【正文】 基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。 題 目 時 分 復(fù) 用 的 仿 真 與 分 析 學(xué)生姓名 李 園 園 學(xué)號 1113024059 所在學(xué)院 物 理 與 電 信 工 程 學(xué) 院 專業(yè)班級 通 信 工 程 專 業(yè) 1102 班 指導(dǎo)教師 李 翠 華 完成地點 物 理 與 電 信 工 程 學(xué) 院 實 驗 室 2020 年 5 月 20 日 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 I 畢業(yè)論文 ﹙ 設(shè)計 ﹚ 任務(wù)書 院 (系 ) 物理與電信工程學(xué)院 專業(yè)班級 通信 1102 學(xué)生姓 李園園 一、畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚題目 時分復(fù)用的仿真與分析 二、畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚工作自 2020 年 12 月 20 日 起至 2020 年 06 月 20 日止 三、畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚進行地點 : 物理與電信工程學(xué)院實驗室 四、畢業(yè)論文﹙設(shè)計﹚的內(nèi)容要求： 多址技術(shù)是通信系統(tǒng)中常見的一種技術(shù)，按照多址方式的不同分為頻分多址，時分多址和碼分多址。本設(shè)計通過對模擬信號進行抽樣、量化、編碼，再經(jīng)過多路信號的 時分復(fù)用進行傳輸，在接收端對接收信號進行分路、譯碼、濾波恢復(fù)出原始信號。 quantization。 通信系統(tǒng)是用以完成信息傳輸過程的技術(shù)系統(tǒng)的總稱。與一般仿真過程相似，在對通信系統(tǒng)仿真之前，首先需要研究通信系統(tǒng)的特性，通過歸納和抽象建立通信系統(tǒng)的仿真模型。 值得注意的是，在整個通信系統(tǒng)仿真過程中，人為因素至始至終起著相當(dāng)重要的作用。這里所謂的多路復(fù)用通信方式通常是指：在一個信道上同時傳輸多個話音信號的技術(shù)，有時也將這種技術(shù)簡稱為復(fù)用技術(shù)。 頻分多路復(fù)用 FDM (Frequency Division Multiplexing)和 時分多路復(fù)用 TDM (Time Division Multiplexing)是兩種最常用的多路復(fù)用技術(shù)。 傳輸系統(tǒng)覆蓋著整個電信網(wǎng)，連接著所有用戶，投資很大。 20 世紀(jì) 60 年代初，每對市話中繼線發(fā)展為可傳輸 24 路或 30路 PCM 的系統(tǒng)。語言 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 2 頁 共 52 頁 壓縮編碼技術(shù)的進步，使 32kbit/s 數(shù)字電話的傳輸質(zhì) 量達到原 64kbit/s 話音信號的水平，從而可使64kbit/s 系統(tǒng)的容量加倍。一個 64kbit/s PCM 活路可通數(shù)十路 1 200bit/s及 2 400bit/s 數(shù)據(jù)業(yè)務(wù)，以及在一個話路帶寬內(nèi)，以較寬的低頻段通電話，以較窄的高頻段通移頻電報等。然而在國際上，模擬傳輸系統(tǒng)中的載波多路復(fù)用方案不盡相同，脈碼調(diào)制的數(shù)字復(fù)用體制也存在北美、歐洲與日本三個系列，互不兼容，造成互通的困難。目前，國際上最具代表性的 3G 技術(shù)標(biāo)準(zhǔn) 有三種，分別是 TDSCDMA、 WCDMA和 CDMA2020。從 Matlab誕生開始，由于其高度的集成性及應(yīng)用的方便性，在高校 中 受 到了極大的歡迎。可以毫不夸張的說，哪怕是你真正理解了一個工具箱，那么就是理解了一門非常重要的科學(xué)知識?？梢哉f， Matlab 已經(jīng)也很有必要成為大學(xué)生的必修課之一，掌握這 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 3 頁 共 52 頁 門工具對學(xué)習(xí)各門學(xué)科有非常重要的推進作用。 Simulink工作環(huán)境進過幾年的發(fā)展，已經(jīng)成為 學(xué)術(shù)和工業(yè)界用來建模和仿真的主流工具包。 Simulink模塊庫（或函數(shù)庫）包含有 Sinks（輸出方式）、Sources（輸入源）、 Linear（線性環(huán)節(jié)）、 Nonlinear（非線性環(huán)節(jié)）、 Connection（連接與接口）和Extra（其他環(huán)節(jié)）等具有不同功能或函數(shù)運算的 Simulink庫模塊（或庫函數(shù)） ，而且每個子模型庫中包含有相應(yīng)的功能模塊，用戶還可以根據(jù)需要定制和創(chuàng)建自己的模塊。菜單方式對于交互工作非常方便，而命令行方式對于運行仿真的批處理 非常有用。由于 MATLAB 和 SIMULINK 的集成在一起的，因此用戶可以在這兩種環(huán)境下對自己的模型進行仿真、分析和修改模型。 (3) 以設(shè)計功能的層次性來分割模型，實現(xiàn)對復(fù)雜設(shè)計的管理。 (7) 使用定步長或變步長運行仿真，根 據(jù)仿真模式 (Normal,Accelerator,Rapid Accelerator)來決定以解釋性的方式運行或以編譯 C代碼的形式來運行模型。 設(shè)計的目的及任務(wù) 設(shè)計目的： （ 1）通過對多址技術(shù)的學(xué)習(xí)，完成時分復(fù)用系統(tǒng)的搭建； （ 2）利用 PCM脈沖抽樣、量化、編碼原理實 現(xiàn)對模擬信號的編譯碼，實現(xiàn)模擬信號的數(shù)字換轉(zhuǎn)換； （ 3）總結(jié)設(shè)計，完成設(shè)計論文 1篇； 設(shè)計任務(wù)： （ 1）通過 PCM 編碼搭建時分多址系統(tǒng)仿真模型 。所謂多路通信，就是把多個不同信源所發(fā)出的信號組合成一個群信號，并經(jīng)由同一信道進行傳輸，在收端再將它分離并被 相應(yīng)接收。利用這些空隙便可以傳輸其他信號的抽樣值，因此，就可能用一條信道同時傳送若干個基帶信號 ,并且每一個抽樣值占用的時間越短，能夠傳輸?shù)穆窋?shù)也就越多。此外，時分復(fù)用通信系統(tǒng)有兩個突出的優(yōu)點，一是多路信號的匯合與分路都是數(shù)字電路，簡單、可靠；二是時分復(fù)用通信系統(tǒng)對非線性失真的要求比較低。它可以是一組特定的碼組，也可以是特定寬度的脈沖。時分復(fù)用就是一種常用的多路通信方式。由于信道的位傳輸率超過每一路信號的數(shù)據(jù)傳輸率，因此可將信道按時間分成若干片段輪換地給多個信號使用。原則上是把一定路數(shù)電話語音復(fù)合成一個標(biāo)準(zhǔn)數(shù)據(jù)流（稱為基群），然后再把基群數(shù)據(jù)流采用同步或準(zhǔn)同步數(shù)字復(fù)接技術(shù)，匯合成更高速地數(shù)據(jù)信號，復(fù)接后的序列中按傳輸速率不同，分別成為一次群、二次群、三次群、四次群等等 ,原理圖如上圖 。 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 7 頁 共 52 頁 圖 TDMA 系統(tǒng)組成框圖 模擬信號數(shù)字化原理 數(shù)字通信系統(tǒng)因可靠性高、抗干擾能力強等特點而成為通信系統(tǒng)的主要的發(fā)展方向，然而自然界的許多信息進過各種傳感器感知后都是模擬量，例如電話、電視等通信業(yè)務(wù)，其信源輸出的都是模擬信號，若要利用數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸模擬信號，一般需要三個步驟：首先將模擬信號變成數(shù)字信號，即完成模數(shù)轉(zhuǎn)換，其次是進行數(shù)字方式傳輸，最后是將數(shù)字信號還原為模擬信號，即完成數(shù)模轉(zhuǎn)換。首先對模擬信息源發(fā)出的模擬信號進行抽樣，使其成為一系列離散的抽樣值，然后將這些抽樣值進行量化并編碼，變換成數(shù)字信號。能否由此樣值序列重建原信號，是抽樣定理要回答的問題。根據(jù)信號是低通型的還是帶通型的，抽樣定理分低通抽樣定理和帶通抽樣定理；根據(jù)用來抽樣的脈沖序列是等間隔的還是非等間隔的，又分均勻抽樣定理和非均勻抽樣；根據(jù)抽樣的脈沖序列是沖擊序列還是非沖擊序列，又可分理想抽樣和實際抽樣。其中取樣脈沖序列 s(t)也稱為開關(guān)函數(shù)。而沖激序列 δ Ts（這里 T=Ts， Ω= 2π /Ts=ω s）的頻譜函數(shù)也是周期沖激序列，函數(shù) δ Ts(t)及其頻譜圖如圖 的 (b)和(e)所示。 1，177。采樣信號 fs(t)的頻譜就是將原始信號 f(t)的頻譜在頻率軸上以采樣角頻率 ωs為周期進行周期延拓后的結(jié)果（幅度為原頻譜的 1/Ts）。頻譜重疊的這種現(xiàn)象常稱為混疊現(xiàn)象。 量化原理 模 擬信號數(shù)字化的過程包括三個主要步驟，即抽樣、量化和編碼。此抽樣值仍然是一個取值連續(xù)的變量，即它可以有無數(shù)個可能的連續(xù)取值。用這 M個量化電平表示連續(xù)抽樣值的方法稱為量化。它根據(jù)一定的（監(jiān)督）規(guī)律在待發(fā)送的信息碼元中（人為的）加入一些必要的（監(jiān)督）碼元，在接受端利用這些監(jiān)督碼元與信息碼元之間的監(jiān)督規(guī)律，發(fā)現(xiàn)和糾正差錯，以提高信息碼元傳輸?shù)目煽啃浴? 信源編碼是主要是利用信源的統(tǒng)計特性，解決信源的相關(guān)性，去掉信源冗余信息，從而達到壓縮信源輸出的信息率，提高系統(tǒng)有效性的目的。 脈沖編碼調(diào)制（ PulseCodeModulation），是對信號進行抽樣和量化時，將所得的量化值序列進行編碼，變換為數(shù)字信號的調(diào)制過程。 (2)切線 ob段 +曲線 bc—— A律壓縮曲線?，F(xiàn)在由于數(shù)字電路技術(shù)的發(fā)展，這種特性很容易用數(shù)字電路來近似實現(xiàn)， 13折線特性就是近似于 A壓縮律的特性，其曲線見圖 0 x11 l n ( )yxk??11 陜西理工學(xué)院畢業(yè)設(shè)計 第 11 頁 共 52 頁 圖 A 律 13 折線 圖中橫坐標(biāo) x在 [01]區(qū)間中分為不均勻的 8段。 輸入信號 x進行 A律壓縮，取 A= 13折線近似，在第一象限，輸出 x端點對應(yīng) . 在 13折線法中采用的折疊碼有 8 位。段內(nèi)碼代表的 16個量化電平是均勻劃分的。后面的 7 位分為段落碼和段內(nèi)碼兩部分，用于表示量化值的絕對值。 輸入信號 x后，極性碼 C1的判斷方法是： x0,C1=0。時分多址是把時間分割成周期性的幀 (FmrIIe)每一個幀再分割成若干個時隙向基站發(fā)送信號，在滿足定時和同步的條件下．基站可以分別在各時隙中接收到各移動終端的信號而不混擾。系統(tǒng)容量較大等優(yōu)點，被廣泛的應(yīng)用在 2G、衛(wèi)星通信和無線寬帶通信中。 時分復(fù)用是建立在抽樣定理基礎(chǔ)上的，因為抽樣定理使連續(xù)的基帶信號有可能被在時間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖所代替。這就是時分復(fù)用的 概念。為此，必須在每幀內(nèi)加上標(biāo)志信號（即幀同步信號）。當(dāng)抽樣信號到來時，門電路導(dǎo)通，在輸出端 就得到一個樣值。第三代移動通信中的信源編碼包括語音壓縮編碼、各類圖像壓縮編碼及多媒體數(shù)據(jù)壓縮編碼。 n 位二進制數(shù)共有 2n個不同的數(shù)，可以代表 2n 個不同的狀態(tài)（如 22=4，用二進制可表示四種不同的數(shù)或狀態(tài)： 00、 0 11，所對應(yīng) 的數(shù)用十進制表示是： 0、 3），用來表示量化時代表 2n個不同的量化級，稱為 n比特量化。實際上，如果量化誤差比傳輸過程中的噪聲還要小時，量化誤差就不要了，沒必要過分提高量化級數(shù)。我國采用的是 30/32路 PCM基群結(jié)構(gòu)，即在傳輸數(shù)據(jù)時先傳第 1路信號 ，然后傳第 2路信號，第 3路信號??直到傳完第 32路，再傳第 1路，第 2路??如此循環(huán)下去。因為每個話路的抽樣頻率是 8000HZ，即每秒抽樣 8000次，所以兩個抽樣值之間的時間間隔是 1/8000，等于 125181。s，每個時隙的樣值編 8位碼，因此，每位碼占用的時間是 （ ） . PCM30/32基群幀結(jié)構(gòu)如圖： 圖 PCM 30/32 基群幀結(jié)構(gòu) 體系 層次 比特率 Mb/s 路數(shù)（每路 64kb/s） E體系 E1 30 E2 120 E3 480 E4 1920 E5 7680 圖 準(zhǔn)同步數(shù)字體系 E1 基本層： 30 路 PCM 數(shù)字電話信號，每路 PCM 信號的比特率為 64Kb/s,由于需要加入群同步碼元和信令碼元等額外開銷，所以實際占用 32路 PCM信號的比特率，故其輸出總比特率為 ,此輸出成為一次群信號。第 1位碼留作國際通用，不用時為 1。用于傳對告碼，正常同步時為 0，不正常時即失步時發(fā) 1。 (3)TS16 要建立一個通話過程，信令信息的正確傳送是必須的。從抽樣定理中知道，對于話音信息，抽樣頻率為 8000 HZ。在數(shù)字通信中，每一路信令都先轉(zhuǎn)換為 4位數(shù)字信號，放在 TS16的 4個比特中，這樣， TS16的 8位可發(fā)放下兩路數(shù)字信令， 30路的信令共需 15個 TS16。 TS16的第 1— 4位碼傳第 1路信令，第 5— 8位碼傳 16路信令。本文主要以