通信原理课程设计——两路时分复用课程设计最后版本

两路时分复用课程设计摘要：本次课程设计的任务是完成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。

随着通信网络的发展，时分复用设备的各路输入信号不再只是单路模拟信号。

在通信网中往往有多次复用，由若干链路来的多路时分复用信号，再次复用，构成高次复用信号。

在本课程设计中，我们只选用两次复用来完成设计。

我们将要在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。

并且选用相应的编码传输方式与同步方式，进行滤波器设计。

关键词：时分复用；抽样；解调；滤波引言在实际的通信系统中，复用的目的是为了扩大通信链路的容量，提高通信系统的利用率，在一条链路上传输多路独立的信号。

常见的有时分复用和频分复用，时分复用是一种重要的复用方法，如今它比频分复用的应用更为广泛。

本次课设将对时分复用进行讨论并以及EWB仿真。

1 设计内容及要求1.1 课程设计目的本次课设主要是使学生加深对通信原理的理解，熟悉各类编码方式及数字基带信号的传输方式，相关电路的构成，以及如何实现仿真，为以后的工程设计打下良好基础。

1.2 课程设计要求设计电路时，应以理论作为指导，构思设计方案；设计完成后应进行调试，仿真和分析；处理结果和分析结论应该一致，而且应符合理论；独立完成课程设计并按要求编写课程设计报告书。

1.3 课程设计内容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。

在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。

在EWB软件平台上实现仿真，并对结果进行分析。

2 设计相关知识2.1 时分复用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2-1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。

此外，时分复用通信系统有两个突出的优点，一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简单、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真的要求比较低。

图2.1 两个信号的时分复用然而，时分复用系统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提出了较高的要求。

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（即帧同步信号）。

它可以是一组特定的码组，也可以是特定宽度的脉冲。

在实际通信系统中还必须传递信令以建立通信连接，如传送电话通信中的占线、摘机与挂机信号以及振铃信号等信令。

上述所有信号都是时间分割，按某种固定方式排列起来，称为帧结构。

采用时分复用的数字通信系统，在国际上已逐步建立其标准。

原则上是把一定路数电话语音复合成一个标准数据流（称为基群），然后再把基群数据流采用同步或准同步数字复接技术，汇合成更高速的数据信号，复接后的序列中按传输速率不同，分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。

2.2 PAM编码利用抽样脉冲把一个时间连续信号变为时间上离散的样值序列，这一过程称之为抽样。

抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。

下图2.2为PAM信号产生过程。

话音输入fH抽样脉冲f≥2fH图2.2 PAM信号产生这里抽样必须满足抽样定理，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。

2.3 时分解复用时分复用的解调过程称为时分解复用。

时分解复用通信，是把各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信分离出原来的模拟信号。

由抽样定理可知，将时间上离散的信号变成时间上连续的信号，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。

时分解复用是建立在抽样定理的基础上的,因为抽样定理连续(模拟)的基带信号由可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替.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。

抽样脉冲占据时间一般较短,在抽样脉冲之间就留出间隙.利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样,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,能够传输的数据也就越多.时分解复用信号在接收端只要在时间上恰当地进行分离,各个信号就能分别互相分开，互不干扰并不失真地还原出原来的模拟信号。

2.4 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。

2.4.1 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。

2.4.2 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。

2.5 相关滤波器图2.3 二阶有源低通滤波器电路图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。

3 电路设计3.1 抽样脉冲电路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。

下图即为EWB中做出的抽样电路，加入反相器后，延迟电路出现。

这里的抽样频率F大于或者等于2fH 即信号频率。

图3.1 脉冲抽样电路3.2 PAM编码电路及时分复用实现这里直接采用调制信号与抽样信号直接相乘的形式来实现PAM编码。

这里必须注意幅度，因为电路中没有语音限幅电路。

下图为PAM编码电路。

图3.2 PAM编码电路图中M1,M2为直接在EWB中调用的乘法器，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。

图中JF加法器为EWB中直接调用，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。

3.3 二阶有源低通滤波器电路电路中要求较好的还原原输入信号，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。

如下图：图3.3 低通滤波电路由二阶滤波器的计算公式可以得出低通滤波器为3dB带宽、截止频率为3400HZ。

3.4 时分解复用及PAM编码解调M3与M4两个模拟乘法器构成分路门，输入抽样脉冲序列，可实现帧同步将两路信号分离出来。

由于时分复用信号在频域是混叠的，故解调要采用想干解调的方式。

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3.4 解调电路4 电路仿真及结果分析总体电路图如下：图4.1 总体电路图这里设置抽样脉冲均为8KHz，输入信号的最大频率为2.5KHz，满足采样定理。

设两个输入信号分别为2V，2.5KHz,2V,1KHz。

观察波形，输入信号波形如图4.2所示：图4.2 原输入信号波形图4.3为时分复用信号波形。

图4.3 时分复用信号波形图4.4为解调后输出信号波形。

图4.4 解调信号波形由以上波形可以看出，所设计电路基本可以实现要求的功能，但波形还有一定的失真，可能问题是在抽样过程中，误差造成了时域的混叠。

仿真波形正确，下面即可进行硬件连接测试。

5 硬件设计与调试5.1 工具准备20W电烙铁一把，最好是可调温的，尖嘴钳一把，螺丝刀一把，焊锡丝和松香水若干。

调试需要信号发生器一台，高频示波器一台，导线若干。

5.2 装配焊接按照电路图焊接，注意各节点不要连错。

焊接时应注意，在焊接MC1496和4006时，动作要麻利，以防过长时间加热把芯片烫坏，布线时，应当做到尽量使线不重叠，多走直角。

5.3 调试这里的调试很简单，电路板焊好电子元件后，要仔细检查电路板有无焊错的地方，特别要注意各个焊接点是否焊错要特别注意。

按照图上接好相应的信号及电源，观察输入输出的波形是否与原信号相同。

6 结束语通过这次课程设计，我深深感受了学习中实践的重要作用，要理论联系实际，把我们所学的理论知识用到实际当中，学习制作各种东西更是如此，知识只有在经常的学习与实践的过程中才能提高，这就是我在这次课程设计中的最大收获。

在本次课程设计中，设计电路花了一些时间，在网上找了很多资料，加上自己平时学习的知识，对比之下，选择了最简单的电路来实现。

然而过于简单的电路可能会在功能上存在一定的缺陷，这是个遗憾。

但同时，我也收获了很多。

总之，通过这次课设，我收获了很多。

不仅对理论知识有了更为深刻的认识，同时提高了我们的综合能力。

参考文献[1] 张辉.《现代通信原理与技术》.西安电子科技大学出版社，2006[2] 樊昌信.《通信原理》.国防工业出版社，2001[3] 包闻亮，汪源源，朱谦.《信号和通信系统》.清华大学出版社，2007[4] 解相吾，解文博.《通信电子电路》.人民邮电出版社，2008[5] 李世银，宋金玲.《通信原理》.人民邮电出版社，2009[6] 王兴亮.《数字通信原理与技术》.西安电子科技大学出版社，第二版目录摘要............................................... 错误！未定义书签。

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