通信原理項(xiàng)目報(bào)告

1、.XX 大學(xué) 2013 2014 學(xué)年冬季學(xué)期“通信原理”課程項(xiàng)目報(bào)告課程名稱：通信原理課程編號(hào)：XXXXXXXX項(xiàng)目名稱和內(nèi)容：搭建一個(gè)在高斯信道中傳輸?shù)臅r(shí)分（或頻分或碼分）復(fù)用頻帶傳輸系統(tǒng)，并測(cè)試其性能。 （碼速率、調(diào)制方式、時(shí)分復(fù)用路數(shù)、信號(hào)功率和噪聲功率自定）。要求：1、 搭建包括發(fā)送、信道、接收在內(nèi)的完整系統(tǒng)。2、 系統(tǒng)性能用表格或曲線表達(dá)。3、 鼓勵(lì)利用硬件完成。4、 撰寫項(xiàng)目報(bào)告（含摘要、概述、內(nèi)容、測(cè)試結(jié)果與分析、結(jié)論與感想）。5、 使用教學(xué)專用實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上交項(xiàng)目報(bào)告。評(píng)語 :成 績:任課教師 :.評(píng)閱日期 :.通信原理項(xiàng) -時(shí)分復(fù)用2014/2/25摘要：本通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練對(duì)M

2、ATLAB 軟件以及 Simulimk 工具的特點(diǎn)及其應(yīng)用進(jìn)行了簡(jiǎn)單介紹及說明，詳細(xì)的介紹了時(shí)分多路系統(tǒng)的原理和所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，最后運(yùn)Simulink 工具模塊搭建時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)，對(duì)本系統(tǒng)進(jìn)行了仿真。1. 引言1.1Matlab 概述MATLAB 是由美國 mathworks 公司發(fā)布的主要面對(duì)科學(xué)計(jì)算、 可視化以及交互式程序設(shè)計(jì)的高科技計(jì)算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計(jì)算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動(dòng)態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強(qiáng)大功能集成在一個(gè)易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計(jì)以及必須進(jìn)行有效數(shù)值計(jì)算的眾多科學(xué)領(lǐng)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(tǒng)非交互式程序設(shè)計(jì)語言（如C、

3、 Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計(jì)算軟件的先進(jìn)水平。1.2Simulink概述Simulink 是 MATLAB 最重要的組件之一，它提供一個(gè)動(dòng)態(tài)系統(tǒng)建模、仿真和綜合分析的集成環(huán)境。在該環(huán)境中，無需大量書寫程序，而只需要通過簡(jiǎn)單直觀的鼠標(biāo)操作，就可構(gòu)造出復(fù)雜的系統(tǒng)。Simulink 具有適應(yīng)面廣、結(jié)構(gòu)和流程清晰及仿真精細(xì)、貼近實(shí)際、效率高、靈活等優(yōu)點(diǎn)，并基于以上優(yōu)點(diǎn)Simulink 已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號(hào)處理的復(fù)雜仿真和設(shè)計(jì)。同時(shí)有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被要求應(yīng)用于Simulink 。Simulink 應(yīng)用及特點(diǎn)Simulink® 是用于動(dòng)態(tài)系統(tǒng)和嵌入

4、式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計(jì)工具。對(duì)各種時(shí)變系統(tǒng)，包括通訊、控制、信號(hào)處理、視頻處理和圖像處理系統(tǒng)，Simulink 提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對(duì)其進(jìn)行設(shè)計(jì)、仿真、執(zhí)行和測(cè)試。構(gòu)架在 Simulink 基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴(kuò)展了 Simulink 多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計(jì)、執(zhí)行、驗(yàn)證和確認(rèn)任務(wù)的相應(yīng)工具。 Simulink 與 MATLAB® 緊密集成，可以直接訪問 MATLAB 大量的工具來進(jìn)行算法研發(fā)、 仿真的分析和可視化、 批處理腳本的.創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號(hào)參數(shù)和測(cè)試數(shù)據(jù)的定義。2. 課程項(xiàng)目的目的課程項(xiàng)目的要求和目的是搭建一個(gè)在高斯信道中傳輸?shù)臅r(shí)

5、分（或頻分或碼分）復(fù)用頻帶傳輸系統(tǒng)，并測(cè)試其性能。我們小組經(jīng)過討論，覺得通過時(shí)分復(fù)用的的方式實(shí)現(xiàn)對(duì)于課本知識(shí)的使用更加豐富。主要用的是模擬信號(hào)的數(shù)字化，數(shù)字信號(hào)的頻帶傳輸以及同步應(yīng)用。本次項(xiàng)目我們通過simulink 進(jìn)行搭建，無需代碼，通過簡(jiǎn)易的視窗來搭建時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)。其基本框架參照了課表現(xiàn)代通信原理P136-138 。通過抽樣，時(shí)分復(fù)用，編碼，調(diào)制，高斯信道，解調(diào)，驛馬，分路器，低通濾波實(shí)現(xiàn)兩路信號(hào)的時(shí)分復(fù)用。通過示波器觀看輸入輸出波形，通過顯示器查看誤碼率。3. 概述時(shí)分復(fù)用是多路信號(hào)在時(shí)間位置上分開，它們所占用的頻帶是公共的，時(shí)分復(fù)用信號(hào)在頻率上重疊，但在時(shí)間上是不重疊的。在相鄰抽樣脈

6、沖之間存在時(shí)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(hào)的抽樣脈沖，只要抽樣脈沖之間相互不混淆.在時(shí)間上分開的，在接收端就可以想法把各種信號(hào)分開，最后實(shí)現(xiàn)恢復(fù)各路原始信號(hào)。這就是時(shí)分復(fù)用原理。如圖3.1，圖 3.2。值得注意的是抽樣脈沖要符合抽樣定理：一個(gè)頻帶限制在 0 到 fm 以內(nèi)的低通模擬信號(hào) x(t),可以用時(shí)間上離散的抽樣值來傳輸，抽樣值中包含有 x(t)的全部信息。 當(dāng)抽樣頻率 fs 2fm 時(shí)，可以從已抽樣的輸出信號(hào)中用一個(gè)帶寬為 fm B fs fm 的理想低通濾波器不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。圖 3.1 時(shí)分復(fù)用示意圖.圖 3.2 時(shí)分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)4. 基本原理介紹假

7、設(shè)有 N 路 PCM 信號(hào)進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用，系統(tǒng)框圖如圖4.1 所示。 各路信號(hào)首先通過相應(yīng)的低通濾波器使之變?yōu)橄迬盘?hào)，然后送到抽樣電子開關(guān)，電子開關(guān)每Ts 秒將各路信號(hào)依次抽樣一次，這樣 N 個(gè)樣值按先后順序錯(cuò)開插入抽樣間隔Ts，之內(nèi)，最后得到的復(fù)用信號(hào)是N 個(gè)抽樣信號(hào)之和。在接收端，合成的多路復(fù)用信號(hào)由與發(fā)送端同步的分路轉(zhuǎn)換開關(guān)區(qū)分不同路的信號(hào)，把各路信號(hào)的抽樣脈沖序列分離出來，再用低通濾波器恢復(fù)各路所用的信號(hào)。圖 4.1時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)框圖多路復(fù)用信號(hào)可以直接送到某些信道傳輸， 或者經(jīng)過調(diào)制變換成適合于某些信道傳輸?shù)男问皆谶M(jìn)行傳輸。傳輸接收端的任務(wù)是將接收到的信號(hào)經(jīng)過解調(diào)或經(jīng)過適當(dāng)?shù)姆醋儞Q

8、后恢復(fù)出原始多路信號(hào)。本項(xiàng)目就是實(shí)現(xiàn)調(diào)制后再通過高斯信道，通過解調(diào)后再譯碼。5. 仿真實(shí)驗(yàn)方法用 simulink 進(jìn)行多路時(shí)分復(fù)用的搭建，分為以下模塊。信號(hào)發(fā)生器低通限頻濾波器器時(shí)分復(fù)用TDM編碼調(diào)制.高斯信道示波器低通濾波器分路器譯碼解調(diào)其整個(gè) simulink 搭建的系統(tǒng)如下：5.1 信號(hào)發(fā)生器本項(xiàng)目時(shí)分復(fù)用采取兩路信號(hào)正弦波與鋸齒波。正弦波（sine wave ）幅度為1，頻率為10*pi ；鋸齒波周期為0.1。正弦波鋸齒波5.2 低通限帶濾波器通過低通濾波器將信號(hào)頻帶限制以內(nèi)，以防止高于的信號(hào)通過，避免抽樣后的PAM 信號(hào)產(chǎn)生折射噪聲。.低通限帶濾波器5.3 時(shí)分復(fù)用TDM下圖所示是

9、時(shí)分多址通信系統(tǒng)的仿真模型：二個(gè)信號(hào)發(fā)生器分別產(chǎn)生正弦波、鋸齒波，分別進(jìn)入 Subsystem（時(shí)分多址）模塊（Subsystem（時(shí)分多址）模塊的結(jié)構(gòu)。Subsystem（時(shí)分多址）模塊中， Pulse Generator（脈沖發(fā)生器）產(chǎn)生占空比為50%，頻率為 1/400的周期方波。方波分成二路： 本身是一路； 延遲 1 個(gè)方波寬度的信號(hào)是另外一路，參看。兩路時(shí)間錯(cuò)開 1/800 的方波，被用作二個(gè)觸發(fā)門控電路的門控信號(hào)，相當(dāng)于把二路信號(hào)分配到寬度為 1/800 的相鄰的時(shí)隙中。時(shí)分多址MergeMerge 二路合一，輸入編碼模塊。5.4 編碼通過量化，編碼，二進(jìn)制轉(zhuǎn)變比特率。.編碼Qua

10、ntizerQuantizersample time為 1/800 。5.5 調(diào)制調(diào)制zero-order holdzero-order holdsample time為 1/800 。5.6 高斯白噪聲信道高斯白噪聲 中的高斯是指概率分布是正態(tài)函數(shù)， 而白噪聲是指它的二階矩不相關(guān)， 一階矩為常數(shù)，是指先后信號(hào)在時(shí)間上的相關(guān)性。5.7 解調(diào)解調(diào)模塊zero-order holdzero-order holdsample time為 1/800 。.5.8 譯碼5.9 分路器這里用到的和時(shí)分復(fù)用TDM 相同，它將收到的時(shí)分復(fù)用信號(hào)中各路信號(hào)樣值序列分離并送到響應(yīng)的通路上。5.10 低通濾波器通過

11、低通濾波器生成原始信號(hào)6. 測(cè)試結(jié)果與分析Scope 顯示結(jié)果如下Display 顯示誤碼率如下.從波形上看失真不大。誤碼率為0.02 左右。此次仿真基本上算成功的，存在誤碼的原因是因?yàn)榧尤肓烁蓴_量。我們添加限帶濾波器和低通濾波器就是為了減少干擾。正因?yàn)檫@些元素的加入，本次仿真效果還是不錯(cuò)的。7. 結(jié)論與感想本次實(shí)驗(yàn)我們學(xué)會(huì)了 simulink 的應(yīng)用，熟悉軟件功能與特點(diǎn)。通過時(shí)分復(fù)用的設(shè)計(jì)，對(duì)于模擬信號(hào)數(shù)字化的過程理解更加透徹，抽樣，量化，編碼。時(shí)分復(fù)用中抽樣時(shí)必須注意其采樣頻率，這樣才能最后恢復(fù)原信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用是按傳輸信號(hào)的時(shí)間進(jìn)行分割的，它使不同的信號(hào)在不同的時(shí)間內(nèi)傳送，將整個(gè)傳輸時(shí)

12、間分為多時(shí)間間隔，即時(shí)隙。每個(gè)時(shí)間片被一路信號(hào)占用，通過在時(shí)間上交叉發(fā)送每一路信號(hào)的一部分來實(shí)現(xiàn)一條電路傳送多路信號(hào)的。完成本次課設(shè)需要在掌握 Simulink 仿真軟件的基礎(chǔ)上利用該軟件對(duì)時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)進(jìn)行仿真，實(shí)現(xiàn)對(duì)輸入信號(hào)的復(fù)用和解復(fù)用。當(dāng)然在使用simulink時(shí)也遇到很多問題，在時(shí)分復(fù)用時(shí)，由于延時(shí)設(shè)定的有誤差，導(dǎo)致仿真出錯(cuò)，后來選擇選擇占空比為50%，時(shí)延半個(gè)周期后才得以成功，在編碼譯碼時(shí)的sample time 也要有相同的延時(shí)。在編碼后我曾經(jīng)直接通過高斯信道，仿真出錯(cuò)，后來咨詢了其他人后，知道要先調(diào)制才能輸入高斯信道。最后加上解調(diào)，驛碼就能得到最后結(jié)果。當(dāng)然遇到的問題不止這些，但是通過小組合作以及查閱資料，我們很好的完成了本次項(xiàng)目，團(tuán)隊(duì)精神進(jìn)一步加深，也對(duì)整個(gè)現(xiàn)代通信原理這本書有了深刻的認(rèn)識(shí)。.參考文獻(xiàn)：1 ：李穎潔 鄒雪妹 趙恒凱 余小清等 現(xiàn)代通信原理