)該抓住每一次有限的機(jī)會(huì)，多學(xué)一份只是來充實(shí)自己，武裝自己。這次理論和實(shí)踐相結(jié)合的設(shè)計(jì)中，我也發(fā)現(xiàn)自己在Systemview軟件的使用上得到了很大的提高。并且，要加強(qiáng)自己的理論知識(shí)，在以后的設(shè)計(jì)中，不至于走過多的岔路。兩個(gè)星期，我已經(jīng)盡自己的努力學(xué)習(xí)了應(yīng)該學(xué)習(xí)的知識(shí)和技能。相信這些，可以在后的工作中帶給我便利。非常感謝指導(dǎo)老師在這兩個(gè)星期里的諄諄教導(dǎo)，老師，總是為成就學(xué)生而奉獻(xiàn)！同時(shí)，也要感謝在這次課程設(shè)計(jì)過程中給過我指導(dǎo)和幫助的同學(xué)，是你們的幫助才讓我可以更加順利