通信原理实验报告四小型数字电话复用与解复用模块设计

实验四小型数字电话复用与解复用模块设计

一、实验目的

1.掌握小型数字电话复用与解复用模块的设计方法；

2.理解时分复用的原理；

3.掌握小型数字电话复用与解复用模块的matlab实现。

二、实验内容

参照E1标准，设计一个将32路64kbps信息流合成一个基群的复用模块和相应的解复用模块，要能观察合成或分解后信息流的一致性，演示的最小时间刻度为时隙（一次采样，即1/8000秒）。

三、实验原理

时分复用是建立在抽样定理基础上的，抽样定理使连续(模拟)的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。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，利用这种空隙便可以传输其他信号的抽样值。因此，这就有可能沿一条信道同时传送若干个基带信号。多路复用信号可以直接送入信道传输，或者加到调制器上变换成适于信道传输的形式后再送入信道传输。

在接收端，合成的时分复用信号由分路开关依次送入各路相应的重建低通滤波器，恢复出原来的连续信号。在TDM中，发送端的转换开关和接收端的分路开关必须同步。所以在发端和收端都设有时钟脉冲序列来稳定开关时间，以保证两个时钟序列合拍。

根据抽样定理可知，一个频带限制在f H范围内的信号，最小抽样频率值为2f H，这时就可利用带宽为f H的理想低通滤波器恢复出原

始信号来。对于频带都是f H的N路复用信号，它们的独立抽样频率为2N*f H，如果将信道表示为一个理想的低通形式，则为了防止组合波形丢失信息，传输带宽必须满足B≥N*f H。

四、实验内容

（一）首先在matlab中新建函数e1mux，代码如下：

function frameout=e1mux(audioin)

for i=1:16 %每个E1帧有16帧数据，即30路话音的16个采样点数据；30路话音每秒共有30*8000/16=15000个E1帧

if mod(i,2)==0 %判断奇偶帧

frameout((i-1)*32+1)=12;%给时隙TS0加上标志

frameout((i-1)*32+17)=255;%给信令时隙TS16加上信令数据，这里固定为255；产生仿真数据的时候使话音数据小于255即可

for j=2:16

frameout((i-1)*32+j)=audioin(j-1,i);

end

for j=18:32

frameout((i-1)*32+j)=audioin(j-2,i);

end

else

frameout((i-1)*32+1)=95;

frameout((i-1)*32+17)=255;

for j=2:16

frameout((i-1)*32+j)=audioin(j-1,i);

end

for j=18:32

frameout((i-1)*32+j)=audioin(j-2,i);

end

end

end

frameout=[frameout]

e1mux函数主要实现的是对N路信号的时分复用。

(二)在matlab中新建函数e1demux，代码如下：

function audioout=e1demux(e1framein)

if mod(length(e1framein),16*32)==0

for i=1:16 %每个E1帧有16帧数据，即30路话音的16个采样点数据；30路话音每秒共有30*8000/16=15000个E1帧

for j=2:16

audioout(j-1,i)=e1framein((i-1)*32+j);

end

for j=18:32

audioout(j-2,i)=e1framein((i-1)*32+j);

end

end

end

audioout=[audioout]

e1demux函数主要实现的是对时分复用的N路信号进行解复用，即将N 路信号进行分离。

(二)在matlab中新建函数E1Main，代码如下：

TFS=96;%总帧数;也即每路话音采样点的数量;30路话音每秒共有30*8000/16=15000个E1帧

%TFS=16*N，N=1，2，3，4，5......

audiovalues_in=randint(30,TFS,254);%产生30路话音信号的TFS个样本

e1frames=zeros(30,16);%30*16的话音数据矩阵

e1streams=[];%E1帧数据流

%E1复用器

for i=1:TFS/16

for j=1:30

for k=1:16

e1frames(j,k)=audiovalues_in(j,(i-1)*16+k);

end

end

e1streams=[e1streams,e1mux(e1frames)];

end

%E1解复用器

audiovalues_out=[];%用于存储E1解复用后的30路话音数据;便于与原始输入数据进行比较if length(e1streams)/512>=1%16（帧/E1帧）*32（时隙/帧）*1（字节/时隙）=512字节/E1帧for i=1:length(e1streams)/512

audiovalues_out=[audiovalues_out,e1demux(e1streams((i-1)*512+1:i*512))];

end

end

%复用器、解复用器输入/输出信号显示

figure(1)

x1=1:1:length(audiovalues_in);

subplot(2,1,1);

plot(x1,audiovalues_in);

%axis([1,length(audiovalues_in)+10,-1,260]);

grid;

title('30路话音信号时域波形');

yy1=fft(audiovalues_in,1024);

pyy=yy1.*conj(yy1)/1024;

ff=1000*(0:512)/1024;

subplot(2,1,2);

plot(ff,pyy(1:513));

grid;

title('30路话音信号的功率谱');

figure(2);

x2=1:1:length(e1streams);

subplot(2,1,1);

plot(x2,e1streams);

grid;

title('E1基群信号时域波形');

yy2=fft(e1streams,1024);

pyy=yy2.*conj(yy2)/1024;

ff=1000*(0:512)/1024;

subplot(2,1,2);

plot(ff,pyy(1:513));

axis([-10,600,-1,100000]);

grid;

title('E1基群信号的功率谱');

figure(3);

x3=1:1:length(audiovalues_out);

subplot(2,1,1);

plot(x3,audiovalues_out);

grid;

title('解复用信号时域波形');

yy3=fft(audiovalues_out,1024);

pyy=yy3.*conj(yy3)/1024;

ff=1000*(0:512)/1024;

subplot(2,1,2);

plot(ff,pyy(1:513));

grid;

title('解复用信号的功率谱');

%验证复用、解复用前后数据是否一致

a1_in =audiovalues_in(1,:); %第一路话音的原始输入数据

a1_out=audiovalues_out(1,:); %解复用后的第一路话音数据

a111=1:1:TFS; %获取复用后的E1基群信号中的第一路话音数据for k=1:TFS

a111(k) =e1streams((k-1)*32+2);

end

xx=1:TFS;%画图比较复用、解复用前后数据

figure(4);

%plot(xx,a1_in_out);

plot(xx,a1_in,'-',xx,a1_out,'*',xx,a111,'or');

title('解复用后信号、复用信号与原始话音信号的比较');

xlabel('--:原始一路话音信号*：解复用后一路话音信号o：E1基群信号中的一路话音信号');

生成图像如下：

Figure（1）中第一个图是30路话音信号的时域波形，第二个图是30路话音信号任一路信号的功率谱。从图中可以看出，一路话音信号的3db截止频率大约是17HZ。我国规定采用PCM 30/32路制式，一个E1帧由16帧组成；一帧由32个时隙组成，但由于TS0和TS16用于传输帧同步码和信令等信息，故只有30路用于传输话音信号。

Figure（2）中第一个图是E1基群信号的时域波形，第二个图是E1基群信号的功率谱。从图中可以看出，E1基群信号的功率谱分布在（0,500HZ）之间，而17*30=510HZ，时分复用将导致频域的扩展，仿真结果与理论值是一致的。

Figure（3）中第一个图是解复用信号的时域波形，第二个图是解复用信号一路信号的功率谱。从图中可以看出，解复用后的信号时域波形与复用之前的信号是完全一致的，解复用后的功率谱密度与复用之前的功率谱密度也是相同的。

Figure（4）中表示的是原始信号、复用信号、解复用后信号。原始信号的其中一路用图中蓝色的线表示，E1基群中相对应的一路信号用○表示，解复用后相对应的一路信号用*表示。从图中可以看出，原始信号能在复用信号中得到很好的表示，且能从复用信号中无失真恢复出来，解复用信号经分离能够得到原信号。

五、实验心得

这次实验主要是关于小型数字电话复用与解复用模块的设计，主要实现了30路信号的复用与解复用，观察了时域波形和频域的功率谱密度。通过这次实验，我对时分复用有了更进一步的理解，对课本知识有了更深的理解，同时也理解了电话工作的基本原理。