武汉理工大学《数字通信系统》课程设计课程设计任务书学生姓名： v 专业班级：指导教师：周颖工作单位：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：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：年月日武汉理工大学《数字通信系统》课程设计目录摘要 (1)1.概述 (2)1.1 PAM与抽样定理 (2)1.2 时分复用技术 (2)2.电路整体方案 (3)2.1系统方案原理 (3)2.2系统组成框图 (3)3.各电路模块原理 (4)3.1PAM调制电路 (4)3.2.1电路方案 (4)2.2.2电路原理图 (4)2.2.3乘法器 (5)2.2 时分复用电路 (5)2.2.1电路原理 (5)2.2.2加法器 (6)2.3 信号还原电路 (6)2.3.1电路方案 (6)2.3.2电路原理图 (7)2.3.3低通滤波器 (7)4. Multisim仿真 (8)4.1整体仿真图 (8)4.2仿真结果 (8)5. 实物测试 (10)6.总结 (11)7.附录 (12)附录1 元件清单 (12)附录2 芯片资料 (12)参考文献 (14)武汉理工大学《数字通信系统》课程设计摘要《通信原理》课程是信息学科中的一门重要课程，它主要讲述了通信系统组成原理以及信源和信道中的各种信息编码调制方式和原理等理论知识。

本次课设是我们在完成理论课程的学习后，对理论知识综合应用和实践。

我们的任务是设计一个简易的时分复用电路，并完成信号的恢复。

在实际通信系统中，为了提高信道利用率，都会采用复用技术，而时分复用就是一种信道复用技术。

我们采用PAM调制方式进行时分复用传输，之后通过滤波器恢复原模拟信号。

通过此次课程设计去掌握时分复用原理及功能。

关键词：时分复用，PAM调制，信号恢复。

1.概述1.1 PAM与抽样定理PAM调制即为脉冲振幅调制，就是用基带信号m(t)去改变脉冲的幅度，是模拟语音信号信号数字化的必经之路。

如下图1.1所示，利用抽样脉冲把一个时间连续信号变为时间上离散的样值序列，这一过程称之为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。

PAM信号的特点为时间离散，但幅度不离散，仍为模拟信号。

基带信号抽样脉冲PAM信号图1.1 PAM调制示意图对模拟信号抽样必须满足抽样定理，抽样定理指出，一个频带受限(0;fH)信号m(t)，如果它的最高频率为f H，则可以唯一地由频率等于或大于2f H的样值序列所决定。

在满足这一条件的情况下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。

1.2 时分复用技术时分复用是(TMD)是信道的复用技术之一，非要用是指多个用户共用同一个物理信道，从而提高信息传输效率的技术。

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信号。

时分复用系统的特点就是将各路信号的抽样时间错开，其系统原理框图如图1.2。

图1.2 时分复用系统框图2.电路整体方案2.1系统方案原理要完成两路信号传输及信号恢复系统设计，首先要对两路信号进行PAM 调制，单两路信号的抽样时间要分开来，在用加法器将两路信号合在一起传输，就可完成两路信号的分时传输。

对于信号的恢复，则需要用同步载波信号将两路PAM 信号还原出来，再用低通滤波器将PAM 信号进行解调还原。

那么整个系统就分为PAM 调制，分时传输和信号还原三个大部分就可以了。

2.2系统组成框图对于上述系统方案描述，这里用框图进行整个系统的描述如图2.1示。

PAM 调制则对模拟信号进行抽样即可，而分时抽样则用一个反相器对抽样脉冲处理，相当于延时一个脉冲宽度。

图2.1 整体系统框图模拟信号1模拟信号2 PAM 调制 PAM 调制延时分时传输 PAM 解调 PAM 解调 信号分离 输出信号1 输出信号23.各电路模块原理3.1PAM 调制电路3.2.1电路方案PAM 调制实际上就是完成模拟信号的抽样，将连续时间离散化就行了，在本次设计中采用自然抽样方式，实现起来简单方便。

对于语音信号通常在3.4kHz 以内，为了满足抽样定理，让抽样信号的频率为8kHz 。

若模拟信号为m(t)，抽样信号为s(t)，则已调信号表示为：)()()(m t s t m t s （式1） 由上述表达式可知，将抽样信号和模拟信号加在乘法器的两端就可以完成一路信号的PAM 调制，调制原理框图如图3.1所示。

m(t) m s (t)s(t)图3.1 PAM 调制框图2.2.2电路原理图因为两路信号要分时传输，所以两路模拟信号的抽样时间要分开来，那么只要让对模拟信号2的抽样脉冲延时一个脉冲宽度即可，此处用反相器可以实现。

调制电路图如图3.2所示：图3.2 两路信号PAM 调制电路图PAM调制运用到了乘法器，本次课设中运用MC1496芯片外接电路装成PAM调制所用到的模拟乘法器。

电路图如图3.3示。

图3.3 模拟乘法器电路图2.2 时分复用电路2.2.1电路原理时分复用电路中，最重要的是让两路信号抽样时间分离，而在对两路信号的PAM调制中，已经完成了两路信号抽样时间隔离的设置，故而只要将两路信号加在一个信道中传输就可以实现分时传输了。

其电路图如下所示。

图3.4 信道时分复用电路图加法器运用运算放大器外接电路实现，电路图如图3.5示。

图3.5 加法器电路图如上图接的电路中，两路输入信号为U1和U2，则：输出：)212211)(431(Vo 21U R R R U R R R R R ++++= （3.2） 那么，当R1=R2=R3=R4时，21Vo U U += （3.3）这样就实现了加法器的功能，可以将两个PAM 信号合在一个信道上传输。

2.3 信号还原电路2.3.1电路方案要还原出两路模拟信号，首先要将分时传输的两路信号分离出来，即是进行时分解复用，之后再将分离出来的两路调制信号进行解调，就可以得到原来的模拟信号。

将两路时分复用信号分离，则只要让两路信号分别与他们的时间不同的抽样脉冲相乘，就可以分离出两路信号，分离后的信号经过低通滤波器，就能得到原来的平滑的模拟信号。

若信道传输信号为m(t),两路抽样脉冲为s1(t)和s2(t)，则电路原理框图如下。

S1(t) m1(t)m(t)S2(t) m2(t)图3.6 信号还原电路原理框图低通滤波器 低通滤波器2.3.2电路原理图下图所示为信号还原电路的电路图，经过乘法器后得到的是单路信号，由于此时仍为PAM 信号，所以经过一个低通滤波器可以解调出原模拟信号。

图3.7 信号还原电路原理图2.3.3低通滤波器解调电路中用到了低通滤波器，对于语音信号，低通滤波器的截止频率应在为3.4kHz 左右，采用有源二阶低通滤波器形式进行设计，则有Hz RC H 340021f ==π （3.4）则可得RC=4.68×10-5，大电容成本较高，采用1000pF 的电容时，电阻约为47k Ω。

在仿真中采用一级滤波器级联是，滤波效果比较差，有毛刺，故而采用两级滤波器计量的形式，滤波器内部电路如下图示。

图3.8 低通滤波器电路原理图4.Multisim仿真4.1整体仿真图如下图所示为整体仿真电路图，所用抽样脉冲为8kHz，两路模拟信号都是峰峰值为2V的正弦信号，频率分别为1 kHz和2 kHz，低通滤波器已经封装好了。

图3.9 仿真电路原理图4.2仿真结果1.观察两路模拟信号的PAM调制，用双踪示波器观察模拟信号和PAM信号，得到的结果如下图示：对于1 kHz的模拟信号，一个周期内抽样8次，而2 kHz的模拟信号，一个周期上抽样4次。

（a）（b）图3.10 PAM调制仿真结果2. 观测时分复用信道中的信号：将示波器通道1接在加法器后面，观察加法器输出的信号如下图示。

图3.11 时分复用仿真结果3. 观测信号的恢复：将示波器接两个通道在两个低通滤波器的后面，观察到滤波器输出的信号如下图示，图中1kHz和1.5kHz信号无频率失真的还原出来了。

图3.12 信号恢复仿真结果5.实物测试本次课程设计中，小组3人共同完成硬件实物焊接工作，在焊接过程中，将乘法器、加法器、低通滤波器都分开来焊接，在用杜邦线连接起来。

另外乘法器还用CD 4066代替焊接了板子，测试并没有大问题，但全部接线后滤波出来的信号失真严重，应该是滤波器没有达到要求。

部分实物图如下图所示：图3.13 低通滤波器图3.14 加法器图3.15 整体接线图6.总结通信原理课程是信息专业学生的基础课程，在掌握理论知识的基础上进行课程设计，是提高综合实践能力的重要途径。

在本次课设中，任务所要求的的时分复用及其信号恢复系统的实现原理不是特别困难，但是在要运用到许多模拟电子线路以及高频电子线路中的一些知识，比如说加法器，乘法器和低通滤波器都是要运用这些课程中的理论知识，实现起来就比较困难。

在课程设计中，我学习到了挺多理论课上没学到的知识。

为了设计出加法器和滤波器，我再次学习模电知识，计算出要求的参数，巩固了一些电子线路的基础知识。

同时，通信原理课程中主要学习的是通信系统的组成和原理，也是通过通信系统的设计，让我把以前学习的理论知识结合起来，共同实现系统功能，加强了我综合运用能力。

当然，在课程设计实践中，因为遇到了一些问题。

在电路仿真过程中，用仿真软件中的加法器进行仿真时，滤波得到的波形较为光滑，但用运放连成加法器是，滤波后得到的波形较差，可见加法器做的不是很完美。

另外，我们的实物制作也出了很大的问题，我们组都对一些硬件部分进行了焊接，整合在一起时却无法实现系统功能，所以说这次实物制作时失败的。