DPSK时分复用通信系统的研究与设计

课程设计课程名称专业课程设计课题名称DPSK时分复用通信系统的研究与设计专业电子信息工程班级1181班学号03姓名秦韬指导教师浣喜明2014年12月16日1湖南工程学院课程设计任务书课程名称专业课程设计题目DPSK时分复用通信系统的研究与设计专业班级电子信息1181学生姓名秦韬指导老师浣喜明审批任务书下达日期2014年12月16日设计完成日期2015年01月02日2设计内容与设计要求一、设计内容：设计一个DPSK时分复用通信系统，包括数字信源、数字终端、DPSK调制、DPSK解调、位同步及帧同步模块。1、设计系统方框图以及各单元电路图；2、应用SystemVIEW软件对系统进行仿真。二、设计要求1、设计思路清晰，给出系统框图以及各单元电路图；2、给出SystemVIEW仿真结果；3、撰写设计说明书。主要设计条件电脑一台（已装有SystemVIEW软件）；通信原理实验箱一个；说明书格式1.课程设计封面；2.任务书；3.说明书目录；4.设计基本原理与系统框图。5.各单元电路设计；6.SystemVIEW仿真结果；7.总结与体会；8.附录；9.参考文献。3进度安排12月10日：下达设计任务书，介绍课题内容与要求；12月11日—12月25日：查找资料，设计系统框图、各单元电路、利用实验装置对系统进行调试。；12月26日—12月29日：编写并打印设计报告；12月30日：答辩。参考文献1、樊昌信主编，通信原理，国防工业出版社。2、SystemVIEW使用手册。3、浣喜明主编，通信原理实验指导书，湖南工程学院。4目录第一章DPSK时分复用通信系统基本原理.......................................41.1时分复用（TDM）...................................................................51.2DPSK时分复用通信系统........................................................6第二章系统各单元电路的设计...........................................82.1数字信源单元电路设计...........................................................82.22DPSK数字调制单元电路设计...............................................92.3载波同步提取单元电路设计.................................................102.42DPSK相干解调单元电路设计.............................................102.5位同步提取单元电路设计.....................................................112.6帧同步单元电路设计.............................................................122.7数字终端单元电路设计.........................................................14第三章系统仿真.................................................................................15第四章总结与体会...........................................................................17第五章参考文献...............................................................................185第一章DPSK时分复用通信系统基本原理1.1时分复用（TDM）时分复用TDM是采用同一物理连接的不同时段来传输不同的信号，也能达到多路传输的目的。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。时分多路复用适用于数字信号的传输。由于信道的位传输率超过每一路信号的数据传输率,因此可将信道按时间分成若干片段轮换地给多个信号使用。每一时间片由复用的一个信号单独占用,在规定的时间内,多个数字信号都可按要求传输到达,从而也实现了一条物理信道上传输多个数字信号。假设每个输入的数据比特率是9.6kbit/s,线路的最大比特率为76.8kbit/s,则可传输8路信号。以电话通信为例说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3400Hz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，它相当于对各路信号按一定的时间间隙进行抽样。SA1旋转一周的时间为一个抽样周期T，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SA1不仅起到抽样作用，同时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。在接收端，将各分路信号码进行统一译码，还原后的信号由分路开关SA2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用户。在上述过程中，应该注意的是，发、收双方的电子开关的起始位置和旋转速率都必须一致，否则将会造成错收，这就是PCM系统中的同步要求。收、发两端的数码率或时钟频率相同叫位同步或称比特同步，也6可通俗的理解为两电子开关旋转速率相同；收、发两端的起始位置是每隔1帧长（即每旋转一周）核对一次的，此称帧同步。这样才一能保证正确区分收到的哪8位码是属于一个样值的，又是属于哪一路的。为了完成上述同步功能，在接收端还需设有两种装置：一是同步码识别装置，识别接收的PCM信号序列中的同步标志码的位置；二是调整装置，当收、发两端同步标志码位置不对应时，需在收端进行调整使其两者位置相对应。以上两种装置统称为帧同步电路。时分多路复用不仅局限于传输数字信号，也可同时交叉传输模拟信号。1.2DPSK时分复用通信系统1.2.1基本原理与构成DPSK系统中包含数字信源、数字调制、载波同步、2DPSK解调、位同步、帧同步及数字终端等七个单元。两路信号时分复用2DPSK通信系统原理框图如图1.2所示。数字信源单元提供的两路信号通过复接器复接成一路信号m(t)，m(t)为时分复用数字基带信号NRZ码。发滤波器及收滤波器的作用于基带系统相同。设计时假设信道是理想的，收、发端都无带通滤波器。发端时分复用数字基带信号m(t)经过2DPSK调制后用发滤波器进行平滑处理再通过信道进行传输。收端收到2DPSK信号先通过收滤波器去噪，再要进行2DPSK解调，解调后又恢复出数字基带信号m(t)，m(t)通过分接器又可产生两路单极性非归零码。1.2.2系统组成框图DPSK时分复用通信系统由加入了位同步和帧同步的复接器与分接器、2DPSK调制解调器、收发滤波器以及信道这些部分构成，其具体连接如图1.2所示。7图1.2DPSK时分复用通信系统框图8第二章系统各单元电路的设计2.1数字信源单元电路设计数字信源单元向数字调制单元提供数字基带信号（NRZ码）和位同步信号。提供的NRZ信号为集中插入帧同步码时分复用信号，实验电路中数据码用红色二极管指示，帧同步码及无定义位用绿色发光二极管指示，发光二极管亮状态表示1码，熄灭状态表示0码.数字信源单元的框图及电路原理图如图2.1所示。图2.1数字信源单元的框图及电路原理图92.22DPSK数字调制单元电路设计2DPSK数字调制是利用前后相邻的码元的相对载波相位值去表示数字信息的一种数字调制方式。即用前后两个码元之间的相位差来表示码元的值“0”和“1”。例如，假设相差值“∏”表示符号“1”，相差值“0”表示符号“0”。调制模块将输入的绝对码AK(NRZ码)变为相对码BK,用键控法产生2DPSK信号。2DPSK数字调制单元方框图及原理图如图2.2所示。（a）2DPSK数字调制单元方框图1234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:10-Jan-2011SheetofFile:E:\MyDesign.ddbDrawnBy:R35KR4400R5100R610kR74.7kR8100R11100R1210KR134.7KR144.7kR1510KR164.7KR17100Q1NPNQ3NPNQ4NPNQ5NPNC10.1uC30.1UC50.1uC60.1uC70.1uC80.1UC100.1uCLK3D2SD4CD1Q5Q6U18A74ALS74VCC123U19A74HC86BS-IN56U20C74ALS0434U20B74ALS04BKAKVCCL133uHVCCX013X114X215X312X41X55X62X74INH6A11B10C9VEE7X3U24051VCCR154.7kR162002DSPK-OUTCLK3D2SD4CD1Q5Q6U18A74ALS74VCCVCCC150.1uCLK（b）数字调制单元电路原理图图2.2数字调制单元电路设计图102.3载波同步提取单元电路设计通信系统中常用平方环法和同相正交环从2DPSK信号中提取相干载波。这里用平方环法实现系统的载波提取。载波同步方框图及电路原理图如图2.3所示。图2.3载波同步单元方框图2.42DPSK相干解调单元电路设计可用相干解调或差分相干解调法（相位比较法）解调2DPSK信号。在相位比较法中要求载波频率为码速率的整数倍，当此关系不能满足时只能用相干解调法。这里采用相干解调法。解调过程为：2DPSK信号先经过带通滤波器，滤除调制信号频带以外的在信道中混入的噪声信号，得到干净的2DPSK信号再与本地载波相乘从而去掉调制信号中的载波成分，再经过低通滤波器滤除相乘后信号中的高频分量，得到包含基带信号的低频信号，将其送入抽样判决器中进行抽样判决得到基带信号的差分码，最后经过你码变换器，就得到了基带信号。2DPSK相干解调的方框图及电路原理图如图2.4所示。（a）2DPSK相干解调方框图带通滤波相乘低通滤波本地载波提取抽样判决逆码变换11（b）2DPSK相干解调电路原理图图2.42DPSK相干解调电路单元设计图2.5位同步提取单元电路设计可用窄带带通滤波器，锁相环来提取位同步信号。锁相环可以用模数混合锁相环，它要求输入信号是一个准周期数字信号；锁相环也可以使用模拟环，它要求输入信号准周期信号；锁相环还可以用数字锁相环，它不要求输入信号为周期信号或准周期信号，且其工作频率低于模数环和模拟环。用于提取位同步信号的数字环有超前滞后型和触发器型数字环，这里使用触发器型数字环，因为它具有捕捉时间短，抗噪能力强等优点。位同步器的方框图和原理电路图如图2.5所示。（a）位同步器方框图121234ABCD4321DCBATitleNumberRevisionSizeA4Date:5-Jan-2011SheetofFile:E:\MyDesign.ddbDrawnBy:A1B2CLR3Q4Q13Cext14RCext15U2A74LS123C20.1uVCCR250kBS-OUTBSL212U1A74ALS0434U1B74ALS0456U1C74ALS04R11KY1CRYSTALL0CLK3D2SD4CD1Q5Q6U3A74LS74CLK11D12SD10CD13Q9Q8U3B74LS74P015P11P210P39Q03Q12Q26Q37RC13TC12CLK14CE4U/D5PL11U474LS190123U5A74AS32456U5B74AS3212U6A74AS0434U6B74AS0456U6C74AS0489U6D74AS041011U6E74AS04123U7A74AS08VCCL2VCCEA/V