一、案例展示
请设计一个通信系统, 要能同时传输多路信号, 在接收端又能够很好的区分信号。要求考虑3到4路信号的同时传递, 选择合适的技术和参数搭建系统。
二、原理引入
根据案例要求, 选择多路复用技术实现系统。常用的多路复用技术有频分多路和时分多路, 分别从频率上和时间上分割信道, 实现信道的共用。
频分复用是按频率分割多路信号, 将可用的频段进行划分, 分割成小段, 每个用户或者每路信号分别占据其中的一段 (如图1) , 这是从频率维度上分割信道的方式。
时分复用是按时间分割多路信号, 将码元周期所占据的时间进行分割, 也就是将传输时间划分为若干个时隙, 这些时隙互不重叠。每路信号顺序地占用各自的时隙, 也就是轮流占用信道, 合路成为一个复用信号在同一信道中传输 (如图2) , 这是从时间维度上分割信道的方式。
时分复用在时间上区分各路信号, 但在频域上各路信号是混叠在一起的;而频分复用在频率上区分各路信号, 但在时域上各路信号是混叠在一起的。时分复用技术的使用前提是数字通信系统, 比频分复用信号使用调制器和滤波器要简单。
三、案例分析
(一) 操作环境
选择了SystemView仿真软件, 按照系统实现目标和要求;选出对应的模块, 设置参数, 建立连接;添加观测窗;设置时钟;运行并分析波形。
(二) 模块搭建
(1) 采用Systemview软件建立一个频分多路系统 (如图3) , 借助不同频率的载波实现频域上的搬移, 分别将各路信号搬移到不同的频带上, 实现频域上的信道分割。
元件参数配置
Token 0正弦信号 (频率=100Hz, 幅度为1)
Token 1正弦信号 (频率=100Hz, 幅度为2)
Token 2正弦信号 (频率=100Hz, 幅度为3)
Token 5, 7, 9相乘器
Token 6载波信号—余弦信号 (频率=3000Hz)
Token 8载波信号—余弦信号 (频率=3100Hz)
Token 10载波信号—余弦信号 (频率
=3200Hz)
Token 15, 16, 17带通滤波器 (提取上边带)
Token 18加法器
Token 19信号观察点—系统窗
运行时间设置
运行时间=0.25S;采样频率=40000HZ
(2) 采用Systemview软件建立一个时分多路系统 (如图4) 。在数字系统中, 通过延时让各路信号的起始位置发生改变, 占据不同的时段, 实现时域上的信道分割。
元件参数配置
Token 0脉冲序列 (频率=10Hz, 脉冲持续时间=0.01s, 幅度为1)
Token 1脉冲序列 (频率=10Hz, 脉冲持续时间=0.01s, 幅度为2)
Token 2脉冲序列 (频率=10Hz, 脉冲持续时间=0.01s, 幅度为3)
Token 4, 5, 6延时器 (分别为0.025S, 0.05S, 0.075S)
Token 7加法器
Token 9, 10, 11, 12信号观察点—系统窗
运行时间设置
运行时间=1S;采样频率=100Hz
(三) 观测验证
(1) 观察仿真电路中各个模块输出波形变化, 并绘制波形。
(2) 观测复用后的信号在时间和频率上是否有重叠?感受多路复用的优势。
(3) 思考时分复用与频分复用有什么不同?
(4) 能否结合时分复用和频分复用技术, 设计时间频率上双重复用的系统?
四、总结
时分复用让多条信号在时间上相分离;频分复用让多条信号在频率上相分离。通过多路复用技术让多条信号同时在一个信道上传递, 大大提高了信道利用率, 节约了频带资源。多路复用技术在当今信息社会的通信过程中, 占据着非常重要的地位。
摘要：在传统的观念中, 一个信道只能传输一路信息才能保证不会相互干扰。但是如果运用了多路复用技术, 就能在一条信道中同时传输多路信息, 并且能保证信息间的独立性。采用了多路复用, 在时间上或者在频率上区分了信号, 让多个信号同时传递不会干扰。通过多路复用技术的教学案例分析, 让学生进一步掌握多路复用系统的设计过程, 理解多路复用技术对于提高信利用率, 节约频谱资源的重要意义。
关键词：多路复用,频分复用,时分复用
参考文献
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