频／时分复用(多址)技术仿真-实验指导书

一、实验目的1. 理解时分复用技术的原理和过程。

2. 掌握时分复用系统的组成和功能。

3. 学习使用时分复用技术实现多路信号传输。

4. 分析时分复用技术的优缺点及其在实际应用中的意义。

二、实验原理时分复用技术（Time Division Multiplexing，TDM）是一种将多个信号按照一定的时间顺序复用到同一传输线路上，并在接收端进行分离的技术。

其基本原理是将传输线路的时间分割成若干个等长的时间片，每个信号源占用一个时间片进行传输。

在发送端，将各个信号源的数据按照一定的顺序排列，并分配相应的时间片，形成复用信号。

在接收端，通过相应的解复用技术，将复用信号分离成各个原始信号。

三、实验仪器与设备1. 时分复用实验箱2. 示波器3. 信号发生器4. 计算器四、实验步骤1. 系统搭建：按照实验箱说明书，搭建时分复用实验系统。

将信号发生器连接到实验箱的输入端，示波器连接到实验箱的输出端。

2. 信号生成：设置信号发生器，生成两个频率分别为1kHz和2kHz的正弦波信号，分别代表两路信号源。

3. 时分复用：开启实验箱，设置时分复用参数，如时间片数量、时间片长度等。

观察示波器上的输出信号，记录下复用信号的特征。

4. 解复用：设置解复用参数，如时间片数量、时间片长度等。

观察示波器上的输出信号，记录下解复用信号的特征。

5. 数据分析：分析时分复用和解复用信号的特征，验证时分复用技术的原理和效果。

五、实验结果与分析1. 时分复用信号：示波器显示的复用信号是两个正弦波信号的叠加，且时间上相互交织。

2. 解复用信号：示波器显示的解复用信号是两个独立的正弦波信号，分别对应两个原始信号。

3. 分析：通过实验，验证了时分复用技术能够将多个信号复用到同一传输线路上，并在接收端进行分离。

时分复用技术具有以下优点：- 提高信道利用率：在同一传输线路上传输多个信号，提高了信道利用率。

- 简化系统设计：时分复用技术不需要复杂的调制解调技术，简化了系统设计。

一、实验目的1. 理解时分复用的基本概念和原理；2. 掌握时分复用系统的组成和实现方法；3. 熟悉实验仪器的使用和操作；4. 分析实验数据，验证时分复用系统的性能。

二、实验原理时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）是一种将多个信号在时间上进行分割，通过同一传输介质进行传输的技术。

在时分复用系统中，每个信号占用一段固定的时间，称为时隙。

在传输过程中，各信号按照一定的顺序依次传输，接收端根据时隙顺序进行信号分离。

时分复用系统的原理如下：1. 时分复用器（Multiplexer）：将多个信号按照时隙顺序进行复用，形成一个复用信号；2. 传输介质：将复用信号传输到接收端；3. 解复用器（Demultiplexer）：将复用信号按照时隙顺序进行解复用，还原出各个原始信号。

三、实验仪器与设备1. 时分复用实验平台；2. 示波器；3. 信号发生器；4. 信号分析仪。

四、实验步骤1. 将时分复用实验平台连接好，确保各设备正常工作；2. 设置信号发生器，生成多个原始信号，分别为信号1、信号2、信号3；3. 将信号1、信号2、信号3分别输入时分复用器的输入端；4. 设置时分复用器，使信号1、信号2、信号3依次占用时隙；5. 观察示波器，观察复用信号的波形；6. 将复用信号输入解复用器，观察解复用后的信号波形；7. 比较原始信号和解复用信号的波形，分析实验结果。

五、实验数据与分析1. 实验数据：（1）原始信号1：频率为1kHz，幅度为1V；（2）原始信号2：频率为2kHz，幅度为1V；（3）原始信号3：频率为3kHz，幅度为1V；（4）复用信号：频率为3kHz，幅度为3V；（5）解复用信号1：频率为1kHz，幅度为1V；（6）解复用信号2：频率为2kHz，幅度为1V；（7）解复用信号3：频率为3kHz，幅度为1V。

2. 实验分析：（1）在时分复用过程中，原始信号1、信号2、信号3依次占用时隙，形成复用信号。

一、实验名称：时分复用实验二、实验目的：1. 理解时分复用的基本概念和原理。

2. 掌握时分复用系统的组成和信号传输过程。

3. 通过实验加深对时分复用技术在通信系统中的应用理解。

三、实验原理：时分复用（Time Division Multiplexing，TDM）是一种将多个信号在相同传输媒介上按时间顺序依次传输的技术。

它将时间分割成若干个时隙，每个时隙分配给一个信号进行传输，从而实现多个信号在同一信道上的传输。

四、实验器材：1. 时分复用实验装置2. 示波器3. 信号发生器4. 信号分析仪5. 计算器五、实验步骤：1. 连接实验装置：按照实验指导书的要求，正确连接时分复用实验装置、示波器、信号发生器和信号分析仪。

2. 设置实验参数：根据实验要求，设置信号发生器的频率、幅度和相位等参数，确保信号符合实验要求。

3. 发送端信号生成：在发送端，使用信号发生器产生多个信号，并通过时分复用器进行复用。

观察示波器上显示的复用信号。

4. 复用信号传输：将复用信号传输到接收端。

5. 接收端信号解复用：在接收端，使用时分复用器对复用信号进行解复用，恢复出原始信号。

观察示波器上显示的解复用信号。

6. 信号分析：使用信号分析仪对发送端和接收端的信号进行对比分析，验证时分复用系统的性能。

六、实验数据记录与分析：1. 记录实验参数：记录信号发生器的频率、幅度和相位等参数，以及时分复用器的工作状态。

2. 观察信号变化：观察示波器上显示的复用信号和解复用信号，分析信号的传输过程和性能。

3. 分析实验结果：对比发送端和接收端的信号，分析时分复用系统的误码率、信号衰减等性能指标。

七、实验结论：1. 时分复用技术能够有效实现多个信号在同一信道上的传输，提高信道的利用率。

2. 通过实验验证，时分复用系统能够较好地恢复原始信号，保证信号的传输质量。

3. 时分复用技术在通信系统中具有广泛的应用前景。

八、实验讨论：1. 分析时分复用系统的优缺点。

实验三 通信系统仿真清华大学电子工程系 陈侃● 背景知识：(1) 频分多址(FDMA)：频分多址时将通信的频段划分成若干信道频率范围，每对通信设备工作在某个特定的频率范围内，即不同的通信用户是靠不同的频率划分来实现通信的，早期的无线通信系统，包括现在的无线电广播、短波通信、大多数专用通信网都是采用频分多址技术来实现的。

(2) 时分多址(TDMA)：时分多址是将通信信道在时间坐标上划分成若干等间隔的时隙，每对通信设备将工作在某个指定的时隙上，不同的通信用户是靠不同的时隙划分来实现通信的，现在的数字蜂窝无线通信系统GSM ，就采用了时分多址技术。

(3) 码分多址(CDMA):码分多址是利用码字的正交性，将承载的不同用户的通信信息区分开来。

每对通信设备工作在某个分配的码组实现通信。

现在的数字蜂窝无线通信CDMA ，第三代移动通信系统WCDMA ，CDMA2000，SC-CDMA 都采用了码分多址技术。

码分多址要求通信的码组之间有很好的正交性。

有一种获得正交码组的方法是利用M 序列发生器，M 序列是最大长度线性反馈移位寄存器序列的简称。

M 序列发生器的结构图如图1所示，其中a i 表示各个寄存器的状态，c i 可取0或1.M 序列发生器的原理框图F(x) = c i x ir i=0上式是关于x 的多项式，系数c i 表示了序列生成器的反馈连线的特征，称为一位生成器函数的特征多项式。

由于r 位移位寄存器最多可以取2r 个不同的状态，因此每个移位寄存器序列最终都是周期序列，并且其周期n ≤2r 。

M 序列具有很强的自相关性和很弱的互相关性，周期为2r -1的M 序列可以提供2r -1个正交码组。

● 练习题：1.2.1 FDMA 的Simulink 仿真：(1) 利用Simulink 中的相应模块，搭建提示所给的系统仿真图，并设置相应的参数。

答：按照提示所给的模型图以及相应模块的参数，我设计出的FDMA 系统仿真图如下所示：(2) 上图中的六个Analog Filter Design 滤波器的作用分别是什么？根据已知的参数设置它们的参数，然后进行系统仿真，记录下三个Scope 上显示的波形。

电子科技大学通信学院《综合课程设计指导书》传输专题设计（频分复用）班级学生学号教师【设计名称】传输专题设计（频分复用）【设计目的】要求学生独立应用所学知识，对通信系统中的典型部件电路进行方案设计、分析制作与调测电路。

通过本专题设计，掌握频分复用的原理，熟悉简单复用系统的设计方法。

【设计原理】若干路信息在同一信道中传输称为多路复用。

由于在一个信道传输多路信号而互不干扰，因此可提高信道的利用率。

按复用方式的不同可分为：频分复用(FDM)和时分复用(TDM)两类。

频分复用是按频率分割多路信号的方法，即将信道的可用频带分成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中的一个频段。

在接收端用适当的滤波器将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。

时分复用是按时间分割多路信号的方法，即将信道的可用时间分成若干顺序排列的时隙，每路信号占据其中一个时隙。

在接收端用时序电路将多路信号分开，分别进行解调和终端处理。

频分复用原理框图如图1所示。

图中给从的是一个12路调制、解调系统框图。

图1 频分复用原理框图【设计指标】设计一个频分复用调制系统，将12路语音信号调制到电缆上进行传输，其传输技术指标如下：1. 语音信号频带：300Hz～3400Hz。

2. 电缆传输频带：60KHz～156KHz。

3．传输中满载条件下信号功率不低于总功率的90％。

4．电缆传输端阻抗600Ω，电缆上信号总功率（传输频带内的最大功率）不大于1mW。

5．语音通信接口采用4线制全双工。

6．音频端接口阻抗600Ω，标称输入输出功率为0.1mW。

7．滤波器指标：规一化过渡带1％，特征阻抗600Ω，通带衰耗1dB，阻带衰耗40dB（功率衰耗），截止频率（设计者定）。

8．系统电源：直流24V单电源。

【频分复用原理】在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。

如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。

汉口学院本科毕业论文（设计）开题报告表学院名称继续教育学院专业名称电子信息工程年级 14级姓名罗辉才学号 018414201621指导教师张晓霞填表时间： 2017 年 3 月 23 日填表说明1、本科生原则上应于第七学期结束之前完成毕业论文（设计）的选题和开题工作。

2、本表由学生在开题报告经指导教师指导和指导教师小组集中开题指导并修改后填写。

指导教师和指导教师小组在学生填写后，应在本表相应栏目里填写确认性意见。

本表最后由学院盖章备案保存。

3、学生应执行本表撰写毕业论文（设计），不得作实质性改变。

学生须在所在学院规定的时间内完成毕业论文（设计）并参加答辩。

4、毕业论文（设计）的具体要求请参阅《汉口学院本科生毕业论文（设计）工作条例》及其附件。

5、学生可用蓝色或黑色水笔认真填写，做到填写整洁、正确。

选题的研究现状传统的电路时分复用技术虽然已经成熟，但是由于电子瓶颈的影响很难进一步提高单根光纤的传输速率。

目前，利用电时分复用的方式可以实现单根光纤10Gbit/s 的传输速率，德国的SHF、日本的NTT和NEC以及美国、英国的一些研究机构等对光时分复用技术进行了广泛的研究。

其中德国SHF 40Gbit/s 电时分复用器虽然已经商用化，但是由于技术复杂，价格十分昂贵。

中国因国内的OTDM研究仍存在着一些问题，如OTDM系统的稳定性还有待提高、缺乏观察40Gbit/s以上超高速光脉冲的示波器、信号分析仪等。

从研究情况看，OTDM主要有3个发展方向:第一个发展方向是研究更高速率的系统并与DWDM相结合。

第二个发展方向是OTDM实用化技术和比特间插的OTDM 网络技术。

第三个发展方向是OTDM全光分组网络。

所以可以预测，随着电子瓶颈的突破，TDM技术将会成为电信网的主流技术。

实验1-2 时分复用实验一、实验目的1．熟悉MATLAB 环境下的Simulink 仿真平台，熟悉时分复用的原理。

2. 构建时分复用的建立仿真模型,并分析仿真波形。

二、实验原理1、时分复用含义：时分复用是多路信号在时间位置上分开，它们所占用的频带是公共的，时分复用信号在频率上重叠，但在时间上是不重叠的。

2、时分复用原理完全建立在抽样定理基础上：在相邻抽样脉冲之间存在时间上的空隙，利用这种空隙便可以在同一信道中传输其它路信号的抽样脉冲，只要抽样脉冲之间相互不混淆.在时间上分开的，在接收端就可以想法把各种信号分开，最后实现恢复各路原始信号。

这就是时分复用原理。

3、TDM 系统组成及工作原理时分复用系统内主要部件是发端的时间分配器 和接收端的时间分配器 ，它在时间上是同步的，这就要求同步系统的技术指标很严格,时间分配器的功能实际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组成的时间复用信号。

三、实验内容：构建时分复用的电路模型、分析仿真波形； 1）建立仿真电路图（见图1） 2）设置测试参数3）观察并记录各个示波器的仿真波形T S R S四、实验步骤：1、建立仿真电路图如下：图1说明：用Pulse Generator（矩形脉冲）、Sine Wave（正弦波）、Repeating Sequence（锯齿波）作为3路输入信号，经过发端的时间分配器（subsystem）对各路信号进行轮流采样，在经过Merge（合成）将由3路取样后信号合成1路时间复用信号；再经过收端的时间分配器（subsystem1）将合成的1路时间复用信号还原出3路输入信号。

2、参数设置如下：1）Pulse Generator采用幅度为1，周期为2，无相位延迟的方波分别作为第1路输入信号。

2）Sine Wave采用幅度为1 ，周期为2的正弦波作为第2路输入信号。

3）Repeating Sequence采用周期为2的锯齿波作为第三路输入信号。

实验6 时分复用仿真实验6.1 实验目的1. 掌握时分复用的基本概念。

2. 掌握时分复用的原理和过程。

3. 掌握用MATLAB/Simulink组建子系统进行简化建模和分析的方法。

6.2 实验原理复用的目的是为了扩大通信链路的容量，在一条链路上传输多路独立的信号，即实现多路通信。

如果各路信号按照时间先后顺序进行复用传输，则为时分复用。

在发送和接收端分别有一个机械旋转开关，以抽样频率同步的旋转。

在发送端，此开关依次对输入信号抽样，开关旋转一周得到的多路信号抽样值合为一帧。

各路信号是断续的发送的。

抽样定理已经证明，时间上连续的信号可以用它的离散抽样来表示，只要其抽样速率足够高。

因此可以利用抽样的间隔时间传输其他路的抽样信号。

每路信号实际上是PAM调制的信号。

在接收端，若开关同步的旋转，则对应各路的低通滤波器输入端能得到相应路的PAM信号。

6.3 实验内容1、基本要求（1）搭建四路模拟信号时分复用仿真模型（2）分别观察信源输出的四路模拟信号（复用输入信号）波形、解复用输出信号波形和低通滤波器输出信号（恢复出的模拟信号）波形，并记录相关实验数据。

（注意：记录的波形要有细节展示）。

（3）观察时分复用信号波形，尤其重点观察其帧结构，并记录相关实验数据。

（注意：记录的波形要有细节展示，必要时可调整信源输出信号，以方便观察）。

2、提高部分（1）修改仿真模型的相应模块，使时分复用的信号路数变为其他数值，重复基本要求部分的操作。

3、扩展部分（1）将该实验内容与实验5PCM编译码内容相结合，搭建时分复用PCM编译码系统仿真模型，观察和记录相关实验波形和数据。

（2）将该实验内容与实验2数字调制、实验3数字解调内容相结合，搭建时分复用数字带通传输系统仿真模型，观察和记录相关实验波形和数据。

6.4 实验要求根据理论课所学知识，复习时分复用的基本概念、原理和实现过程。

根据实验内容提示，完善具体实验操作步骤（注意此处的实验步骤要有具体的MATLAB操作过程），记录实验数据（波形），并与理论结果进行对照，得出相应结论，并完成实验报告。

实验八频分复用和调幅收音机建模与仿真实现实验八题目：频分复用和调幅收音机的建模与仿真实现实验目的：通过建模和仿真验证频分复用的原理，仿真验证超外差接收机原理和模型，观察信道噪声以及检波参数对解调信号的影响。

实验要求：学会应用模拟调制和解调的原理来构建一个调幅收发信系统。

理解混频和超外差接收的原理，检波原理，并以此构建出超外差接收机模型。

对调幅发信机（电台），信道以及接收机进行封装，对频分复用FDMA 原理进行验证。

实验内容：（1）仿真参数设计要求：仿真步长：固定，1e-7 秒。

a. 调幅发射机参数：音频信号：正弦波，幅度0~1V，频率50Hz～3000Hz 可调（可设置）。

表达式为：A cos 2pFt 0 A 1 50 F 3000 载波：正弦波，幅度为1V ，频率535KHz～1605KHz 可设置。

表达式为：cos 2pfc t , 535000 fc 1605000 。

调幅输出波形表达式为：f (t ) = [1 + A cos 2p Ft ] cos 2p f c t c. 信道：利用Gain模块模拟信道衰减，信道噪声为加性白噪声，噪声均值为0，方差为0.01。

用Random Number模块实现。

d. 接收机：混频器为理想乘法器，中频频率465KHz，本振频率可调，接收频率范围是中波频段（535KHz～1605KHz），有 1 级中频放大器，1级低频放大。

采用半波检波器。

中频变压器（中周，即中频带通滤波器：中心频率465KHz，带宽6KHz，滤波器阶数为2 阶）。

（2）仿真结果要求：a. 得出调幅发射机的发送波形图。

b. 接收机检波前后的波形对比图。

c. 改变噪声方差为0.1，观察输出波形有何变化？d. 将3 个不同载波频率的发射机发送的信号叠加起来，再用 3 个接收机分别接收其中的一个信号，验证频分复用的原理。

当两个发信机的载波频率靠得较近，例如相差4KHz，会产生什么现象？试解释之。