通信课设任务书苏.docx
《通信课设任务书苏.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信课设任务书苏.docx（24页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
通信课设任务书苏
学号：
课程设计
题目
通信原理课程设计------------
简易两路时分复用电路设计
学院
信息工程学院
专业
电子信息工程
班级
姓名
指导教师
苏杨
2017
年
1
月
3
日
课程设计任务书
学生姓名：
专业班级：
指导教师：
苏杨工作单位：
信息工程学院
题目：
简易两路时分复用电路设计
初始条件：
具备通信课程的理论知识；具备模拟与数字电路基本电路的设计能力；掌握通信电路的设计知识，掌握通信电路的基本调试方法；自选相关电子器件；可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务：
（包括课程设计工作量及其技术要求，以及说明书撰写等具体要求）
1、完成一个简易的两路时分复用通信电路的设计，实现两路不同模拟信号的分时传输功能。
2、在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。
3、选用相应的编码传输方式与同步方式，进行滤波器设计。
4、安装和调试整个电路，并测试出结果；
5、进行系统仿真，调试并完成符合要求的课程设计书。
时间安排：
一周，其中3天硬件设计，2天硬件调试
指导教师签名：
年月日
系主任（或责任教师）签名：
年月日
简易两路时分复用电路设计
摘要
为了提高信道利用率，使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰，称多路复用。
目前采用较多的是多路频分复用和多路时分复用。
多路频分复用用于模拟通信，例如载波通信，多路时分复用用于数字通信，例如PCM，PAM等通信。
多路时分复用通信，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。
在此次课设中，我们完成了一个简易的两路时分复用通信电路的设计，实现两路不同模拟信号的分时传输功能。
在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。
这次设计中不但对以前的知识进行巩固，而且学会了更多的新知识，提高思维、强化动手能力，能够更好地适应和走上工作岗位，为以后的就业打下一定的基础。
关键词：
多路复用多路频分复用多路时分复用
Abstract
Inordertoimprovethechannelutilization,enablesmultiplesignaltransmissionandnotinterferewitheachother,alongthesamechannelmultiplexing.Iscurrentlyusedmorefrequencydivisionmultiplexingandtimedivisionmultiplexing.Frequencydivisionmultiplexingisusedforsimulatingthecommunication,suchascarriercommunication,timedivisionmultiplexusedindigitalcommunication,suchasPCM,PAMcommunication,etc.Timedivisionmultiplexcommunication,istoputsometimeintouniformtimeinterval,themultiplesignalstransmissiontimedistributionindifferenttimeinterval,separatedfromeachother,inordertoachievethepurposeofmutualinterference.Intheclassset,wecompletedasimpletwowaytimedivisionmultiplexingcommunicationcircuitdesign,implementtwodifferentwayofanalogsignaltransmissionfunction.Thesignalreceivercancompletereductionofthetwolinesoftheoriginalanalogsignal.Thisdesignnotonlytoconsolidatethepreviousknowledge,andlearnmorenewknowledge,improveandstrengthentheabilityofthinking,betterabletoadaptandtowork,tolayacertainfoundationforfutureemployment.
Keywords:
multiplexingFDMTDM
目录
摘要Ⅰ
AbstractⅡ
目录ⅰ
1.基本设计原理1
1.1时分多路复用原理1
1.2PAM编码原理3
1.3信号解调5
1.4时分解复用中的同步技术原理7
1.4.1位同步7
1.4.2帧同步8
2.总体设计思路9
3.电路仿真及分析10
3.1抽样脉冲及PAM编码调制电路10
3.2复接分接12
3.3低通滤波器电路14
3.4总体电路图15
4.仿真结果及分析16
5收获、建议及体会18
6.参考文献19
附录：
20
1.基本设计原理
1.1时分多路复用原理
在实际的通信系统中，为了提高通信系统的利用率，往往用多路通信的方式来传输信号。
所谓多路通信，就是指把多个不同信源所发出的信号组合成一个群信号，并经由同一信道进行传输，在收端再将它分离并将它们相应接收。
时分复用就是一种常用的多路通信方式。
时分复用是建立在抽样定理基础上的，因为抽样定理使连续的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。
这样，当抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙。
利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值，因此，就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短，能够传输的路数也就越多。
图1.1表示的是两个基带信号在时间上交替出现。
显然这种时间复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离，各个信号就能分别得到恢复。
这就是时分复用的概念。
TDM与FDM（频分复用）原理的差别在于：
TDM在时域上是各路信号分割开来的；但在频域上是各路信号混叠在一起的。
FDM在频域上是各路信号分割开来的；但在时域上是混叠在一起的。
TDM的方法有两个突出的优点：
多路信号的汇合与分路都是数字电路，比FDM的模拟滤波器分路简单、可靠；信道的非线性会在FDM系统中产生交调失真与高次谐波，引起路际串话，因此，对信道的非线性失真要求很高；而TDM系统的非线性失真要求可降低。
然而，TDM对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题则提出了较高要求。
所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。
为此，必须在每帧内加上标志信号（称为帧同步信号）。
它可以是一组特定的码组，可以是特定宽度的脉冲。
图1.1两个基带信号时分复用原理
在数字通信中，PCM、ΔM、ADPCM或者其它模拟信号的数字化，一般都采用时分复用方式来提高信道的传输效率。
所谓复用就是多路信号（语音、数据或图像信号）利用同一个信道进行独立的传输，互不干扰。
如利用同一根同轴电缆传输1920路电话，且各路电话之间的传递是相互独立的。
由抽样理论可知，抽样的一个重要作用是将时间上连续的信号变成时间上离散的信号，其在信道上占用时间的有限性，为多路信号沿同一信道传输提供了条件。
具体说，就是把时间分成一些均匀的时间间隙，将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙，以达到互相分开，互不干扰的目的。
图1.2示出了TDM的概念，先对各路模拟信号抽样，并在抽样时进行复接，然后进行量化、编码、传输。
CH1
CH2
CHn
图1.2多路传输原理框图
1.2PAM编码原理
抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。
抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。
利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。
抽样定理指出，一个频带受限信号m（t），如果它的最高频率为fh，则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。
在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。
并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。
抽样定理框图如图1.3所示。
图1.3抽样定理框图
PAM信号常常是由连续时间信号经周期采样得到的，完成这样功能的器件称为采样器，如下图所示，f（t）表示模拟信号，s（t）表示采样脉冲，它具有周期性令其采样周期为T，这里可以把采样器看成一个每隔T秒闭合一次的电子开关S，开关每接通一次，便得到一个输出取样值。
在理想情况下开关闭合时间无限短。
图1.4为信号采样模型。
图1.4信号采样
在实际采样器中，设开关闭合时间为t秒（远小于T），fs（t）的脉冲强度等于相应瞬时f（t）的幅值，即f（0T）,f（1T）,f（2T）等等，因此，理想采样过程可以看成是一个幅值调制过程。
PAM信号形成过程如图1.5所示：
图1.5PAM信号产生
用抽样信号与语言信号相乘，得到PAM调制信号，这一抽样过程应该满足抽样定理，才能无失真的还原出原信号。
所以抽样信号的频率f≥2f0 。
在满足这一条件的情况下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。
1.3信号解调
为了能准确的恢复信号f（t），必须以超过f（t）最高频率分量两倍的频率对其进行采样，实际上许多信号包含了频率分量的全部频谱，即从有用的频谱到白噪声的频谱，要精确的恢复这些信息，要求系统具有无法实现的高采样速率。
通过预处理输入信号，可以很容易的克服这个困难，其方法是在采样数据输入之前，采取措施限制带宽或则进行频率滤除。
前置滤波器通常称为抗混叠保证滤波器，例如在低通滤波器情况，数据采样系统接受到的模拟信号，其频谱内容不比滤波器允许的那些频率高。
所以在考虑语音信号的干扰信号的频谱时，可以采用限制宽带的方法，如果低通滤波器预先限制带宽，产生于语音信号的噪声的研究将得到简化。
如果希望用最少的元件来实现滤波器，那么就别无选择，只能使用传统的滤波器，通过计算就可以得到了。
在设计低通滤波器时主要考虑以下几点：
1.滤波器的拐点（中心）频率
2.滤波器电路的增益
3.低通和高通滤波器的类型（Butterworth、Chebyshev、Bessel）
理想滤波电路的频响在通带内应具有一定幅值和线形相移，而在阻带内其幅值为0，实际中滤波器的设计往往难以在幅频和相频响应都能达到理想的要求，因此只能根据实际情况设计不同的滤波器来寻求最佳的效果，在这里采用二阶有源低通滤波电路，如图1.6所示。
图1.6二阶有源低通滤波器
二阶有源低通滤波器的截止频率f=1/
电压增益A0=1+（R2/R1）
品质因数表明了滤波器通带的状态，一般要求Q=0.707，由此可以得到
截止频率ωc=1/RC,即f=1/2πRC。
由于时分复用信号在频域是混叠的，故解调要采用相干解调的方式，再讲信号通过低通滤波器，即可恢复出原信号。
相干解调原理框图如图1.7所示。
PAM信号
输出
本地载波
图1.7相干解调原理框图
1.4时分解复用中的同步技术原理
在通信系统中，同步具有相当重要的地位。
通信系统能否具有有效、可靠地工作，在很大程度上依赖有无良好的同步系统。
同步可分为载波同步、位同步、帧同步和网同步几大类型。
他们在通信系统中都具有相当重要的作用。
时分解复用通信中的同步技术包括位同步（时钟同步）和帧同步，这是数字通信的又一个重要特点。
时分解复用的电路原理就是先通过帧同步信号和位同步信号把各路信号数据分开,然后通过相应电力和滤波器，把时分复用的调制信号不失真的分离出来。
1.4.1位同步
位同步的目的是确定数字通信中的个码元的抽样时刻，即把每个码元加以区分，使接受端得到一连串的码元序列，这一连串的码元列代表一定的信息。
位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。
位同步的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确接收和判决发送端送来的每一个码元。
因此，接收端必须提供一个确定抽样判决时刻的的定时脉冲序列。
我们把采用锁相环来提取位同步信号的方法称为锁相法，在数字通信中，常采用数字锁相法提取位同步信号。
它由高稳定度的晶振、分频器、相位比较器和控制器组成，如下图所示：
图1.8数字锁相原理框图
1.4.2帧同步
在传输时把若干个码元组成一个个的码组，即一个个的字或句，通常称为群或帧。
群同步又称帧同步。
帧同步的主要任务是把字或句和码区分出来。
在时分多路传输系统中，信号是以帧的方式传送。
每一个帧中包含多路。
接收端为了把各路信号区分开来，也需要帧同步系统。
帧同步是为了保证收、发各对应的话路在时间上保持一致，这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号，当然这必须是在位同步的前提下实现。
帧同步原理框图如图1.9所示。
从总体上看，本模块可分为巴克码识别器及同步保护两部分。
巴克码识别器包括移位寄存器、相加器和判决器，下图中的其余部分完成同步保护功能。
图1.9帧同步原理框图
2.总体设计思路
本设计系统涵盖了数字频带传输的主要内容及时分复用技术,其设计思路是如下图所示。
总体框图结构如图2.1所示：
图2.1设计的详细整体框图
图2中两路模拟话音信号话音输入2和话音输入1输入系统，通过乘法器完成脉冲幅度调制（PAM）后，将产生的两路PAM信号送入加法器完成时分复用，再将加法器输出端的信号分成两路，一路与脉冲信号进行相干解调，通过乘法器后输出，另一路与进过非门后的，即反相延时后的脉冲信号进行相干解调；最后将把通过相干解调后的解调信号通过低通滤波器恢复出原始信号，滤波器用来滤除带外噪声并与发滤波器、信道相配合满足无码间串扰条件。
由于系统的频率特性、码速率与码间串扰之间的关系比较适合于软件仿真实验，再考虑到收端有关信号波形的可观测性，要采用功能较好的滤波器。
这里采用了二阶有源滤低通波器级联方式。
3.电路仿真及分析
3.1抽样脉冲及PAM编码调制电路
在输入端输入一个频率为2.5kHz,峰峰值为200mV的f1和频率为1kHz,峰峰值为200mvf2的两个正弦信号。
选取脉冲信号为10KHZ，峰峰值为5V,本次课设中因为要求为两路时分复用，因此简单得将每一帧信号分为两个相等的时隙，每个抽样信号的频率相等，及占空比相等。
用示波器检测如下：
图3.1输入信号f1=2.5kf2=1k
输入信号f1与脉冲信号通过乘法器进行抽样，用CD4066四双向模拟开关管来实现乘法器功能，产生一路PAM信号，输入信号f2先通过一个非门，与f1产生一个相位差，本电路用74LS04，再与脉冲信号通过乘法器进行抽样得到PAM信号，所得图形如图3.2，仿真电路如图3.3。
图3.2两路PAM编码
由于上下两条支路调制的原理框图类似，所以此处以上方支路的电路图为例举例说明。
图3.3中右端调用的乘法器中，其X端输入为抽样脉冲型号，Y端输入为调制信号。
输出即为PAM编码信号。
图3.3PAM编码调制
3.2复接分接
数字复接实质上就是对多路数字信号进行时分复用，让不同的支路信号占用不同的时隙时间。
在接收端再根据时间上的不同将信号分开，这一步骤叫分接，它是复接的逆过程。
复接方式有三种：
按位复接、按字复接、按帧复接。
每路每次只插入1个符号的方式称为按位复接。
对于二进制码序列，按位复接即按比特复接。
这种方法是以1比特码为单位，对每个复接支路的信号每次只复接1位码，按位复接的最大优点是对复接缓冲存储器的容量要求小、简单易行、容易实现。
如图所示为复接分接电路，Y输入端为输入信号，X输入端为样脉冲信号，使用抽样信号实现同步。
由于时分复用信号在频域是混叠的，故解调要采用相干解调的方式，将分离出来出来的两路信号通过低通滤波器，即可恢复出原信号。
图中JF加法器为直接调用，实际电路中用CD4066来实现加法功能，即可实现时域上的信号顺序输出。
时分接复用电路如图3.4所示。
图3.4时分接复用电路
两路信号装换为时分复用信号后波形如图3.5所示。
图3.5加法器输出端信号
将加法器输出端的信号分成两路，一路与脉冲信号进行相干解调，通过乘法器后输出信号1得到波形，另一路与进过非门后的，即反相延时后的脉冲信号进行相干解调，通过长发齐后输出信号2得到波形，通过示波器检测波形如图3.6所示：
图3.6f1与f2相干解调的输出波形
3.3低通滤波器电路
理想滤波电路的频响在通带内应具有一定幅值和线形相移，而在阻带内其幅值为0，实际中滤波器的设计往往难以在幅频和相频响应都能达到理想的要求，因此只能根据实际情况设计不同的滤波器来寻求最佳的效果，在这里采用二阶有源低通滤波电路。
图3.7为低通滤波电路。
信号从C3输入，从C11输出，中间部分是3个二阶有源低通滤波器的级联。
C3和C11的作用是滤除直流信号
由二阶滤波器的计算公式可以得出低通滤波器为3dB带宽，截止频率f=1/2πRC=1/（2*3.14*5000*0.01*10-6）≈3.4KHz
图3.7低通滤波电路
把通过相干解调后的解调信号通过低通滤波器恢复出原始信号，用示波器检测得到图2.8所示波形：
图3.8经低通滤波器后的输出波形
3.4总体电路图
图3.9总体电路图
在电路的输出端得到了f1=2.5KHz,f2=1KHz的信号，与两路原始信号相同，完整的还原了两路模拟信号，实现两路不同模拟信号的分时传输功能。
在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号，说明仿真成功。
4.仿真结果及分析
在输入端输入一个频率为2.5kHz,峰峰值为2V的f1和频率为1kHz,峰峰值为2Vdf2的两个正弦信号。
后期通过不断改变脉冲信号的的频率得到不同的仿真结果如下图所示。
脉冲信号的的频率为2KHz时，抽样信号的频率 2f2≤f≤2f1,可以大致观测出f2的信号，但得到f1的信号完全失真。
如图4.1所示。
脉冲信号的的频率为5KHz时，抽样信号的频率 2f1≤f,可以大致观测出f1，f2的信号波形，但f2的波形效果不够理想。
如图4.2所示。
脉冲信号的的频率为15KHz时，抽样信号的频率 2f1≤f,可以观测出ff1，f2的信号波形，效果十分理想。
如图4.3所示。
图4.1f=2KHz图4.2f=5KHz
图4.3f=5KHz
5.安装调试中遇到的问题及解决方法
在设计乘法器时，我们首先设计的模拟乘法器，在仿真是能够很好的得到PAM信号，但在实物调试中很难调到平衡状态，仿真得到的PAM波形失真了，在研究一番后决定通过换用芯片，通过抽样时钟完成对信号的抽样，得到PAM信号。
换用后仿真时，调制与解调信号都很理想，实物调试中，通过慢慢改变载波频率和幅度，以及调节电位器成功得到PAM调制信号和解调信号。
调制信号与脉冲信号通过乘法器进行抽样产生PAM信号，在设定脉冲信号时一定要使脉冲信号频率满足fs≥2f0的关系，f0是输入信号频率，才能保证不出现混叠，能够无失真地恢复出原始信号，否则所得的信号会混叠，很难恢复原始信号。
在仿真中这一特性可以较好地实现然而在实物中仍存在一定的问题。
本来以为焊板子是很简单的事情，可做的时候才发现，这并不简单，需要很强的动手能力。
焊错了很多次，但这在不知不觉中使我们的动手得到了加强。
第三，能够培养我们严谨的科学态度。
复杂的电路，繁冗的接线要求我们必须细心小心的处理。
仿真时，出不来结果，必须每个元件的，一步步去检查。
5收获、建议及体会
通过这次通信原理课设，我深刻的体验到了将理论转化为实际的过程。
刚拿到这个题目时，我感到有些无从下手，如何产生PAM调制信号，如何实现两路不同模拟信号的分时传输功能，如何在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号，如何选择元器件设计出电路等一系列问题都困扰着我。
在设计开始时，由于对multisim仿真软件不熟悉，我用了大约一个小时的时间回顾了multisim部分之间的功能及元器件的调用方式，为整体的设计做好了准备。
经过在网上和图书馆查阅了大量资料后，我有了大概思路并且确定了部分电路图。
在以后的学习中，我应该不仅仅关注理论知识，更应该关注与理论相联系的实际知识，比如不同类型芯片的功能。
同时，我们也不应该仅仅满足与设计出电路，更应该努力将电路简单化。
我这个电路最大的问题就是线路复杂，所用芯片过多，在实际焊板子的过程中非常的麻烦。
通过这几个学期的课设，我对仿真软件更加熟悉，学会了在无法出现正确仿真结果的情况下如何利用示波器等工具调试电路。
在仿真过程中，有些元器件在实际中并没有，只能用其他参数的元器件代替，这一点让后期焊接的难度大大加大。
此电路线路偏复杂，焊接时由于引脚的排列不像multisim仿真中排列的有规律，故焊接时应该认真仔细，注意跳线时不能短路，在焊之前，要认真的研究原件的排列，降低线路的复杂性。
由于芯片种类繁多，不要将芯片弄混。
我在焊板子的过程中，就由于原件乱放，焊接时不够仔细，导致花费大量时间找原件，拆线。
通过这次课程设计我对通信原理的时分复用和频分复用有了更加深入的理解并且掌握了它们的工作原理，并在仿真和焊接实物图中得到时分复用的验证。
通信原理课程设计是将通信原理课程上的理论知识付诸实践的课程。
其目的是提高大家对所学知识的的灵活应用能力，提高我们的动手能力，同时提高自学能力。
课程设计基本结束了，我的毅力和思考能力都得到了锻炼，提高了综合素质。
很高兴我们有这样一个锻炼自己、提高自己的机会。
总的来看，这次课设让我受益匪浅。
6.参考文献
[1]钱恭斌实用通信与电子线路的计算机仿真北京电子工业出版社2001
[2]郭梯云刘增基数据传输北京人民邮电出版社1998
[3]王虹通信系统原理北京国防工业出版社2014
[4]樊昌信张甫翔通信原理北京国防工业出版社2001
[5]康华光模拟电子技术基础北京高等教育出版社2006
[6]JohnG.ProakisDigitalSignalProcessing2013
附录：
实物焊接图：
升级会员 