胡飛通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 武漢理工大學(xué)通信原理課程設(shè)計(jì)說(shuō)明書(shū)目錄緒論··············································&#

2、183;···11. 方案論證·············································

3、·21.1基于System View的數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)·················21.2實(shí)驗(yàn)相關(guān)基本原理·························

4、3;·········31.3總原理框圖和設(shè)計(jì)思想·······························52. 分電路模塊和總電路·····&

5、#183;······························62.1 幀同步信號(hào)產(chǎn)生電路·················

6、;···············62.2 提速模塊電路·································

7、·····72.3 時(shí)分復(fù)用電路模塊··································92.4 2FSK調(diào)制模塊電路······&#

8、183;··························93. 仿真結(jié)果······················

9、·······················113.1幀同步信號(hào)提速前后仿真結(jié)果························

10、·113.2時(shí)分復(fù)用前后仿真結(jié)果·······························123.3 四路基帶信號(hào)和四路輸出的結(jié)果············&

11、#183;··········134. 實(shí)驗(yàn)小結(jié)·····································

12、3;·········14參考文獻(xiàn)·······································

13、3;······15 緒論21世紀(jì)，隨著科技的進(jìn)步，通信技術(shù)正在飛速發(fā)展，通信技術(shù)和我們的生活聯(lián)系非常緊密，甚至可以說(shuō)我們生活的世界就是一個(gè)電子化，信息化的世界，通信和傳輸也是我們經(jīng)常能夠涉及到的，比如說(shuō)我們?nèi)粘Ｉ钪惺褂玫氖謾C(jī)電話(huà)，調(diào)頻廣播等等，都涉及到通信技術(shù)。2FSK頻移鍵控是利用載波的頻率變化來(lái)傳遞數(shù)字信息，在實(shí)際中得到廣泛的運(yùn)用，而時(shí)分多路復(fù)用是一種數(shù)字復(fù)用技術(shù)，時(shí)分復(fù)用是將不同源端的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)合并到一個(gè)時(shí)間共享的鏈路上，適用于媒體數(shù)據(jù)速率容量超過(guò)要傳輸?shù)膸茁窋?shù)字信號(hào)總速率的情況SystemView仿真軟件具有很好地用戶(hù)界面，

14、它能夠?yàn)橛脩?hù)提供一個(gè)可視化的仿真過(guò)程和結(jié)果，同時(shí)，它能夠?qū)崿F(xiàn)數(shù)字信號(hào)模擬信號(hào)以及各種電路的仿真。本次課程設(shè)計(jì)利用SystemView仿真軟件實(shí)現(xiàn)對(duì)四路基帶的2FSK傳輸系統(tǒng)的模擬仿真，達(dá)到對(duì)輸入信號(hào)實(shí)現(xiàn)復(fù)用調(diào)制和解復(fù)用解調(diào)制的效果。 關(guān)鍵字：2FSK調(diào)制，時(shí)分復(fù)用，通信系統(tǒng)1. 方案論證1.1基于System View的數(shù)字基帶信號(hào)傳輸系統(tǒng) 雖然實(shí)際的通信系統(tǒng)是很復(fù)雜的，但是它所用到的基本原理也是最基礎(chǔ)的通信系統(tǒng)的原理，在通信原理的課程學(xué)習(xí)中我們得知：最基本的數(shù)字信號(hào)傳輸系統(tǒng)的組成部分有信源、發(fā)送設(shè)備、信道、接收設(shè)備、信宿、還有外部的噪聲源，其仿真圖如圖1.1所示。 圖1.1基本的數(shù)字通信系統(tǒng)

15、模型 在這個(gè)通信系統(tǒng)中，token0產(chǎn)生的是單極性的不歸零碼，token6產(chǎn)生的矩形脈沖基帶信號(hào)，token8是均值為1，均方差為0.1的高斯白噪聲，token11用于對(duì)濾波后的波形進(jìn)行抽樣，抽樣速率等于碼元速率，token12對(duì)抽樣后的值延時(shí)一段時(shí)間。得到恢復(fù)后的數(shù)字基帶信號(hào)，token13對(duì)抽樣值進(jìn)行判決比較，得到輸出碼元波形，token9產(chǎn)生正弦信號(hào)，作為比較器的另一個(gè)比較輸入，該系統(tǒng)發(fā)送波形和接收波形分別如圖1.2和圖1.3所示。 圖1.2 發(fā)送端波形 圖1.3 接收端波形通過(guò)比較發(fā)送端和接收端的波形，除了由于采樣和保持中產(chǎn)生的一點(diǎn)延遲之外，接收波形和發(fā)送波形基本保持一致，從而說(shuō)明這個(gè)

16、數(shù)字基帶信號(hào)。1.2實(shí)驗(yàn)相關(guān)基本原理1.2.1時(shí)分復(fù)用基本原理抽樣定理：一個(gè)頻帶限制在0到fm以?xún)?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(lái)傳輸，抽樣值中包含有x(t)的全部信息。當(dāng)抽樣頻率fs2fm時(shí)，可以從已抽樣的輸出信號(hào)中用一個(gè)帶寬為fmBfsfm的理想低通濾波器不失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。時(shí)分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的。抽樣定理使連續(xù)(模擬)的基帶信號(hào)有可能被在時(shí)間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。這樣，當(dāng)抽樣脈沖占據(jù)較短時(shí)間時(shí)，在單路抽樣信號(hào)在時(shí)間上離散的脈沖間留出很大的空隙。因此，可以在空隙中插入若干路其他抽樣信號(hào)，只要各路抽樣信號(hào)在時(shí)間上不重疊并且能區(qū)分開(kāi)，那么一個(gè)信道就可以能

17、同時(shí)傳輸多路信號(hào)，達(dá)到多路復(fù)用的目的。這種多路復(fù)用技術(shù)稱(chēng)為時(shí)分多路復(fù)用，圖2.1.1是基帶時(shí)分復(fù)用的原理圖。 圖1.4基帶時(shí)分復(fù)用原理圖時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)，一是多路信號(hào)的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡(jiǎn)單、可靠；二是時(shí)分復(fù)用通信系統(tǒng)對(duì)非線性失真的要求比較低。然而，時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)對(duì)信道中時(shí)鐘相位抖動(dòng)及接收端與發(fā)送端的時(shí)鐘同步問(wèn)題提出了較高的要求。所謂同步是指接收端能正確地從數(shù)據(jù)流中識(shí)別各路序號(hào)。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號(hào)（即幀同步信號(hào)）。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。1.2.2 2FSK調(diào)制解調(diào)方法及選擇 數(shù)字頻率調(diào)制又稱(chēng)頻移鍵控（FSK），二進(jìn)制頻移鍵控記作2FSK

18、。數(shù)字頻移鍵控是用載波的頻率來(lái)傳送數(shù)字消息，即用所傳送的數(shù)字消息控制載波的頻率。2FSK信號(hào)便是符號(hào)“1”對(duì)應(yīng)于載頻，而符號(hào)“0”對(duì)應(yīng)于載頻（與不同的另一載頻）的已調(diào)波形，而且與之間的改變是瞬間完成的。 2FSK信號(hào)是用載波頻率的變化來(lái)表征被傳信息的狀態(tài)的，被調(diào)載波的頻率隨二進(jìn)制序列0、1狀態(tài)而變化，即載頻為f0時(shí)代表傳0，載頻為f1時(shí)代表傳1。顯然，2FSK信號(hào)完全可以看成兩個(gè)分別以f0和f1為載頻，完成傳輸過(guò)程。目前，2FSK調(diào)制的方法主要有兩種，直接調(diào)頻和鍵控法，本次實(shí)驗(yàn)采取的方法是鍵控法。圖1.5 2FSK調(diào)制框圖1.2.3頻分復(fù)用的方法頻分多路復(fù)用（Frequency-di

19、vision multiplexing，F(xiàn)DM），是指載波帶寬被劃分為多種不同頻帶的子信道，每個(gè)子信道可以并行傳送一路信號(hào)的一種多路復(fù)用技術(shù)。FDM常用于模擬傳輸?shù)膶拵ЬW(wǎng)絡(luò)中。在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號(hào)所需的帶寬寬得多。如果一個(gè)信道只傳送一路信號(hào)是非常浪費(fèi)的，為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用頻分復(fù)用的方法。在頻分復(fù)用系統(tǒng)中，信道的可用頻帶被分成若干個(gè)互不交疊的頻段，每路信號(hào)用其中一個(gè)頻段傳輸，因而可以用濾波器將它們分別濾出來(lái)，然后分別解調(diào)接收。1.3總原理框圖和設(shè)計(jì)思想 由于本次課程設(shè)計(jì)是在同一信道中傳輸四路基帶信號(hào)，很顯然需要用到復(fù)用技術(shù)，可以考慮：將四路基帶信

20、號(hào)先分成兩路，分別進(jìn)行時(shí)分復(fù)用之后，再通過(guò)頻分復(fù)用技術(shù)成一路信號(hào)，在信道中傳輸，而接收過(guò)程剛好和發(fā)送過(guò)程相反，即需要完成解調(diào)，解時(shí)分復(fù)用和頻分復(fù)用的過(guò)程，并最終得到四路傳輸后的信號(hào)，由此，我們可以得到其基本原理框圖如圖1.6所示。 圖1.6四路基帶信號(hào)的2fsk傳輸系統(tǒng)原理框圖2.分電路模塊以及總電路2.1幀同步信號(hào)產(chǎn)生電路 由于把四路基帶信號(hào)分成兩組分別進(jìn)行時(shí)分復(fù)用，因此，上下兩部分電路結(jié)構(gòu)上基本是對(duì)稱(chēng)的。為了在接收端能夠正確識(shí)別基帶信號(hào)序列，考慮在基帶信號(hào)前添加特定序列的幀同步碼，同時(shí)，通過(guò)運(yùn)用分頻器和數(shù)據(jù)選擇器來(lái)讓幀同步碼按要求速率輸出。圖2.1 幀同步產(chǎn)生電路由于token251是信號(hào)

21、頻率為4a的01010101序列，經(jīng)過(guò)五個(gè)二分頻電路，分別產(chǎn)生頻率為2a，a,a/2,a/4,a/8的幾種頻率。將8分頻、16分頻和32分頻產(chǎn)生的序列別接到8選1數(shù)據(jù)選擇器的三個(gè)地址端，然后把給定的幀同步序列并行輸入到數(shù)據(jù)選擇器的8個(gè)輸入端，在數(shù)據(jù)選擇器的作用下，輸出端將幀同步碼串行輸出，如圖2.2所示。圖2.2數(shù)據(jù)選擇器的地址輸入端 由圖可以看出，當(dāng)數(shù)據(jù)選擇器的地址端S0、S1、S2分別接到頻率為a/2,a/4,a/8,的三個(gè)輸出，產(chǎn)生序列即為000、001、010、011、100、101、110、111，分別控制數(shù)據(jù)選擇器的八個(gè)輸出逐一輸出，完成并行數(shù)據(jù)到串行數(shù)據(jù)的轉(zhuǎn)換。2.2提速模塊電路

22、時(shí)分復(fù)用的過(guò)程中，一共需要對(duì)四路信號(hào)，即一路幀同步信號(hào)，兩路基帶信號(hào)和一路全空信號(hào)的復(fù)用，每個(gè)完整幀由4個(gè)時(shí)隙構(gòu)成，每個(gè)時(shí)隙是一路信號(hào)，由于單路基帶數(shù)據(jù)與完整幀所占時(shí)間長(zhǎng)度不一樣，單路信號(hào)中的每位數(shù)據(jù)時(shí)間長(zhǎng)度是完整幀的4倍，所以，單路信號(hào)的碼元速率必須提高到原來(lái)的四倍，提速模塊電路如圖2.3所示。 圖2.3提速模塊電路圖提速模塊具體工作模式如圖2.3所示，輸入碼元速率為a的碼元，通過(guò)上面的移位寄存器讓串行數(shù)據(jù)變成并行數(shù)據(jù)，下面的移位寄存器是讓頻率為a/8移位。鎖存器的作用是把移位寄存器輸出的信號(hào)保存起來(lái)，時(shí)鐘是頻率為a/8和它移位5位之后的相與，剛好每8個(gè)上升沿使能開(kāi)啟一次，讓移位寄存器的數(shù)據(jù)

23、能全部進(jìn)入鎖存器，由于數(shù)據(jù)選擇器的地址端000,001,010,011,100,101,110,111且頻率為4a的碼元序列，所以將輸入的數(shù)據(jù)復(fù)制4次輸出。圖2.3提速模塊工作示意圖2.3時(shí)分復(fù)用電路模塊將同步碼和兩個(gè)基帶信號(hào)分別接到4選1數(shù)據(jù)選擇器的4個(gè)輸出中的3個(gè)，剩余1個(gè)不接，分頻產(chǎn)生的a/4,a/8分別接到數(shù)選的2個(gè)地址端，產(chǎn)生00,01,10,11序列依次控制三個(gè)輸入端依次輸出，提速之后的碼元寬度為1/4a，而數(shù)據(jù)選擇器的變化頻率為a/2，所以每個(gè)周期輸出8個(gè)碼元。即剛好讓一個(gè)完整的幀同步或基帶信號(hào)輸出，電路如圖2.4所示。 圖2.4時(shí)分復(fù)用電路圖。2.4 2FSK調(diào)制模塊從電路圖可

24、以看出，采用的是鍵控法調(diào)制，用載波頻率分別為載波頻率為f1和f2的兩路載波來(lái)代表二進(jìn)制碼元0和1，通過(guò)基帶信號(hào)控制電子開(kāi)關(guān)完成選擇連接來(lái)完成傳輸。 圖2.5 2FSK鍵控調(diào)制原理框圖 圖2.6 2fsk調(diào)制電路模塊 因?yàn)榇舜握n程設(shè)計(jì)采用的2FSK調(diào)制方式是鍵控法調(diào)制，因此，只需讓兩路頻分復(fù)用的信號(hào)分別采取不同的載頻進(jìn)行傳輸，因?yàn)轭l率相差較大，因此在信道中傳輸互不干擾，由于時(shí)分復(fù)用后的基帶信號(hào)頻率為4KHZ，因此，2FSK調(diào)制頻率分別取56KHZ和72KHZ，只需滿(mǎn)足F2-F12Fs即可完成無(wú)碼間串?dāng)_的傳輸。2.5發(fā)送端總電路圖將4路基帶信號(hào)先通過(guò)時(shí)分復(fù)用模塊，成為2路信號(hào)之后分別進(jìn)行2fsk調(diào)

25、制模塊，隨后通過(guò)頻分復(fù)用模塊電路，成為在信道中傳輸?shù)男盘?hào)，將上述四個(gè)電路模塊通過(guò)連線連接在一起，可以得到發(fā)送端總電路圖。圖2.7發(fā)送端總電路圖3仿真結(jié)果3.1幀同步碼以及提速之后對(duì)比圖3.1幀同步碼提速前后對(duì)比 圖3.2 基帶信號(hào)提速前后對(duì)比由圖3.1和3.2可以看出，提速之后的幀同步碼和基帶信號(hào)的碼元速率都是提速之前的4倍，這和我們預(yù)期的結(jié)果是相同的，即通過(guò)提速模塊將幀同步碼和基帶信號(hào)碼元速率提高到原來(lái)的4倍，因此，仿真結(jié)果告訴我們提速模塊電路是可行的，在提速之后。就可以進(jìn)行后面的時(shí)分復(fù)用。3.2時(shí)分復(fù)用前、后仿真結(jié)果對(duì)比圖3.3 時(shí)分復(fù)用前后的信號(hào)對(duì)比由圖3.2可以看出，Token305顯示的是幀同步序列00110101，Token306顯示的是第一路基帶信號(hào)的序列01010101，Token307顯示的是第二路基帶信號(hào)11110000，而Token308顯示的是時(shí)分復(fù)用之后的碼元序列，可以看出00110101、01010101、11110000、以及全0信號(hào)00000000組合而成，因此，這個(gè)時(shí)分復(fù)用模塊是正確的。它完成了對(duì)四路信號(hào)的時(shí)分復(fù)用。3.3總實(shí)驗(yàn)結(jié)果仿真圖3.4 四路