时分复用的基本原理仿真实现-定稿

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1、本科毕业论文（设计）题目： 时分复用的基本原理仿真实现 院 系： 继续教育学院 专 业: 电子信息工程 年 级: 级 学生姓名: 罗辉才 学 号： 0141421 指引教师： 张晓霞 二一七 年四 月汉口 学 院学位论文原创性声明本人郑重声明:所呈交的学位论文是本人在导师指引下独立进行研究工作所获得的研究成果。除了文中特别加以标注引用的内容外,本论文不涉及任何其她个人或集体已经刊登或撰写的成果作品。本人完全意识到本声明的法律后果由本人承当。学位论文作者签名： 日期： 年 月 日学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全理解学校有关保障、使用学位论文的规定,批准学校保存并向有关学位论文管理部门或机

2、构送交论文的复印件和电子版，容许论文被查阅和借阅。本人授权省级优秀学士学位论文评比机构将本学位论文的所有或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1、保密 ,在_年解密后合用本授权书。、不保密 。(请在以上相应方框内打“”）学位论文作者签名: 日期: 年 月 日导师职称: 导师签名: 日期： 年 月 日目录内容摘要.核心词.1Ky wors.sact.引言.第一章 概述.3 1.1 LB概述. 1.2 Smulink简介.3 .3 时分多路复用技术概述.5第二章基本原理.6 21 频分多路复用原理.6 .2 时分多路复用原理.7 .

3、3 时分多路复用分类.8 抽样定理.9 2.5 TDM系统构成及工作原理.10第三章 时分复用系统仿真模型.11 . Siuin仿真框图搭建.11 .2仿真参数设立.12 第四章 时分多路复用的Simulink仿真及成果分析.1 .1 时分多路的imulink仿真. 42 仿真成果分析.18总结.1 参照文献 .20 道谢 .2 内容摘要：时分多路复用是一种数字复用技术,在数字通信系统中，信号的多路传播一般都采用时分多路复用方式来提高系统的传播效率。本次论文设计简介了MATL软件，以及muim工具的特点及其应用，具体的简介了时分多路系统的原理和所波及的核心技术,最后运用Simulk工具模块搭建

4、时分复用系统，对这一系统进行仿真。核心词：时分复用；系统仿真;simlinAbstract: tie divisin multipleingisagital mlilxing tchnloy in digital counicio system， multichannel sigal tnmson gnely use tie-dvio utipexing to impove th ransmissinefficincy he te. This paerinodces tesign o TL softwre,nd the haraceistic f Smk tool n its appliati

5、on,itroducdthe principle oftime divson multiplexin systemandthe key thnlogies involved, anfnalybuilda ime diison muliplexigsyem usng Simin tol modl, simulatinof thessmKey ord：im division multlen; Smlink; sem imulation 引言时分多路复用系统是一种数字多路复用技术，也是一项十分复杂的技术。随着现代通信系统的飞速发展，时分多路复用系统的仿真将成为当今通信系统中重要的传播技术,在通信系统

6、的研发和教学中具有越来越重要的意义。时分多路复用系统的仿真实现是衡量通信系统性能的重要工具。与一般仿真过程相似,在对时分多路复用系统仿真之前，一方面需要研究时分多路复用系统的特性,通过归纳和抽样建立时分多路复用系统的仿真模型。时分多路复用系统仿真是通过度析建立起一种可以在一定限度上描述时分多路复用系统的仿真模型，然后通过仿真实验得到有关数据，对仿真数据的成果分析可以得到相应结论，然后把这个结论应用到对目前时分多路复用系统中,达到对输入信号实现复用的效果第一章 概述 .1 MAL概述 MATLAB是一种解释性执行语言，具有强大的计算、仿真、绘图等功能。MATL是由美国mthorks公司发布的重要

7、面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。MATLAB将高性能的数值计算和可视化集成在一起，并提供了大量的内置函数,从而被广泛地应用于科学计算、控制系统、信息解决等领域的分析、仿真和设计工作,并且运用ATLAB产品的开放式构造，可以非常容易地对ATLB的功能进行扩大,从而在不断深化对问题结识的同步,不断完善AAB产品以提高产品自身的竞争能力。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一种易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大限度上挣脱了老式非交互式程序设计语言

8、（如C、Fortran)的编辑模式,代表了当今国际科学计算软件的先进水平。运用M语言还开发了相应的专业工具箱函数供顾客直接使用。这些工具箱应用的算法是开放的可扩展的，顾客不仅可以查看其中的算法，还可以针对某些算法进行修改，甚至容许开发自己的算法扩大工具箱的功能。目前MALAB产品的工具箱有四十多种，分别涵盖了数据获取,科学计算，控制系统设计与分析、数字信号解决、数字图像解决、金融财务分析以及生物遗传工程等专业领域。 12Simuin简介 Simlink(动态系统仿真)是TLAB中一种建立系统方框图和基于方框图级的系统仿真环境,是一种对动态系统进行建模、仿真并对仿真成果进行分析的软件包。Siml

9、in是MTLAB最重要的组件之一,它提供一种动态系统建模、仿真和综合分析的集成环境。在该环境中,无需大量书写程序，而只需要通过简朴直观的鼠标操作，就可构造出复杂的系统。Siulink具有适应面广、构造和流程清晰及仿真精细、贴近实际、效率高、灵活等长处,并基于以上长处ulink已被广泛应用于控制理论和数字信号解决的复杂仿真和设计。同步有大量的第三方软件和硬件可应用于或被规定应用于imulink。Simu 的一般构造：输入系统输出Simulik应用及特点Sulin是用于动态系统和嵌入式系统的多领域仿真和基于模型的设计工具。对多种时变系统,涉及通讯、控制、信号解决、视频解决和图像解决系统，mulik

10、提供了交互式图形化环境和可定制模块库来对其进行设计、仿真、执行和测试。构架在Smlink基本之上的其她产品扩展了Smulk多领域建模功能，也提供了用于设计、执行、验证和确认任务的相应工具。iunk与MATB紧密集成在一起的,可以在两种环境下对自己的模型进行仿真、分析和修改，也可以直接访问TLB大量的工具来进行算法研发、仿真的分析和可视化、批解决脚本的创立、建模环境的定制以及信号参数和测试数据的定义。Simulik特点如下:(1)丰富的可扩大的预定义模块库。(2)交互式的图形编辑器来组合和管理直观的模块图。(3)以设计功能的层次性来分割模型,实现对复杂设计的管理。(4)通过MelElorer 导

11、航、创立、配备、搜索模型中的任意信号、参数、属性，生成模型代码。(5)提供API用于与其她仿真程序的连接或与手写代码集成。 (6)使用Embeed MATAB™ 模块在Simuink和嵌入式系统执行中调用MATLAB算法。（7)使用定步长或变步长运营仿真，根据仿真模式(Noral，Aclertr,Rapid Acceerato)来决定以解释性的方式运营或以编译C代码的形式来运营模型。(8）图形化的调试器和剖析器来检查仿真成果,诊断设计的性能和异常行为。(9)可访问ATLB从而对成果进行分析与可视化,定制建模环境,定义信号参数和测试数据。(1)模型分析和诊断工具来保证模型的一致性,拟

12、定模型中的错误。 1 时分多路复用技术概述在实际的通信系统中，为了提高通信系统的运用率，往往用多路通信的方式来传播信号。所谓多路通信，就是指把多种不同信源所发出的信号组合成一种群信号，并经由同一信道进行传播,在收端再将它分离并将它们相应接受。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本上的,由于抽样定理使持续的基带信号有也许被在时间上离散浮现的抽样脉冲所替代。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。运用这些空隙便可以传播其她信号的抽样值，因此，就也许用一条信道同步传送若干个基带信号,并且每一种抽样值占用的时间越短，可以传播的路数也就越多。两个基带信号

13、在时间上交替浮现，显然这种时间复用信号在接受端只要在时间上恰本地进行分离，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长处,一是多路信号的汇合与分路都是数字电路，简朴、可靠；二是时分复用通信系统对非线性失真的规定比较低。然而,时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接受端与发送端的时钟同步问题提出了较高的规定。所谓同步是指接受端能对的地从数据流中辨认各路序号。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

14、有信号都是时间分割,按某种固定方式排列起来,称为帧构造。采用时分复用的数字通信系统,在国际上已逐渐建立其原则。原则上是把一定路数电话语音复合成一种原则数据流(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播速率不同，分别成为一次群、二次群、三次群、四次群等等。第二章 基本原理2.1频分多路复用原理在物理信道的可用带宽超过单个原始信号（如原理图2.1.1中的H1、CH2和CH这3路信号）所需带宽状况下，可将该物理信道的总带宽分割成若干个与传播单个信号带宽相似(或略宽）的子信道;然后在每个子信道上传播一路信号,以实目前同一信道中同步传播多路信

15、号。多路原始信号在频分复用前,先要通过频谱搬移技术将各路信号的频谱搬移到物理信道频谱的不同段上,使各信号的带宽不互相重叠(搬移后的信号如图中的中间3路信号波形);然后用不同的频率调制每一种信号，每个信号都在以它的载波频率为中心，一定带宽的通道上进行传播。为了避免互相干扰,需要使用抗干扰保护措施带来隔离每一种通道。图2.1.频分复用原理图（FM) 频分复用按频谱划分信道，多路基带信号被调制在不同的频谱上。因此它们在频谱上不会重叠,即在频率上正交,但在时间上是重叠的，可以同步在一种信道内传播。在频分复用系统中，发送端的各路信号m(t）,2(t），,mn（)经各自的低通滤波器分别对各路载波f(t)，

16、f(t)，,f()进行调制，再由各路带通滤波器滤出相应的边带(载波电话一般采用单边带调制），相加后便形成频分多路信号。在接受端，各路的带通滤波器将各路信号分开,并分别与各路的载波f1(t)，f2（t)，n(t)相乘，实现相干解调,便可恢复各路信号,实现频分多路通信。为了构造大容量的频分复用设备，现代大容量载波系列的频谱是按模块构造由多种基本群组合而成。根据国际电报电话征询委员会(CITT)建议,基本群分为前群、基群、超群和主群。前群，又称3路群。它由3个话路经变频后构成。各话路变频的载频分别为12,16，20千赫。取上边带，得到频谱为224千赫的前群信号。基群，又称12路群。它由4个前群经变频

17、后构成。各前群变频的载频分别为84,96,108,2千赫。取下边带,得到频谱为 0108千赫的基群信号。基群也可由2个话路经一次变频后构成。超群,又称60路群。它由5个基群经变频后构成。各基群变频的载频分别为40,468,516，6，62千赫。取下边带,得到频谱为1552千赫的超群信号。主群，又称0路群。它由5个超群经变频后构成。各超群变频的载频分别为164,1612,180,108,2356千赫。取下边带,得到频谱为822044千赫的主群信号。3个主群可构成 90路的超主群。4个超主群可构成360路的巨群。频分复用的长处是信道复用率高,容许复用路数多，分路也很以便。因此，频分复用已成为现代模

18、拟通信中最重要的一种复用方式，在模拟式遥测、有线通信、微波接力通信和卫星通信中得到广泛应用。. 时分多路复用原理时分复用T是采用同一物理连接的不同步段来传播不同的信号,也能达到多路传播的目的。时分多路复用以时间作为信号分割的参量，故必须使各路信号在时间轴上互不重叠。时分多路复用(TD)是按传播信号的时间进行分割的,它使不同的信号在不同的时间内传送，将整个传播时间分为许多时间间隔(Slot time，T,又称为时隙),每个时间片被一路信号占用。TDM就是通过在时间上交叉发送每一路信号的一部分来实现一条电路传送多路信号的。电路上的每一短临时刻只有一路信号存在。因数字信号是有限个离散值,因此DM技术

19、广泛应用于涉及计算机网络在内的数字通信系统，而模拟通信系统的传播一般采用FDM。时分多路复用合用于数字信号的传播。由于信道的位传播率超过每一路信号的数据传播率,因此可将信道准时间提成若干片段轮换地给多种信号使用。每一时间片由复用的一种信号单独占用，在规定的时间内,多种数字信号都可按规定传播达到,从而也实现了一条物理信道上传播多种数字信号。假设每个输入的数据比特率是9.6kbit ,线路的最大比特率为76. 8 kit / ，则可传播8 路信号。以电话通信为例阐明时分多路复用的过程:发送端的各路话音信号经低通滤波器将带宽限制在400z以内,然后加到匀速旋转的电子开关SA1上,依次接通各路信号，它

20、相称于对各路信号按一定的时间间隙进行抽样。A1旋转一周的时间为一种抽样周期，这样就做到了对每一路信号每隔周期T时间抽样一次，此时间周期称为1帧长。发送端电子开关SA不仅起到抽样作用，同步还要起到复用和合路的作用。合路后的抽样信号送到编码器进行量化和编码,然后,将信号码流送往信道。在接受端，将各分路信号码进行统一译码,还原后的信号由分路开关SA依次接通各分路,在各分路中经低通滤波器将重建的话音信号送往收端顾客。在上述过程中,应当注意的是，发、收双方的电子开关的起始位置和旋转速率都必须一致，否则将会导致错收,这就是PC系统中的同步规定。收、发两端的数码率或时钟频率相似叫位同步或称比特同步，也可通俗

21、的理解为两电子开关旋转速率相似;收、发两端的起始位置是每隔帧长(即每旋转一周)核对一次的,此称帧同步。这样才一能保证对的辨别收到的哪8位码是属于一种样值的,又是属于哪一路的。为了完毕上述同步功能，在接受端还需设有两种装置:一是同步码辨认装置,辨认接受的M信号序列中的同步标志码的位置;二是调节装置,当收、发两端同步标志码位置不相应时,需在收端进行调节使其两者位置相相应。以上两种装置统称为帧同步电路。 TDM系统具有抗干扰性强、无噪声积累、功放器件全鼓励功率的运用充足等长处。虽然由于频谱运用率远低于频分多路复用(FD)系统,工作频带较窄的电缆不能用于大容量系统，但光缆和波段微波的高载频可提供很大带

22、宽,而多值正交调幅技术在数字微波系统上的应用还可大大提高波道的频谱运用率,使它们均可用于大容量数字传播系统。在电信网必然要过渡到综合业务数字网的趋势下，时分复用系统将居独占地位。 .时分多路复用分类M又分为同步时分复用(Sychonu Tie Divsion Mltiplxig，STDM）和记录时分复用(snchroos Tim ivisonMtplen,ATM)。同步时分复用同步时分复用采用固定期间片分派方式，即将传播信号的时间按特定长度持续地划提成特定的时间段(一种周期)，再将每一时间段划提成等长度的多种时隙,每个时隙以固定的方式分派给各路数字信号，各路数字信号在每一时间段都顺序分派到一种

23、时隙。由于在同步时分复用方式中，时隙预先分派且固定不变,无论时隙拥有者与否传播数据都占有一定期隙，这就形成了时隙挥霍,其时隙的运用率很低,为了克服STD的缺陷,引入了异步时分复用技术。 记录时分复用记录时分复用又被称为异步时分复用(ATDM)能动态地按需分派时隙，以避免每个时间段中浮现空闲时隙。AD就是只有当某一路顾客有数据要发送时才把时隙分派给它；当顾客暂停发送数据时，则不给它分派时隙。电路的空闲时隙可用于其她顾客的数据传播。此外,在ATDM中，每个顾客可以通过多占用时隙来获得更高的传播速率,并且传播速率可以高于平均速率，最高速率可达到电路总的传播能力,即顾客占有所有的时隙。2.4抽样定理所

24、谓抽样，就是对时间持续的信号隔一定的时间间隔T抽取一种瞬时幅度值(样值）,抽样是由抽样门完毕的。在一种频带限制在（0,f h)内的时间持续信号（t），如果以不不小于等于/(2fh)的时间间隔对它进行抽样，那么根据这些抽样值就能完全恢复原信号.或者说,如果一种持续信号(t）的频谱中最高频率不超过 h，这种信号必然是个周期性的信号，当抽样频率fSh时，抽样后的信号就涉及原持续信号的所有信息,而不会有信息丢失,当需要时，可以根据这些抽样信号的样本来还原本来的持续信号。根据这一特性，可以完毕信号的模数转换和数模转换过程。在发端采用了周期均为s的方波函数作为第一路信号，正弦函数作为第二路信号，和锯齿波函

25、数第三路输入信号。周期为s的方波离散化后对第一路信号抽样,分别延迟一种单元、两个单元在对第二路、第三路信号进行抽样,抽样后的信号通过一种合路器传送到信道。 时分复用原理完全是建立在抽样定理基本上。在相邻抽样脉冲之间存在时间上的空隙,运用这种空隙便可以在同一信道中传播其他路信号的抽样脉冲,只要抽样脉冲之间互相不混淆.在时间上分开的,在接受端就可以想法把多种信号分开，最后实现恢复各路原始信号。这就是时分复用原理。图24.1时分复用示意图图2.2时分复用的帧构造 5 TDM系统构成及工作原理 时分复用系统内重要部件是发端的时间分派器ST和接受端的时间分派器SR,它在时间上是同步的,这就规定同步系统的

26、技术指标很严格,时间分派器的功能事实上就是对各路信号轮流取样，因此它的输出功能就是由各路取样后脉冲所构成的时间复用信号，如图.1。 图2.5.1时分复用系统构造图假定抽样脉冲宽度很窄,近似为冲激脉冲，为了不失真的传播这些脉冲，规定信道有无限的带宽。但实际并不需要,由于信号通过信道后来,我们需要的是脉冲的高度而不是形状。第三章 时分复用系统仿真模型 .1Smlink仿真框图搭建根据同步时分多路复用系统原理,在熟悉Simlink仿真软件的基本上，可搭建系统实现框图如图3.1.1和图3.12所示。图.1.1时分复用系统构造框图图3.1 Sbsystem/Subsysm1构造框图在左侧输入端输入涉及方

27、波、正选拨及锯齿波的四路信号，通过Susyst(构造图如图.所示）在脉冲控制下实现对左侧输入信号准时间依次进行抽取。合并器Merge的功能是将在不同步隙抽取的信号合并成一路向量信号并由示波器输出该复用波形。uby构造同Subsytem，实现时分复用系统原理框图中解复用的作用,即在接受端将经合并器Merge后来的复用信号以准时间抽取的方式分离成原始的四路信号。 32 仿真参数设立系统框图各输入信号参数设立如图32.1到图3.2.所示: 图3.1 方波参数设立图3.2 正弦波参数设立图3.3锯齿波参数设立采用幅度为3，周期为2，无相位延迟的方波分别作为第1路输入信号。具体设立如图.1。 采用幅度为

28、3 ,周期为兀的正弦波作为第2路和第4路输入信号。具体设立如图22。采用周期为2的锯齿波作为第三路输入信号。具体设立如图.23。图.2.4门控参数设立使用幅度为3周期为.1的矩形脉冲控制准时间抽取的“高速开关”的旋转。图3.2. 零阶保持器的参数设立使用零阶保持器来实现时隙分派过程中的同步。其采样时间设立为.1/4。图2 延迟器的参数设立 单位延迟器,采样周期为缺省值,Subste/Subm1中有四路输入,第一路不做任何解决，对其她三路分别进行相对于前一路的单位延迟,即第二路延迟一种单位,第三路延迟二个单位,第四路延迟三个单位。运用这种输入信号在时间轴上相对位置的变化,可以实现对四路信号的分离

29、,即时隙分派。 图3.2.7使能子系统构造示意图 图3.2.8 使能子系统及参数拟定 Eale的作用就是使在系统控制信号的控制之下(本系统中为方波信号），子系统可以自行启动，不必再另行调用。图 .2.9合成器Mre的参数设立系统框图输出部分参数设立： 输出部分除了参数设立与Ssystm设立相似起抽样分离作用的Sstm1以外，在分离出来的信号支路上各加上了低通或者数字滤波器来减少解复用的失真,具体设立如图3.2.10和图3.2.11。 图.2.10 低通滤波器的参数设立图3.2. 数字滤波器的参数设立 第四章时分复用的Sulin仿真及成果分析 4.1时分多路的Simulin仿真整个时分多路复用框

30、图中共接有3个滤波器,它们分别是：示波器1(输入端）、示波器2（复用端）和示波器3（解复用端）。按照iuink仿真的一般措施环节仿真后来，各个端口的示波器波形如图4.1.到图4.13所示。图4.11示波器1输入波形 图4.1.示波器2输出波形 图4.1.3 示波器3输出波形 4.2仿真成果分析示波器1 接在仿真框图的输入端部分,其输出波形为涉及方波、锯齿波和正弦波在内的四路原始输入信号。示波器接在仿真框图的复用端,其输出波形为通过时间采样并由合成器合成后来的服用波形。示波器3 接在仿真框图的输出端,即解复用端，其输出波形为对复用波形进行准时间抽取采样分离后来的解复用信号。 仔细对比示波器1和示

31、波器2的输出波形。可以看出示波器的轮廓涉及示波器1中的方波、锯齿波和正弦波。可以得出在通过Sbsysem采样Merge合成后来,示波器2的输出波形就是将输入波形按照时隙分派复用原则复用后来的波形。 对比示波器1和示波器3的输出波形。可以看出两者之间波形总体来说基本一致略有失真，究其因素就是在复用和解复用中也许有混入的无关量,导致了干扰。针对此状况，在输出端分别加入了低通滤波器和数字滤波器,减小了干扰量的影响,但相比示波器1 输入波形还是存在一定限度上的失真。 总结 通过这次论文设计熟悉理解了时分复用的基本原理,也对MATLA软件和iuim工具进行理解，熟悉软件功能与特点。然后运用时分复用的复用

32、方式进行分析，时分复用M是采用同一物理连接的不同步段来传播不同的信号,也能达到多路传播的目的。在本次论文设计中会运用到在抽样定理的基本上对时分复用系统进行建模。建立系统模型的过程。又称模型化。建模是研究系统的重要手段和前提。建模完毕之后，开始进行仿真，在得到仿真成果后,对仿真成果进行分析。参照文献1潘新民. 计算机通信技术.电子工业出版社,.2Proaks. 数字通信(第四版）M.电子工业出版社，3谢尤忠. 现代通信系统原理教程M.电子工业出版社，.4钱恭斌 实用通信与电子线路的计算机仿真.电子工业出版社，.樊昌信.通信原理M国防工业出版社，1999.6孙学军 通信原理（第三版）.电子工业出版

33、社，7李大友. 严化南. 数字电路逻辑设计.清华大学,19.8孙丽华. 信息论与纠错编码.电子工业出版社,.宋祖顺. 现代通信原理M.电子工业出版社,1李朝举. 电信技术 .人民邮电出版社,995,0期 道谢 经历将近两个月的时间终于将这篇论文写完，在论文的写作过程中遇到了无数困难的阻碍，在同窗和教师的协助下度过了。特别要感谢我的论文懂得教师张晓霞教师，她对我进行了无私的指引和协助，不厌其烦的协助我进行论文的修改和改善。此外，在学校图书馆找资料的时候,图书馆的教师也给我提供了诸多方面的支持与协助。在此向协助和指引过我的各位教师表达最衷心的感谢，也感谢这篇论文所波及到的各位学者。本文引用了数位学者的研究文献，如果没有各位学者的研究成果的协助和启发，我将很难完毕本篇论文的写作。感谢我的同窗和朋友，在我写论文的过程中给与了我诸多你们的素材,还在论文的撰写和排版等过程中提供热情的协助。 由于我的学术水平有限，所写论文难免有局限性之处,恳请各位教师和学友批评和指正。