简易两路时分复用
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摘要数字通信系统是采用数字信号来传递信息的通信系统,数字通信过程中主要涉及信源编码与译码、信道编码与译码、数字调制与解调等技术问题。
而脉冲编码调制就是一种常用的信源编码方法,将模拟信号抽样、量化,直到转换成为二进制符号的基本过程。
为了扩大通信系统链路的容量,在一条链路上传输多路独立的信号,为此引入了一种复用技术来实现多路信号共同传输的目的。
而在本系统设计中,所运用的复用技术是时分复用,同时基于现场可编程门阵列器件作为主控芯片,在Quartus II软件中使用硬件描述语言Verilog HDL编写PCM编译码和时分复用模块的程序,再对其进行波形仿真以验证程序的正确性,从而设计出语音信号的PCM编码与译码、时分复用的过程。
本设计中,将两路语音信号通过外围硬件电路模块送至FPGA中进行PCM编码、译码处理,最后通过后级外围电路实现语音信号的重现。
关键词:语音脉冲编码调制时分复用FPGADesign of Two-way V oice PCM Systemby Time Division MultiplexingABSTRACT A digital communication system is a communication system that transmit information by using digital signal, and digital communication mainly relates to the source coding and decoding, channel coding and decoding, digital modulation and demodulation technology. Pulse code modulation is a common source coding, and it is that the analog signal sampling ,quantization ,until the transformation become the basic process of binary symbols. In order to expand the capacity of communication link system ,a transmission of multiple independent signal on a link, therefore introduction of a division multiplexing technology to achieve the purpose of multiplexing.In this system design, we use a time division multiplexing technology, and based on the Field Programmable Gate Array, using Verilog HDL hardware description language to write PCM encoding and decoding and time division multiplexing module in Quartus II, then Waveform simulation to verify the correctness of the program, thus design a voice signal process of PCM encoding and decoding, time division multiplexing. In this system design, The two-way voice signal through the peripheral hardware circuit module is sent to the FPGA for PCM encoding and decoding, finally to achieve reproducible speech signal through the peripheral circuit. Key Words:V oice Pulse code modulation Time division multiplexing FPGA目录摘要 (I)ABSTRACT........................................................... I I 目录1 引言 (1)1.1 选题背景与意义 (1)1.2 QuartusⅡ软件 (2)1.3 FPGA的介绍 (3)1.4 本文内容简介 (4)1.5 实施过程简介 (4)1.6 设计结果简介 (4)2 基本原理介绍 (5)2.1 模拟信号的数字化 (5)2.1.1 采样定理 (5)2.1.2 量化原理 (5)2.1.3 A律13折线 (5)2.2 脉冲编码调制 (7)2.3 时分复用技术 (9)2.4 PCM一次群帧结构 (10)3 系统设计介绍 (11)3.1 总体框图 (11)3.2 外围硬件电路的介绍 (12)3.2.1 拾音电路 (12)3.2.2 仪用放大器 (12)3.2.3 带通滤波器 (13)3.2.4 抬升电路 (13)3.2.5 A/D转换电路 (14)3.2.6 D/A转换电路 (14)3.2.7 功率放大器 (15)3.3 基于FPGA的模块设计 (16)3.3.1 系统时钟的设计 (16)3.3.2 前端模块设计 (16)3.3.3 后级模块设计 (18)3.3.4 同步时钟的提取 (20)3.3.5 整体FPGA系统原理框图 (20)4 设计的结果 (21)致谢 (22)参考文献 (22)附录 (23)1 系统实物图 (23)2 FPGA中主要模块程序 (24)1 引言1.1 选题背景与意义在当今信息化极其高度的社会,信息和通信已经与现代社会的发展密不可分。
简易两路时分复用电路设计摘要:本次课程设计的任务是完成简易的两路时分复用通信电路的设计,实现两路不同模拟信号的分时传输功能。
随着通信网络的发展,时分复用设备的各路输入信号不再只是单路模拟信号。
在通信网中往往有多次复用,由若干链路来的多路时分复用信号,再次复用,构成高次复用信号。
在本课程设计中,我们只选用两次复用来完成设计。
我们将要在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。
并且选用相应的编码传输方式与同步方式,进行滤波器设计。
关键词:时分复用;抽样;解调;滤波AbstractThe course design task is to complete a simple two-way time-division multiplexing communication circuit design, implementation, analog signals of different two-way time-transfer functions. Requires us to signal the receiving end be able to complete a two-way to restore the original analog signal. Would also like to use the appropriate means of transmission and synchronization of encoding methods for filter design.Keywords: TDM Sampling Demodulation Filter1 引言1.1 Multisim简介Multisim是美国国家仪器(NI)有限公司推出的以Windows为基础的仿真工具,适用于板级的模拟/数字电路板的设计工作。
它包含了电路原理图的图形输入、电路硬件描述语言输入方式,具有丰富的仿真分析能力。
时分复用的原理和应用1. 时分复用的基本原理时分复用(Time Division Multiplexing,TDM)是一种多路传输技术,通过在不同的时间片中传输不同的信号,以实现信号的复用。
时分复用的基本原理是将多个低速信号合并成为一个高速信号,然后在接收端将高速信号分解为原始的低速信号。
时分复用的原理可以简单概括为以下几个步骤:1.时间片分配:将可用的时间分为多个间隔相等的时间片。
每个时间片都用于传输一个低速信号。
2.信号输入:将多个低速信号输入到时分复用器中。
3.信号复用:时分复用器按照预定的时间片分配方案,将每个低速信号与对应的时间片进行对应。
4.复合信号传输:将经过复用后的高速信号发送到接收端。
5.信号分解:接收端的时分复用器按照相同的时间片分配方案,将接收到的高速信号分解为原始的低速信号。
2. 时分复用的应用时分复用广泛应用于各种通信系统中,包括传统的电话通信、计算机网络以及无线通信系统等。
下面是几个常见的时分复用应用场景:2.1 电话通信系统在传统的电话通信系统中,时分复用技术被广泛应用于电话交换机。
电话交换机通过时分复用技术将多个电话信号合并到一个传输线路上,以提高传输效率。
这样可以节省通信线路的数量,并且可以实现同时进行多个电话通话。
2.2 计算机网络在计算机网络中,时分复用技术被用于传输数据。
通过将多个计算机的数据按照时间片分配进行复用,可以提高网络的传输效率。
常见的应用包括以太网、ATM等。
2.3 无线通信系统时分复用技术在无线通信系统中也有广泛的应用。
例如,GSM(Global System for Mobile Communications)网络使用时分复用技术将多个用户的语音和数据合并到一个信道中进行传输。
这样可以提高网络的容量和传输效率。
2.4 光纤通信在光纤通信中,时分复用技术可以将多个光信号以时分复用的方式进行传输。
光纤通信中一般采用了密集波分复用(DWDM)技术,可以将多个不同波长的光信号合并到一个光纤中进行传输,从而大大提高了光纤的传输容量。
频分多路复用、时分多路复用和统计时分多路复用三种方法摘要: 多路复用是把两个以上的单独信号合并起来。
同时在一条通信线路上进行传输。
多路复用的方法很多,这里主要介绍频分多路复用、时分多路复用和统计时分多路复用三种方法。
首先介绍频分多路复用,简称FDM,频分多路复用是把每个要传输的...多路复用是把两个以上的单独信号合并起来。
同时在一条通信线路上进行传输。
多路复用的方法很多,这里主要介绍频分多路复用、时分多路复用和统计时分多路复用三种方法。
首先介绍频分多路复用,简称FDM,频分多路复用是把每个要传输的信号以不同的载波频率进行调制,然后在传输介质上进行传输,这样在传输介质上就可以同时传输许多路信号。
之前介绍的宽带信号主要的实现方法就是频分多路复用。
其次介绍时分多路复用,时分多路复用利用每个信号在时间上交叉,可以在一个传输通路上传输多个数字信号。
时分多路复用的特点是每个信号都是基带信号,通过轮流使用时隙,实现多路复用。
最后介绍统计时分多路复用,统计时分多路复用是在时分多路复用基础上,动态按需分配时隙。
多路复用还有波分、码分等方法,请同学们查阅资料进行了解。
波分复用WDM 是将两种或多种不同波长的光载波信号(携带各种信息)在发送端经复用器(亦称合波器,Multiplexer)汇合在一起,并耦合到光线路的同一根光纤中进行传输的技术;在接收端,经解复用器(亦称分波器或称去复用器,Demultiplexer)将各种波长的光载波分离,然后由光接收机作进一步处理以恢复原信号。
这种在同一根光纤中同时传输两个或众多不同波长光信号的技术,称为波分复用。
在同一根光纤中同时让两个或两个以上的光波长信号通过不同光信道各自传输信息,称为光波分复用技术,简称WDM。
光波分复用包括频分复用和波分复用光频分复用(FDM)技术和光波分复用(WDM)技术无明显区别,因为光波是电磁波的一部分,光的频率与波长具有单一对应关系。
通常也可以这样理解,光频分复用指光频率的细分,光信道非常密集。
说明时分复用的原理和应用1. 原理介绍时分复用(Time Division Multiplexing,简称TDM)是一种将多个信号通过时间片等分的技术。
在通信领域,时分复用被广泛应用于数字通信系统中,通过将多路信号按照一定的时间顺序进行切换,从而实现多路复用的目的。
TDM的原理可以简单地描述为:将不同的信号依次放置在时间上连续的位置上,每个信号占用一个固定的时间片,然后这些信号按照一定的顺序进行切换,并通过解调器等设备将它们分开。
在每个时间片内,只有一个信号被传输,其他时间片内的信号被暂停传输,这样就实现了信号的复用。
2. 应用场景TDM技术在通信领域有很多应用场景,以下是一些常见的应用场景:•电话系统:时分复用技术被广泛应用于电话系统中,通过为不同的电话通话分配不同的时间片,实现多线路的复用。
这样就可以有效地利用网络资源,提高通话容量。
•数据传输:在数据通信系统中,TDM可以将不同的数据流按照一定的顺序进行切换,将它们封装在同一条物理信道上进行传输。
这种方式可以提高数据传输的效率和带宽利用率。
•广播电视:TDM技术也被广泛应用于广播电视系统中,通过将多个频道的信号按照时间片进行切换,实现多频道的复用。
这样可以节省频谱资源,提高广播电视系统的传输能力。
3. 优点和局限性3.1 优点•资源利用率高:TDM技术可以将多个信号放置在同一条物理信道上进行传输,从而提高资源的利用率。
•传输可靠性强:每个信号在分配的时间片内进行传输,其他时间片内的信号被暂停传输,这样可以避免信号之间的干扰,提高传输的可靠性。
•灵活性高:TDM技术可以根据传输需求动态调整信号的顺序和时间片的分配,从而适应不同的传输场景。
3.2 局限性•延迟较高:每个信号依次占用时间片进行传输,因此整个传输过程会引入一定的延迟。
对于实时性要求比较高的应用,可能会受到影响。
•传输容量受限:TDM技术的传输容量受到时间片的个数和时隙的大小的限制,因此在传输大容量数据时可能会受到限制。
课程设计任务书学生姓名:专业班级:电信1205班指导教师:工作单位:信息工程学院题目:简易两路时分复用电路设计初始条件:具备通信课程的理论知识;具备模拟与数字电路基本电路的设计能力;掌握通信电路的设计知识,掌握通信电路的基本调试方法;自选相关电子器件;可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1、完成一个简易的两路时分复用通信电路的设计,实现两路不同模拟信号的分时传输功能。
2、在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。
3、选用相应的编码传输方式与同步方式,进行滤波器设计。
4、安装和调试整个电路,并测试出结果;5、进行系统仿真,调试并完成符合要求的课程设计书。
时间安排:二十二周一周,其中3天硬件设计,2天硬件调试指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录1设计要求与意义 (1)1.1 设计要求 (1)1.2 意义与目标 (1)2 设计原理 (2)2.1 时分复用技术 (2)2.2 基本设计思路 (3)3 电路仿真 (9)3.1仿真软件Multisim (9)3.2电路仿真 (9)3.3 仿真结果 (10)4 实物制作与结果 (13)4.1 实物制作 (13)4.2 调试结果 (14)4.3 结果分析 (15)5 总结与分析 (16)参考文献 (17)摘要此次课程设计要求设计简易的时分复用电路。
时分复用(TDM)是信道复用技术之一,复用是指多个用户共用同一物理信道,从而提高信息传输效率的技术。
时分复用电路时常是多个电路的复用,本次设计我们仅设计两路的时分复用电路,实现将两路不用的模拟信号的分时传输功能。
时分多路复用以时间作为信号分割的参量,故必须使各路限号在时间轴上互不重叠。
通过本次课设,运用通信课程的知识,实现两路时分复用电路的设计,掌握时分复用技术的功能以及原理。
关键词:PAM调制时分复用MC1496 滤波电路抽样AbstractThe curriculum design simple time-division multiplexing circuit design requirements. Time-division multiplexing (TDM) is one of channel multiplexing, reuse refers to multiple users share the same physical channel, so as to improve the efficiency of information transmission technology. Time-division multiplexing are often multiple circuit of reuse, the design we have only two time multiplex circuit, to realize the two way without time-sharing transmission function of the analog signal. Time division multiple integral parameters with time as the signal, so the number must be got the limit on the time axis overlap each other. Through this class set, using the knowledge of communication course, two lines of time-division multiplexing design of the circuit, control function and the principle of time-division multiplexing technology.Keywords: PAM modulation time-division multiplexing MC1496 filter circuit sampling1设计要求与意义1.1 设计要求设计任务:设计简易的两路时分复用电路实现对两路不同的模拟信号的传输初始条件:具备通信课程的理论知识;具备模拟与数字电路基本电路的设计能力;掌握通信电路的设计知识,掌握通信电路的基本调试方法;自选相关电子器件;可以使用实验室仪器调试。
时分多路复用的工作原理时分多路复用啊,这就像是一场时间的奇妙舞蹈!你看啊,在这个通信的大舞台上,时间就是那神奇的指挥棒。
想象一下,有好多好多的数据信号,它们就像一群急切想要表现的舞者,都想在舞台上展现自己。
可是舞台就那么大呀,怎么办呢?时分多路复用这个聪明的办法就出现啦!它把时间分割成一段段小小的时间片,就好像给每个舞者都分配了专属的表演时间。
在一个时间片里,只有一个数据信号能在舞台上尽情跳舞,其他信号就乖乖等着。
等这个信号表演完了,下一个时间片就轮到另一个信号啦。
这不就跟我们排队买东西一样嘛!一个一个来,谁也别抢,都有机会。
时分多路复用就是这么有条不紊地安排着这些数据信号,让它们依次登场,不会乱成一团。
而且啊,这个过程特别高效呢!每个数据信号都能在自己的时间片里充分发挥,不用担心被其他信号干扰。
就好像你在安静的环境里做事,效率肯定高呀。
再想想,如果没有时分多路复用,那这些数据信号不就乱套啦?大家都挤在一起,谁也听不清谁,谁也看不清谁。
那通信不就成了一团糟啦!你说时分多路复用是不是特别厉害?它就像一个优秀的组织者,把时间安排得妥妥当当,让通信变得顺畅无比。
它在我们的生活中可发挥了大作用呢!我们打电话、上网、看电视,这些都离不开时分多路复用呀。
它默默地工作着,让我们能享受到清晰的通话、快速的网络和精彩的电视节目。
我们每天都在享受着时分多路复用带来的便利,却很少意识到它的存在。
这就好像我们身边那些默默付出的人,一直在为我们服务,我们却常常忽略了他们。
所以啊,我们要好好珍惜时分多路复用这个神奇的技术,也要感谢那些发明和改进它的人。
没有他们的智慧和努力,我们的通信生活哪能这么精彩呢!总之,时分多路复用就是通信世界里的一颗璀璨明星,照亮了我们的信息之路。
让我们为它点赞吧!。
目录摘要 (2)1Multisim介绍 (4)2时分复用原理 (5)2.1 TDM方式 (7)2.2基本特点 (7)3总体设计思路 (8)3.1PAM编码原理 (8)3.2PAM信号解调 (11)3.3复接分接 (13)3.4位同步原理 (13)3.5帧同步原理 (14)4电路仿真 (15)5实物制作和测试结 (20)6实验结果分析 (22)7心得体会 (23)8参考文献 (24)摘要为了提高信道利用率,使多个信号沿同一信道传输而互相不干扰,称多路复用。
目前采用较多的是频分多路复用和时分多路复用。
频分多路复用用于模拟通信,例如载波通信,时分多路复用用于数字通信,例如PCM,PAM等通信。
时分多路复用通信,是各路信号在同一信道上占有不同时间间隙进行通信。
抽样的一个重要作用,是将时间上连续的信号变成时间上离散的信号,其在信道上占用时间的有限性,为多路信号沿同一信道传输提供了条件。
具体说,就是把时间分成一些均匀的时间间隙,将各路信号的传输时间分配在不同的时间间隙,以达到互相分开,互不干扰的目的。
发端分配器不仅起到抽样的作用,同时还起到复用合路的作用。
合路后的抽样信号送到 PAM编码器进行量化和编码,然后将数字信码送往信道。
关键词:信道利用率 PAM编码时分复用ABSTRACTIn order to improve the channel utilization, enables multiple signal transmission and not interfere with each other, along the same channel multiplexing. Is currently used more frequency division multiplexing and time division multiplexing. Frequency division multiplexing is used for simulating the communication, such as carrier communication, time division multiplex used in digital communication, such as PCM, PAM communication, etc. Time division multiplex communication, it is multiple signals on the same channel has different time slot to communicate. Sampling of an important role, is a continuous time signal into a discrete time signal, its limitations on the channel holding time, provides conditions for multipath signal along the same transmission channel. Specifically, is to put some time into uniform time interval, the multiple signals transmission time distribution in different time interval, separated from each other, in order to achieve the purpose of mutual interference. Start distributor not only have the effect of sampling, at the same time also play the role of reuse and road. Road PAM sampling signal of the encoder on quantization and coding, then digital code letter sent to the channel.Keywords: PAM coding time-division multiplexing channel utilization1Multisim介绍Multisim软件结合了直观的捕捉和功能强大的仿真,能够快速、轻松、高效地对电路进行设计和验证。
时分复用和频分复用时分复用频分复用简介数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。
采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。
频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。
举个例最简单的例子:从A地到B地坐公交2块。
打车要20块为什么坐公交便宜呢这里所讲的就是“多路复用”的原理。
频分复用(FDM) 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,可以同时在一个信道内传输。
在频分复用系统中,发送端的各路信号m1(t),m2(t),…,mn(t)经各自的低通滤波器分别对各路载波f1(t),f2(t),…,fn(t)进行调制,再由各路带通滤波器滤出相应的边带(载波电话通常采用单边带调制),相加后便形成频分多路信号。
在接收端,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),…,fn(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结构由各种基础群组合而成。
根据国际电报电话咨询委员会(CCITT)建议,基础群分为前群、基群、超群和主群。
①前群,又称3路群。
它由3个话路经变频后组成。
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12~24千赫的前群信号。
②基群,又称12路群。
它由4个前群经变频后组成。
各前群变频的载频分别为84,96,108,120千赫。
取下边带,得到频谱为 60~108千赫的基群信号。
课程设计任务书学生:专业班级:电信1205班指导教师:工作单位:信息工程学院题目:简易两路时分复用电路设计初始条件:具备通信课程的理论知识;具备模拟与数字电路基本电路的设计能力;掌握通信电路的设计知识,掌握通信电路的基本调试方法;自选相关电子器件;可以使用实验室仪器调试。
要求完成的主要任务:(包括课程设计工作量及其技术要求,以及说明书撰写等具体要求)1、完成一个简易的两路时分复用通信电路的设计,实现两路不同模拟信号的分时传输功能。
2、在信号接收端能够完整还原出两路原始模拟信号。
3、选用相应的编码传输方式与同步方式,进行滤波器设计。
4、安装和调试整个电路,并测试出结果;5、进行系统仿真,调试并完成符合要求的课程设计书。
时间安排:二十二周一周,其中3天硬件设计,2天硬件调试指导教师签名:年月日系主任(或责任教师)签名:年月日目录1设计要求与意义 (1)1.1 设计要求 (1)1.2 意义与目标 (1)2 设计原理 (2)2.1 时分复用技术 (2)2.2 基本设计思路 (3)3 电路仿真 (9)3.1仿真软件Multisim (9)3.2电路仿真 (9)3.3 仿真结果 (10)4 实物制作与结果 (13)4.1 实物制作 (13)4.2 调试结果 (14)4.3 结果分析 (15)5 总结与分析 (16)参考文献 (17)摘要此次课程设计要求设计简易的时分复用电路。
时分复用(TDM)是信道复用技术之一,复用是指多个用户共用同一物理信道,从而提高信息传输效率的技术。
时分复用电路时常是多个电路的复用,本次设计我们仅设计两路的时分复用电路,实现将两路不用的模拟信号的分时传输功能。
时分多路复用以时间作为信号分割的参量,故必须使各路限号在时间轴上互不重叠。
通过本次课设,运用通信课程的知识,实现两路时分复用电路的设计,掌握时分复用技术的功能以及原理。
关键词:PAM调制时分复用 MC1496 滤波电路抽样AbstractThe curriculum design simple time-division multiplexing circuit design requirements. Time-division multiplexing (TDM) is one of channel multiplexing, reuse refers to multiple users share the same physical channel, so as to improve the efficiency of information transmission technology. Time-division multiplexing are often multiple circuit of reuse, the design we have only two time multiplex circuit, to realize the two way without time-sharing transmission function of the analog signal. Time division multiple integral parameters with time as the signal, so the number must be got the limit on the time axis overlap each other. Through this class set, using the knowledge of communication course, two lines of time-division multiplexing design of the circuit, control function and the principle of time-division multiplexing technology. Keywords: PAM modulation time-division multiplexing MC1496 filter circuit sampling1设计要求与意义1.1 设计要求设计任务:设计简易的两路时分复用电路实现对两路不同的模拟信号的传输初始条件:具备通信课程的理论知识;具备模拟与数字电路基本电路的设计能力;掌握通信电路的设计知识,掌握通信电路的基本调试方法;自选相关电子器件;可以使用实验室仪器调试。
1.2 意义与目标设计意义:使用Multisim仿真软件对两路时分复用电路进行仿真,熟练使用Multisim仿真软件,并通过本次课程设计检验通信课程的学习程度,掌握关于通信原理的知识和时分复用技术的基本原理和应用。
时分复用技术在实际通信系统中有很多的应用,如传送通信中的占线、摘机与挂机限号以及振铃信号灯信令,上述的所有信号都是时间分割,按某种固定的方式排列起来成为帧结构。
采用十分复用的数字通信系统,在国际上已逐步建立起标准。
由此可看出时分复用电路技术的应用十分重要,身为电信工程专业的学生应掌握这类的专业知识,打好专业基础。
同时本次课程设计还能锻炼我们的动手能力,和知识的运用能力等。
2 设计原理2.1 时分复用技术2.2.1 时分复用基本原理时分复用(TMD)是信道复用技术之一,复用是指多个用户共用同一物理信道,从而提高信息传输效率的技术。
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,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。
通过学习可知,时分复用是建立在抽样定理的基础上,时分复用是建立在抽样定理基础上的,因为抽样定理使连续的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。
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。
利用这些空隙便可以传输其他信号的抽样值,因此,就可能用一条信道同时传送若干个基带信号,并且每一个抽样值占用的时间越短,能够传输的路数也就越多。
此外,时分复用通信系统有两个突出的优点,一是多路信号的汇合与分路都是数字电路,简单、可靠;二是时分复用通信系统对非线性失真的要求比较低。
然而,时分复用系统对信道中时钟相位抖动及接收端与发送端的时钟同步问题提出了较高的要求。
所谓同步是指接收端能正确地从数据流中识别各路序号。
为此,必须在每帧加上标志信号(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。
2.2.2 时分复用的同步技术原理通信系统能否具有有效、可靠地工作很大程度上依靠的是是否拥有良好的同步系统。
同步中又可氛围载波同步、位同步、帧同步和网同步几大类型。
然而在时分复用系统中所需的同步技术有时钟同步和帧同步。
时分复用最后的接收端部分就是通过帧同步和位同步信号将各路信号数据分开,然后通过滤波器等电路,将时分复用的不同的模拟信号(调制信号)分离出来。
2.2 基本设计思路通过时分复用的原理我们设计的基本电路框图如下,下面将给予电路设计框图阐述我们的设计思路和方法。
电路框图如下。
图1 电路原理框图1. PAM 编码(调制电路)由时分复用技术的原理可知,时分多路复用是建立在抽样定理的基础上实现的,该技术利用的是当连续模拟信号经过抽样信号抽样后变成在时域上离线的模拟信号,由于抽样脉冲占据较短的时间,抽样脉冲之间就留出了一定的时间空隙,利用这些时间空隙课传输其他模拟信号,因此在设计两路时分复用的电路时,我们必须将两路不同的模拟信号进行抽样,因此我们要对模拟信号进行PAM 编码时期在时域上离散。
因此我们需要设计一个PAM 调制电路,同时时分复用技术是以时间作为分割信号的参量,因此我们必须使信号在时间轴上不重合,因此两路中我们需要采用一个反相器将一路抽样信号反相后再对其中一路模拟信号进行抽样,以达到时间上不重叠的目的。
PAM 编码过程是指,利用一个抽样脉冲将一个在时间上连续的时域模拟信号变为时间上离线的样值序列。
上述这一过程称为抽样,抽样后的信号称为脉冲振幅调制信号(PAM )。
下图为PAM 信号产生的过程。
图2 f=1kHZ 的模拟信号滤波器解调电路 调制电路 抽样脉冲根据奈圭斯特抽样定理可知,要保证抽样后的频率不产生混叠现象,则抽样脉冲的频率要大于调制信号频率的两倍,抽样脉冲fo>=2*f,因此抽样脉冲如下:图 3 抽样脉冲信号两路信号经乘法器相乘后,输出的是PAM信号:图4 PAM信号对于PAM调制电路可通过乘法器电路实现抽样,通过已经学习的知识可知,乘法器的调制电路可以使用MC1496芯片进行设计。
MC146的部逻辑结构如下所示:图5 MC部逻辑图下图是PAM调制电路原理图:图6 PAM调制电路乘法器2.加法器电路两路不同的模拟信号经过PAM编码调制电路后,输出两路相位不同的时域上离散的已抽样信号(PAM),为了实现时分复用的功能,需要将其接在一个加法器中,将两路复接在一个物理信道中传输从而实现时分复用的功能。
仿真中加法器的仿真如下:图7而在实际电路中,采用LM358芯片制作加法器电路,电路如图4所示:图8 加法器电路3. 相干解调电路通过加法器后,两路信号经过加法器复合为一个信号在信道中传输,而时分复用的技术要求我们最终在接收端时能够接收到的是与发送端相吻合的两路不同的连续的模拟信号。
因此这就要求我们在接收端将复合的信号解调出来。
这就需要设计一个解调电路。
由于通过加法器输出的是两路复接的信号,由调制与解调的相关知识可知,该信号是PAM信号,我们不能采用包络检测法将信号解调出来,应该通过相干解调电路,给信号加以本地载波将信号完整的分离出来,然后通过低通滤波器(有源低通滤波器)电路将信号的噪声过滤后输出与发送端一致的的模拟信号。
复接信号经过两路乘法器后(加入相应载波与信号相乘),输出的是仍旧是离散的PAM信号,为了得到连续的正弦波,应该通过积分电路将进行积分运算,将离线的信号连续化。
因此我们设计的低通滤波器应该包含有积分电路,同时具有滤除杂波的功能,在此我们设计的是有源二阶低通滤波器。
信号通过滤波器后,PAM信号完整解调,输出与发送端一致的模拟信号。
两路模拟信号通过时分复用电路正确传送到接收端。
相干解调电路如下,其中包括乘法器电路低通滤波器电路。
图9 乘法器的仿真有源二阶低通滤波器的电路原理图如下图所示:图6 低通滤波器电路图10 有源二阶低通滤波器二阶有源低通滤波器的截止频率f=1/2πRC ,电压增益A0 = 1+(R2/R1)乘法器电路的实现可以基于MC1496芯片进行设计,即设计PAM的相干解调电路,该电路部分与PAM的调制电路一致在此不作赘述。