通信原理項目報告

XX大學(xué)2023～2023學(xué)年冬季學(xué)期“通信原理”課程項目報告課程名稱：《通信原理》課程編號：XXXXXXXX項目名稱和內(nèi)容：搭建一個在高斯信道中傳輸?shù)臅r分（或頻分或碼分）復(fù)用頻帶傳輸系統(tǒng)，并測試其性能。（碼速率、調(diào)制方式、時分復(fù)用路數(shù)、信號功率和噪聲功率自定）。規(guī)定：搭建涉及發(fā)送、信道、接受在內(nèi)的完整系統(tǒng)。系統(tǒng)性能用表格或曲線表達。鼓勵運用硬件完畢。撰寫項目報告（含摘要、概述、內(nèi)容、測試結(jié)果與分析、結(jié)論與感想）。使用教學(xué)專用實驗平臺上交項目報告。評語:成績:任課教師:評閱日期:

通信原理項-------時分復(fù)用2023/2/25摘要：本通信系統(tǒng)綜合訓(xùn)練對MATLAB軟件以及Simulimk工具的特點及其應(yīng)用進行了簡樸介紹及說明，具體的介紹了時分多路系統(tǒng)的原理和所涉及的關(guān)鍵技術(shù)，最后運Simulink工具模塊搭建時分復(fù)用系統(tǒng)，對本系統(tǒng)進行了仿真。1.引言1.1Matlab概述MATLAB是由美國mathworks公司發(fā)布的重要面對科學(xué)計算、可視化以及交互式程序設(shè)計的高科技計算環(huán)境。它將數(shù)值分析、矩陣計算、科學(xué)數(shù)據(jù)可視化以及非線性動態(tài)系統(tǒng)的建模和仿真等諸多強大功能集成在一個易于使用的視窗環(huán)境中，為科學(xué)研究、工程設(shè)計以及必須進行有效數(shù)值計算的眾多科學(xué)領(lǐng)域提供了一種全面的解決方案，并在很大限度上擺脫了傳統(tǒng)非交互式程序設(shè)計語言（如C、Fortran）的編輯模式，代表了當(dāng)今國際科學(xué)計算軟件的先進水平。1.2Simulink概述Simulink是MATLAB最重要的組件之一，它提供一個動態(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，而只需要通過簡樸直觀的鼠標(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)和流程清楚及仿真精細、貼近實際、效率高、靈活等優(yōu)點，并基于以上優(yōu)點Simulink已被廣泛應(yīng)用于控制理論和數(shù)字信號解決的復(fù)雜仿真和設(shè)計。同時有大量的第三方軟件和硬件可應(yīng)用于或被規(guī)定應(yīng)用于Simulink。Simulink應(yīng)用及特點Simulink®是用于動態(tài)系統(tǒng)和嵌入式系統(tǒng)的多領(lǐng)域仿真和基于模型的設(shè)計工具。對各種時變系統(tǒng)，涉及通訊、控制、信號解決、視頻解決和圖像解決系統(tǒng)，Simulink提供了交互式圖形化環(huán)境和可定制模塊庫來對其進行設(shè)計、仿真、執(zhí)行和測試。構(gòu)架在Simulink基礎(chǔ)之上的其他產(chǎn)品擴展了Simulink多領(lǐng)域建模功能，也提供了用于設(shè)計、執(zhí)行、驗證和確認任務(wù)的相應(yīng)工具。Simulink與MATLAB®緊密集成，可以直接訪問MATLAB大量的工具來進行算法研發(fā)、仿真的分析和可視化、批解決腳本的創(chuàng)建、建模環(huán)境的定制以及信號參數(shù)和測試數(shù)據(jù)的定義。2.課程項目的目的課程項目的規(guī)定和目的是搭建一個在高斯信道中傳輸?shù)臅r分（或頻分或碼分）復(fù)用頻帶傳輸系統(tǒng)，并測試其性能。我們小組通過討論，覺得通過時分復(fù)用的的方式實現(xiàn)對于課本知識的使用更加豐富。重要用的是模擬信號的數(shù)字化，數(shù)字信號的頻帶傳輸以及同步應(yīng)用。本次項目我們通過simulink進行搭建，無需代碼，通過簡易的視窗來搭建時分復(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，低通濾波實現(xiàn)兩路信號的時分復(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.概述時分復(fù)用是多路信號在時間位置上分開，它們所占用的頻帶是公共的，時分復(fù)用信號在頻率上重疊，但在時間上是不重疊的。在相鄰抽樣脈沖之間存在時間上的空隙，運用這種空隙便可以在同一信道中傳輸其它路信號的抽樣脈沖，只要抽樣脈沖之間互相不混淆.在時間上分開的，在接受端就可以想法把各種信號分開，最后實現(xiàn)恢復(fù)各路原始信號。這就是時分復(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：一個頻帶限制在0到fm以內(nèi)的低通模擬信號x(t),可以用時間上離散的抽樣值來傳輸，抽樣值中包具有x(t)的所有信息。當(dāng)抽樣頻率fs≧2fm時，可以從已抽樣的輸出信號中用一個帶寬為fm≦B≦fs—fm的抱負低通濾波器不失真地恢復(fù)出原始信號。圖3.1時分復(fù)用示意圖圖3.2時分復(fù)用的幀結(jié)構(gòu)4.基本原理介紹假設(shè)有N路PCM信號進行時分多路復(fù)用，系統(tǒng)框圖如圖4.1所示。各路信號一方面通過相應(yīng)的低通濾波器使之變?yōu)橄迬盘枺缓笏偷匠闃与娮娱_關(guān)，電子開關(guān)每Ts秒將各路信號依次抽樣一次，這樣N個樣值按先后順序錯開插入抽樣間隔Ts，之內(nèi)，最后得到的復(fù)用信號是N個抽樣信號之和。在接受端，合成的多路復(fù)用信號由與發(fā)送端同步的分路轉(zhuǎn)換開關(guān)區(qū)分不同路的信號，把各路信號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。圖4.1時分復(fù)用系統(tǒng)框圖多路復(fù)用信號可以直接送到某些信道傳輸，或者通過調(diào)制變換成適合于某些信道傳輸?shù)男问皆谶M行傳輸。傳輸接受端的任務(wù)是將接受到的信號通過解調(diào)或通過適當(dāng)?shù)姆醋儞Q后恢復(fù)出原始多路信號。本項目就是實現(xiàn)調(diào)制后再通過高斯信道，通過解調(diào)后再譯碼。5.仿真實驗方法用simulink進行多路時分復(fù)用的搭建，分為以下模塊。編碼調(diào)制時分復(fù)用TDM低通限頻濾波器器信號發(fā)生器編碼調(diào)制時分復(fù)用TDM低通限頻濾波器器信號發(fā)生器高斯信道高斯信道解調(diào)譯碼分路器低通濾波器示波器解調(diào)譯碼分路器低通濾波器示波器其整個simulink搭建的系統(tǒng)如下：5.1信號發(fā)生器本項目時分復(fù)用采用兩路信號正弦波與鋸齒波。正弦波（sinewave）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頻帶限制fH以內(nèi)，以防止高于f低通限帶濾波器5.3時分復(fù)用TDM下圖所示是時分多址通信系統(tǒng)的仿真模型：二個信號發(fā)生器分別產(chǎn)生正弦波、鋸齒波，分別進入Subsystem（時分多址）模塊（Subsystem（時分多址）模塊的結(jié)構(gòu)。Subsystem（時分多址）模塊中，PulseGenerator（脈沖發(fā)生器）產(chǎn)生占空比為50%，頻率為1/400的周期方波。方波提成二路：自身是一路；延遲1個方波寬度的信號是此外一路，參看。兩路時間錯開1/800的方波，被用作二個觸發(fā)門控電路的門控信號，相稱于把二路信號分派到寬度為1/800的相鄰的時隙中。時分多址MergeMerge二路合一，輸入編碼模塊。5.4編碼通過量化，編碼，二進制轉(zhuǎn)變比特率。編碼QuantizerQuantizersampletime為1/800。5.5調(diào)制調(diào)制zero-orderholdzero-orderholdsampletime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)，是指先后信號在時間上的相關(guān)性。5.7解調(diào)解調(diào)模塊zero-orderholdzero-orderholdsampletime為1/800。5.8譯碼5.9分路器這里用到的和時分復(fù)用TDM相同，它將收到的時分復(fù)用信號中各路信號樣值序列分離并送到響應(yīng)的通路上。5.10低通濾波器通過低通濾波器生成原始信號6.測試結(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。本次仿真基本上算成功的，存在誤碼的因素是由于加入了干擾量。我們添加限帶濾波器和低通濾波器就是為了減少干擾。正由于這些元素的加入，本次仿真效果還是不錯的。7.結(jié)論與感想本次實驗我們學(xué)會了simulink的應(yīng)用，熟悉軟件功能與特點。通過時分復(fù)用的設(shè)計，對于模擬信號數(shù)字化的過程理解更加透徹，抽樣，量化，編碼。時分復(fù)用中抽樣時必須注意其采樣頻率，這樣才干最后恢復(fù)原信號。時分多路復(fù)用是按傳輸信號的時間進行分割的，它使不同的信號在不同的時間內(nèi)傳送，將整個傳輸時間分為多時間間隔，即時隙。每個時間片被一路信號占用，通過在時間上交叉發(fā)送每一路信號的一部分來實現(xiàn)一條電路傳送多路信號的。完畢本次課設(shè)需要在掌握Simulink仿真軟件的基礎(chǔ)上運用該軟件對時分多路復(fù)用系統(tǒng)進行仿真，實現(xiàn)對輸入信號的復(fù)用和解復(fù)用。當(dāng)然在使用simulink時也碰到很多問題，在時分復(fù)用時，由于延時設(shè)定的有誤差，導(dǎo)致仿真犯錯，后來選擇選擇占空比為50%，時延半個周期后才得以成功，在編碼譯碼時的sampletime也要有相同的延時。在編碼后我曾經(jīng)直接通過高斯信道，仿真犯錯，后來征詢了其別人后，知道