DPSK時分復用通信系統(tǒng)的研究與設計.doc

課 程 設 計課程名稱 專業(yè)課程設計 課題名稱 DPSK時分復用通信 系統(tǒng)的研究與設計 專 業(yè) 電子信息工程 班 級 0801班 學 號 22 姓 名 王根文 指導教師 浣喜明 2011年12月28日湖南工程學院課 程 設 計 任 務 書課程名稱 專業(yè)課程設計 題 目 DPSK時分復用通信系統(tǒng)的研究與設計 專業(yè)班級 電子信息 0801 學生姓名 曾炳輝 指導老師 浣 喜 明 審 批 任務書下達日期 2011年 12 月 10日設 計 完成日期 2011年 12 月 30 日 設計內(nèi)容與設計要求一、設計內(nèi)容：設計一個DPSK時分復用通信系統(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、設計系統(tǒng)方框圖以及各單元電路圖；2、應用SystemVIEW軟件對系統(tǒng)進行仿真。二、設計要求1、設計思路清晰，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、撰寫設計說明書。主要設計條件電腦一臺（已裝有SystemVIEW軟件）；通信原理實驗箱一個；說明書格式1. 課程設計封面；2. 任務書；3. 說明書目錄；4. 設計基本原理與系統(tǒng)框圖。5. 各單元電路設計；6. SystemVIEW仿真結(jié)果；7. 總結(jié)與體會；8. 附錄；9. 參考文獻。進度安排12月10日：下達設計任務書，介紹課題內(nèi)容與要求； 12月11日12月25日：查找資料，設計系統(tǒng)框圖、各單元電路、利用實驗裝置對系統(tǒng)進行調(diào)試。；12月26日12月29日：編寫并打印設計報告；12月30日：答辯。參考文獻1、樊昌信主編，通信原理，國防工業(yè)出版社。2、SystemVIEW使用手冊。3、浣喜明主編，通信原理實驗指導書，湖南工程學院。目 錄1.引言51.1 關于2DPSK51.2 2DPSK基本原理框圖52.單元電路設計62.1 數(shù)字信源單元電路設計62.2 2DPSK數(shù)字調(diào)制單元電路設計72.3 載波同步提取單元電路設計82.4 2DPSK相干解調(diào)單元電路設計82.5 位同步提取單元電路設計92.6 幀同步單元電路設計102.7 數(shù)字終端單元電路設計123.系統(tǒng)仿真134.實驗心得15第一章 DPSK時分復用通信系統(tǒng)基本原理1.1 時分復用（TDM）時分復用TDM是采用同一物理連接的不同時段來傳輸不同的信號，也能達到多路傳輸?shù)哪康?。時分多路復用以時間作為信號分割的參量，故必須使各路信號在時間軸上互不重疊。 時分多路復用適用于數(shù)字信號的傳輸。由于信道的位傳輸率超過每一路信號的數(shù)據(jù)傳輸率,因此可將信道按時間分成若干片段輪換地給多個信號使用。每一時間片由復用的一個信號單獨占用,在規(guī)定的時間內(nèi),多個數(shù)字信號都可按要求傳輸?shù)竭_,從而也實現(xiàn)了一條物理信道上傳輸多個數(shù)字信號。假設每個輸入的數(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。時分多路復用的原理示意圖如圖1.1（a）所示，時分復用示意圖見圖1.1（b）。 圖1.1 時分復用原理示意圖以電話通信為例說明時分多路復用的過程：發(fā)送端的各路話音信號經(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 SA1上，依次接通各路信號，它相當于對各路信號按一定的時間間隙進行抽樣。SA1旋轉(zhuǎn)一周的時間為一個抽樣周期T，這樣就做到了對每一路信號每隔周期T 時間抽樣一次，此時間周期稱為1幀長。發(fā)送端電子開關 SA1不僅起到抽樣作用，同時還要起到復用和合路的作用。合路后的抽樣信號送到編碼器進行量化和編碼，然后，將信號碼流送往信道。在接收端，將各分路信號碼進行統(tǒng)一譯碼，還原后的信號由分路開關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送往收端用戶。在上述過程中，應該注意的是，發(fā)、收雙方的電子開關的起始位置和旋轉(zhuǎn)速率都必須一致，否則將會造成錯收，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旋轉(zhuǎn)速率相同；收、發(fā)兩端的起始位置是每隔1幀長（即每旋轉(zhuǎn)一周）核對一次的，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，在接收端還需設有兩種裝置：一是同步碼識別裝置，識別接收的 PCM信號序列中的同步標志碼的位置；二是調(diào)整裝置，當收、發(fā)兩端同步標志碼位置不對應時，需在收端進行調(diào)整使其兩者位置相對應。以上兩種裝置統(tǒng)稱為幀同步電路。時分多路復用不僅局限于傳輸數(shù)字信號，也可同時交叉?zhèn)鬏斈M信號。 1.2 DPSK時分復用通信系統(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)字終端等七個單元。兩路信號時分復用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通過復接器復接成一路信號m(t)，m(t)為時分復用數(shù)字基帶信號NRZ碼。發(fā)濾波器及收濾波器的作用于基帶系統(tǒng)相同。設計時假設信道是理想的，收、發(fā)端都無帶通濾波器。發(fā)端時分復用數(shù)字基帶信號m(t)經(jīng)過2DPSK調(diào)制后用發(fā)濾波器進行平滑處理再通過信道進行傳輸。收端收到2DPSK信號先通過收濾波器去噪，再要進行2DPSK解調(diào)，解調(diào)后又恢復出數(shù)字基帶信號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時分復用通信系統(tǒng)由加入了位同步和幀同步的復接器與分接器、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時分復用通信系統(tǒng)框圖第二章 系統(tǒng)各單元電路的設計2.1 數(shù)字信源單元電路設計數(shù)字信源單元向數(shù)字調(diào)制單元提供數(shù)字基帶信號（NRZ碼）和位同步信號。提供的NRZ信號為集中插入幀同步碼時分復用信號，實驗電路中數(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)制單元電路設計2DPSK數(shù)字調(diào)制是利用前后相鄰的碼元的相對載波相位值去表示數(shù)字信息的一種數(shù)字調(diào)制方式。即用前后兩個碼元之間的相位差來表示碼元的值“0”和“1”。例如，假設相差值“”表示符號“1”，相差值“0”表示符號“0”。調(diào)制模塊將輸入的絕對碼AK(NRZ碼)變?yōu)橄鄬ΥaBK,用鍵控法產(chǎn)生2DPSK信號。 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)制單元電路設計圖2.3 載波同步提取單元電路設計通信系統(tǒng)中常用平方環(huán)法和同相正交環(huán)從2DPSK信號中提取相干載波。這里用平方環(huán)法實現(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)單元電路設計可用相干解調(diào)或差分相干解調(diào)法（相位比較法）解調(diào)2DPSK信號。在相位比較法中要求載波頻率為碼速率的整數(shù)倍，當此關系不能滿足時只能用相干解調(diào)法。這里采用相干解調(diào)法。解調(diào)過程為：2DPSK信號先經(jīng)過帶通濾波器，濾除調(diào)制信號頻帶以外的在信道中混入的噪聲信號，得到干凈的2DPSK信號再與本地載波相乘從而去掉調(diào)制信號中的載波成分，再經(jīng)過低通濾波器濾除相乘后信號中的高頻分量，得到包含基帶信號的低頻信號，將其送入抽樣判決器中進行抽樣判決得到基帶信號的差分碼，最后經(jīng)過你碼變換器，就得到了基帶信號。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)電路單元設計圖2.5 位同步提取單元電路設計可用窄帶帶通濾波器，鎖相環(huán)來提取位同步信號。鎖相環(huán)可以用模數(shù)混合鎖相環(huán)，它要求輸入信號是一個準周期數(shù)字信號；鎖相環(huán)也可以使用模擬環(huán)，它要求輸入信號準周期信號；鎖相環(huán)還可以用數(shù)字鎖相環(huán)，它不要求輸入信號為周期信號或準周期信號，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)，因為它具有捕捉時間短，抗噪能力強等優(yōu)點。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 位同步單元設計原理與框圖2.6 幀同步單元電路設計在時分復用通信系統(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。這里幀同步識別碼采用7位巴克碼，集中插入到每幀的第2至第8個碼元位置上。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)字終端單元電路設計數(shù)字終端單元工作原理：它輸入單極性非歸零信號、位同步信號和幀同步信號，把兩路數(shù)據(jù)信號從時分復用信號中分離出來。輸出兩路串行數(shù)據(jù)信號和兩個8位的并行數(shù)據(jù)信號。兩個并行信號驅(qū)動16個發(fā)光二極管，上邊8個發(fā)光二極管顯示第一路數(shù)據(jù)，右邊8個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（Sink1）的仿真波形如圖3.2所示。圖3.2 數(shù)字基帶信號仿真波形2DPSK信號（Sink12）的仿真波形如圖3.3.所示。圖3.3 2DPSK信號仿真波形 2DPSK信號與載波相乘后的信號（Sink18）的仿真波形如圖3.4所示。圖3.4 2DPSK信號與載波相乘后的信號仿真波形低通濾波后的信號（Sink19）仿真波形如圖3.5所示。 圖3.5 低通濾波后的信號仿真波形解調(diào)后得到的基帶信號（Sink26）的仿真波形如圖3.6所示。 圖3.6 解調(diào)后得到的基帶信號仿真波形第四章 總結(jié)與體會 不經(jīng)意間,為期兩周的課程設計已經(jīng)接近尾聲。我不僅在理論知識上又加強了學習，而且對Systemview軟件的使用有了更好的掌握。同時在這次設計中，我學到了在設計這種思維很嚴密的報告中一定要按照老師給的要求和步驟一步一步的走下去。自己在動手之前一定要先有一個總體的設計，總的框架圖，這樣在設計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驗書拿出來，看了一段時間，把先前的知識撿回來。有時真想就此罷休，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，我們更應該注重的是這一整個過程，注重在過程中應該學到什么東西。還有，在檢查時應該從那些方面著手，應注意那些細節(jié)問題等，這才是我們設計的關鍵所在，慢慢的在適應了這種思想之后，就開始學的堅強起來，而且覺得有些問題并不像想象的那樣可怕，經(jīng)過兩個星期的努力，設計總算是完成了，當然這里面也有老師的不少幫助。大部分的人認為大四了隨意就行，我卻不這么認為。正是因為大四了，正是因為在大學里我們已經(jīng)只有有限的時間去學習了，我們應該抓住每一次有限的機會，多學一份只是來充實自己，武裝自己。這次理論和實踐相結(jié)合的設計中，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，要加強自己的理論知識，在以后的設計中，不至于走過多的岔路。兩個星期，我已經(jīng)盡自己的努力學習了應該學習的知識和技能。相信這些，可以在后的工作中帶給我便利。非常感謝指導老師在這兩個星期里的諄諄教導，老師，總是為成就學生而奉獻！同時，也要感謝在這次課程設計過程中給過我指導和幫助的同學，是你們的幫助才讓我可以更加順利