2FSK时分复用通信系统的研究与设计 (1)

湖南工程学院课程设计课程名称专业课程设计课题名称2FSK时分复用通信系统的研究与设计专业电子信息工程班级1102学号201101030233姓名邓辉指导教师浣喜明2015年01月02日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2FSK时分复用通信系统的研究与设计专业班级电子信息1102学生姓名邓辉指导老师浣喜明审批任务书下达日期2014年12月22日设计完成日期2015年01月02日设计内容与设计要求一、设计内容：设计一个2FSK时分复用通信系统，包括数字信源、数字终端、数字调制、2FSK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。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、通信原理实验指导书。目录1.设计基本原理与系统框图............................................................................12．各单元电路设计..........................................................................................22.1数字信源.............................................................................................22.2数字终端.............................................................................................32.32FSK调制............................................................................................62.42FSK解调............................................................................................72.5位同步.................................................................................................92.6帧同步...............................................................................................133．SystemVIEW仿真.......................................................................................144．总结与体会................................................................................................175．附录............................................................................................................186．参考文献....................................................................................................1911.设计基本原理与系统框图图1.1给出了2FSK时分复用通信系统的原理框图，由信源（数据m1(t)和数据m2(t)两路数据）、复接器、数字调制（2FSK）、载波同步、解调（2FSK）、分接器、位同步、帧同步及数字终端（数据D1(t)和数据D2(t)两路数据）等部分组成。m（t）为时分复用数字基带信号，为NRZ码。发滤波器与收滤波器的作用于基带系统相同。由数字信源任意给出两路不同速率的数据，将两路不同速率的数据送到复接器，复接成一路数字基带信号，经过2FSK来调制再经过信道的传输，在接收端将接收到的信号使用2FSK解调，用分接器将两路信号分离出来这就是一个2FSK的通信系统。数字信源输出时分复用数字基带信号用单极性不归零码NRZ码，其中有一个时隙为帧同步信号，两个时隙为数据信号。帧同步与位同步模块从NRZ中提取帧同步信号和位同步信号，并且将数据和同步信号对齐后输出。三路信号提供给终端，终端就可以把两路复用数据信号正确的提取出来。图1.12FSK时分复用通信系统原理框图噪声D2(t)D1(t)载波同步帧同步位同步帧同步位同步m2(t)m1(t)复接器2FSK调制器信道2FSK解调器发滤波器收滤波器分接器帧同步22．各单元电路设计2.1数字信源本模块是整个实验系统的发终端，模块内部只使用+5V电压，其原理方框图如图2.1.1所示。本单元产生NRZ信号，信号码速率约为170.5KB。帧长为24位，其中首位无定义，第2位到第8位是帧同步码（7位巴克码1110010），另外16位为2路数据信号，每路8位。此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发光二极管指示，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，熄状态表示0码。本模块有以下测试点及输入输出点：CLK晶振信号测试点BS-OUT信源位同步信号输出点/测试点（2个）FS信源帧同步信号输出点/测试点NRZ-OUT(AK)NRZ信号(绝对码)输出点/测试点（4个）图1-1中各单元与电路板上元器件对应关系如下：晶振CRY：晶体；U1：反相器7404分频器U2：计数器74161；U3：计数器74193；U4：计数器40160并行码产生器K1、K2、K3：8位手动开关，从左到右依次与帧同步码、数据1、数据2相对应；发光二极管：左起分别与一帧中的24位代码相对应八选一U5、U6、U7：8位数据选择器4512三选一U8：8位数据选择器4512倒相器U20：非门74HC043抽样U9：D触发器74HC74BSS5S4S3S2S1BS-OUTNRZ-OUTCLK并行码产生器八选一八选一八选一分频器三选一NRZ抽样晶振FS倒相器图2.1.1数字信源方框图2.2数字终端原理框图如图2.2.1所示。它输入单极性非归零信号、位同步信号和帧同步信号，把两路数据信号从时分复用信号中分离出来，输出两路串行数据信号和两个8位的并行数据信号。两个并行信号驱动16个发光二极管，左边8个发光二极管显示第一路数据，右边8个发光二极管显示第二路数据，二极管亮状态表示“1”，熄灭状态表示“0”。两个串行数据信号码速率为数字源输出信号码速率的1/3。在数字终端模块中，有以下测试点及输入输出点：S-IN时分复用基带信号输入点SD抽样判后的时分复用信号测试点BD延迟后的位同步信号测试点4FD整形后的帧同步信号测试点D1分接后的第一路数字信号测试点B1第一路位同步信号测试点F1第一路帧同步信号测试点D2分接后的第二路数字信号测试点B2第二路位同步信号测试点F2第二路帧同步信号测试点延迟1延迟2整形延迟3FS-INBS-INS-INFDFD-7FD-15FD-8FD-16BD显示串/并变换串/并变换F2÷3并/串变换并/串变换D2B1F1D1SD-DBD显示B2图2.2.1数字终端原理方框图图2.2.1中各单元与电路板上元器件对的应关系如下：延迟1U63：单稳态多谐振荡器4528延迟2U62:A：D触发器4013整形U64:A：单稳态多谐振荡器4528；U62:B：D触发器4013延迟3U67、U68、U69：移位寄存器40174÷3U72：内藏译码器的二进制寄存器4017串/并变换U65、U70：八级移位寄存器40945并/串变换U66、U71：八级移位寄存器4014(或4021)显示三极管9013；发光二极管延迟1、延迟2、延迟3、整形及÷3等5个单元可使串/并变换器和并/串变换器的输入信号SD、位同步信号及帧同步信号满足正确的相位关系，如图4-3所示。移位寄存器40174把FD延迟7、8、15、16个码元周期，得到FD-7、FD-15、FD-8（即F1）和FD-16（即F2）等4个帧同步信号。在FD-7及BD的作用下，U65（4094）将第一路串行信号变成第一路8位并行信号，在FD-15和BD作用下，U70（4094）将第二路串行信号变成第二路8位并行信号。在F1及B1的作用下，U66（4014）将第一路并行信号变为串行信号D1，在F2及B2的作用下，U71（4014）将第二路并行信号变为串行信号D2。B1和B2的频率为位同步信号BS频率的1/3，D1信号、D2信号的码速率为信源输出信号码速率的1/3。U65、U70输出的并行信号送给显示单元。根据数字信源和数字终端对应的发光二极管的亮熄状态，可以判断数据传输是否正确。串/并变换及并/串变换电路都有需要位同步信号和帧同步信号，还要求帧同步信号的宽度为一个码元周期且其上升沿应与第一路数据的起始时刻对齐，因而送给移位寄存器U67的帧同步信号也必须符合上述要求。但帧同步模块提供的帧同步信号脉冲宽度大于两个码元的宽度，且帧同步脉冲的上升沿超前于数字信源输出的基带信号第一路数据的起始时刻约半个码元（帧同步脉冲上升沿略迟后于位同步信号的上升沿，而位同步信号上升沿位于位同步器输入信号的码元中间，由帧同步器工作原理可得到上述结论），故不能直接将帧同步器提取的帧同步信号送到移位寄存器U67的输入端。终端模块将帧同步器提取的帧同步信号送到单稳U64的输入端，单稳U64设为上升沿触发状态，其输出脉冲宽度略小于一个码元宽度，然后用6位同步信号BD对单稳输出抽样后得到FD。应指出的是，当数字终端采用其它电路或分接出来的数据有其它要求时，对位同步信号及帧同步信号的要求将有所不同，但不管采用什么电路，都需要符合某种相位关系的帧同步信号和位同步信号才能正确分接出时分复用的各路信号。2.32FSK调制要将NRZ码经过2FSK调制成为2FSK信号主要有两种方法：第一种是用二进制基带矩形脉冲信号去调制一个调频器，使其能够输出两个不同频率的码元；而另一种方法是用一个受基带脉冲控制的开关电路去选择两个独立频率源的振荡作为输出。在此，我们采用第二种方法（键控法）。键控法产生的2FSK信号频率稳定度可以做得很高并且没有过渡频率，它的转换速度快，波形好。这里采用键控法来产生2FSK信号，其原理方框图如图2.3.1所示：f0S（t）f1图2.3.12FSK产生方法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2FSK信号。调制模块内部只用+5V电压，数字调制单元的原理方框图和电路图如图2.3.2和2.3.3所示。频率源2频率源1开关电路7NRZ图2.3.22FSK调制框图图2.3.32FSK调制电路图2.42FSK解调2FSK信号的解调方法有：包络检波法、相干解调法、鉴频法、过零检测法