频分复用系统设计报告

经典word整理文档，仅参考，双击此处可删除页眉页脚。本资料属于网络整理，如有侵权，请联系删除，谢谢！学生姓名：指导教师：黄在勇周建新专业班级：通信1104班工作单位：信息工程学院题目:频分复用初始条件：Matlab软件、信号与系统、通信处理等。要求完成的主要任务:根据频分复用的通信原理，用matlab域和频域的分析。参考书：.频分多址接入模型设计及MATLAB.高等教育出版社，北京:2000[2]李建新、刘乃安、刘继平.现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工具箱.西安电子科技大学出版社，西安:2000[3]邓华等.MATLAB通信仿真及应用实例详.:2003时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为2周。（1）理解相关技术原理，确定技术方案，时间2天；（2）选择仿真工具，进行仿真设计与分析，时间6天；（3）总结结果，完成课程设计报告，时间2天。指导教师签名：年年月月日日系主任（或责任教师）签名：目录摘要........................................................................................................................IAbstract.................................................................................................................II1绪论.....................................................................................................................11.1设计目的..................................................................................................11.2设计内容..................................................................................................21.3设计要求..................................................................................................22频分复用通信系统模型.....................................................................................33频分复用系统方案设计.....................................................................................63.1语音信号采样..........................................................................................63.2语音调制信号..........................................................................................73.3系统的滤波器设计.................................................................................83.4信道噪声..................................................................................................94频分复用原理实现与仿真...............................................................................114.1语音信号的时域和频域仿真...............................................................114.2复用信号的频谱仿真...........................................................................124.3传输信号的仿真...................................................................................134.4解调信号的频谱仿真...........................................................................144.5恢复信号的时域与频域仿真................................................................165心得体会..........................................................................................................18附录I源程序.....................................................................................................19附录II参考文献................................................................................................24武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告摘要在通信系统中，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就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路接收。本设计是用FFT实现对三个同频带信号的频分复用，就是通过Matlab语言来实现的。关键字：频分复用频段MatlabI武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告AbstractInthecommunicationsystem,thechannelbandwidthcanbeprovidedtypicallymuchwiderthanthebandwidthrequiredtotransmitonesignal.Ifachannelsignalistransmittedonlywastefulway,inordertotakefulladvantageofthebandwidthofthechannel,usingfrequencydivisionmultiplexingcanbeusedforthemethod.Inafrequencydivisionmultiplexingsystem,theavailablefrequencychannelsaredividedintoapluralityofmutuallynon-overlappingbands,eachwithoneofthesignaltransmissionbands,andthereforetheycanbeusedtofilteroutwerefilteredoff,andthendemodulatesreceived.ThisdesignisusedtoachievethethreeFFTbandsignalwithfrequencydivisionmultiplexing,isthroughtheMatlablanguagetoachieve.Keywords：FrequencyDivisionMultiplexingBandMatlabII武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告1绪论1.1设计目的FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）是数据通信中的一种技术，也是现在移动通信中使用最大的一种通信方式。FDMA通信技术可以使不同的用系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。同固定分配系统相比，FDMA使通道容量可根据要求动态地进行交换。FDMA具有以下特点：优点有效减少多径及频率选择性信道造成接收端误码率上升的影响接收端可利用简单一阶均衡器补偿信道传输的失真频谱效率上升缺点传送与接收端需要精确的同步对于多普勒效应频率漂移敏感峰均比高循环前缀（CyclicPrefix）造成的负荷优势允许多个用户并行传送低速数据流能够避免脉冲载波可以灵活调整低速率用户的发射功率时延固定且比较小简化了多址接入的防碰撞实现机制更好地抵御信号衰落和干扰本次课程设计通过Matlab软件对FDMAFDMA通信系统的理解和掌握。1武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告通过这次课程设计可达到以下的目的：（1）巩固课本所学的有关理论知识。（2）加深对FDMA通信系统的理解和掌握相关知识。（3）掌握带通滤波器和低通滤波器的设计（4）掌握Matlab软件的基本使用。（5）学会运用Matlab软件进行一些仿真和设计。1.2设计内容根据频分复用的通信原理，运用Matlab软件采集两路以上的语音信号，选Matlab进行仿真，并对各个信号进行时域和频域分析。1.3设计要求（1）使用Matlab软件画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。（2）选择合适的高频载波，对采样信号进行调制。（3）使用Matlab软件画出复用信号的频谱图。（4）设计合适的带通滤波器，并画出带通滤波器的频率响应。（5）对滤波后的信号进行解调，画出解调后各路信号的频谱图。（6）设计低通滤波器，画出低通滤波器的频率响应。恢复信号的时域波形和频谱图。2s(t)x(t)cos(2ft)0图3图图xmn14图图5量该连续时间模拟信号。设抽样信号的频率为f，则抽样周期为T。抽样以后ss样信号f(t)能完全恢复连续信号f必须大于等于2倍sfHHfsH6武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告其中，f2f为奈奎斯特频率。sHf通常都有高于。ffsHHf必须大于6.8KHz。s用Windows音频输入设备记录声音,其调用形式为:recObj=audiorecorder(Fs,nBits,nChannels)利用Windows音频输入设备记录nBits的音频采样,频率为FsHz,通道数为nChannels本次设计中取语音信号的采用频率为44100Hz，该采样频率为语音信号CD音质。信号。3.2语音调制信号它的带宽是基带信号带宽f的2倍，即调制后的带宽为：HB2f（4）H为了使各个信号不会相互干扰，各个载频的间隔既要大于调制后带宽B，设各载波的频率间隔为f，由于f3.4，所以HgfB2f23.4kHz6.8kHz（5）gH另外，在选取各路信号载波频率时，还需要考虑混叠频率f。所谓混叠频a率，就是当利用一个抽样频率为f的离散时间系统进行信号处理时信号所允许s的最高频率。任何大于f的分量都将重叠起来而不能恢复，并使正规频带内的a信号也变得模糊起来。根据抽样定理可知：1ffa（6）2s由于前面语音信号采样频率fkHz，所以混叠频率：s711ffkHz22.05kHz22as最高载波频率要小于f为1路语音信号的载波频率af为2路信号的载波频率f为3路信号的载波频率1c2f为18000Hz。同时满足最高载波频率ff的要求。c3c3a图为二元矢量时，为带通或带阻滤波器。8武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告为[41007600]。设计的是带通滤波器，所以通带边界频率Wp和阻带边界频率Ws为二元矢量。信号的采样频率为44100Hz时，可取通带的边界频率Wp1和阻带的边界频率Ws1分别为：Wp1=[42007500]/22050Ws1=[41007600]/22050在确定了带通滤波器的4MATLAB软件中的cheb2ord函数可以求出第一个滤波器的最小阶数n和截止频率Wn调用形式为：[n,（8）通过式（8）得到了滤波器的最小阶数n和截止频率Wn后，再调用MATLAB软件中的cheby2函数，进一步求出滤波器传递函数的分子系数b和滤波器传递函数的分母系数a。该函数的调用形式为：[b,a]（9）通过式（9）所示的函数得到了滤波器的传递函数的分子系数b和分母系数MATLAB软件中的filtery(b,a,s)（10）式中的s为滤波后的信号。同样，可以设计出其它所需的两路带通滤波器和低通滤波器。3.4信道噪声e(t)和输出端i电压e(t)间的关系可以用下式表示：oe(t)f[e(t)]n(t)（11）oie(t)e(t)nt)为io9if[e(t)]k(t)e(t)，即信道的作用相当于对输入信号乘一个系数kt)。这样，式ii（11）就可以改写为：oi图104.1语音信号的时域和频域仿真（2）信号频域仿真图其频谱分析如图4.3所示。图图图图图17武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告5心得体会经这次课程设计，我不仅复习巩固了课堂所学的理论知识，还提高了对所等。在设计经过不断的修改调试，在MATLAB上仿真频分多址通信技术取得了得仿真的成功关键在于载波频率的选择以及带通和低通滤波器的参数设计。另外在低通滤波阶段，得到的恢复信号与原始信号基本一致，但是在t=0附近有期间引入频率高于语音信号的噪声，所以如果在完全无噪音的环境中进行录音，解决至于完全消除频谱间的干扰，还有待进一步研究与完善。18武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告附录I源程序fprintf('仿真开始\n');%采集3路声音样本信号pausefs=44100;fprintf('按任意键开始录音1：\n');pauserecObj=audiorecorder(fs,16,1);%get(recObj);sd1=recObj;disp('录音中…');recordblocking(sd1,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd1);playblocking(player);disp('录音1播放结束');sound1=getaudiodata(sd1);fprintf('\n');fprintf('按任意键开始录音2：\n');pausesd2=recObj;disp('录音中…');recordblocking(sd2,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd2);playblocking(player);disp('录音2播放结束');sound2=getaudiodata(sd2);fprintf('\n');fprintf('按任意键开始录音3：\n');pausesd3=recObj;disp('录音中…');recordblocking(sd3,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd3);playblocking(player);disp('录音3播放结束');sound3=getaudiodata(sd3);19武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告fprintf('\n');%声音样本的时域和频域分析fprintf('按任意键开始声音样本的时域分析：\n');pausefs=44100;duration=3;t=0:duration*fs-1;figure(1)subplot(311)%三个声音样本的时域波形plot(t,sound1);xlabel('单位：s');ylabel('幅度');title('三个声音样本的时域波形');subplot(312)plot(t,sound2);xlabel('单位：s');ylabel('幅度');subplot(313)plot(t,sound3);xlabel('单位：s');ylabel('幅度');fprintf('\n');fprintf('按任意键开始声音样本的频域分析：\n');pausefigure(2)subplot(311)变换%三个声音样本的频谱分析%fft对声音信号进行快速傅里叶stem(t,abs(fft(sound1)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');title('三个声音样本的频谱分析');subplot(312)stem(t,abs(fft(sound2)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(sound3)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');fprintf('\n');%调制，将三个声音信号用高频载波进行调制fprintf('按任意键开始信号的调制和复用信号频域分析：\n');pausex1=4*sound1'.*cos(2*pi*4000*t/fs);x2=4*sound2'.*cos(2*pi*11000*t/fs);x3=4*sound3'.*cos(2*pi*18000*t/fs);s=x1+x2+x3;figure(3)stem(t,abs(fft(s)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');title('复用信号的频谱分析');fprintf('\n');%信号传输仿真设计20武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告fprintf('按任意键开始信道仿真设计：\n');pauseys=awgn(s,20);%加入高斯白噪声snr=10*log10((s*s')/((s-ys)*(s-ys)'));%计算信噪比figure(4)stem(t,abs(fft(ys)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');title('加入高斯白噪声后复用信号的频谱分析');fprintf('\n');%带通滤波器的设计fprintf('按任意键开始带通滤波器的设计：\n');pauseRp=0.5;Rs=40;Wp1=[40008000]/22050;Ws1=[38008500]/22050;[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1);[h1,w1]=freqz(b1,a1);mag1=abs(h1);db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));Wp2=[900013000]/22050;Ws2=[800014000]/22050;[n2,Wn2]=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs);[b2,a2]=cheby2(n2,Rs,Wn2);[h2,w2]=freqz(b2,a2);mag2=abs(h2);db2=20*log10((mag2+eps)/max(mag2));Wp3=[1450018500]/22050;Ws3=[1400019000]/22050;[n3,Wn3]=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs);[b3,a3]=cheby2(n3,Rs,Wn3);[h3,w3]=freqz(b3,a3);mag3=abs(h3);db3=20*log10((mag3+eps)/max(mag3));figure(5);subplot(3,1,1);plot(w1/pi,db1);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');title('用切比雪夫2型设计三个带通滤波器');subplot(3,1,2);plot(w2/pi,db2);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');subplot(3,1,3);21武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告plot(w3/pi,db3);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');y1=filter(b1,a1,ys);y2=filter(b2,a2,ys);y3=filter(b3,a3,ys);fprintf('\n');%解调fprintf('按任意键开始信号的解调和解调后信号频域分析：\n');pausefs=44100;y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs);y02=y2.*cos(2*pi*11000*t/fs);y03=y3.*cos(2*pi*18000*t/fs);figure(6)subplot(311)stem(t,abs(fft(y01)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');title('解调后的3路信号各自的频谱图');subplot(312)stem(t,abs(fft(y02)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(y03)),'.');xlabel('单位：Hz');ylabel('幅度');fprintf('\n');%低通滤波器设计fprintf('按任意键开始低通滤波器的设计：\n');pauseRp=0.5;Rs=40;Wp1=3400/22050;Ws1=4000/22050;[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1);[h1,w1]=freqz(b1,a1);mag1=abs(h1);db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));figure(7);plot(w1/pi,db1);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');title('低通滤波器的频率响应');fprintf('\n');22武汉理工大学《信息处理课群综合训练与设计》报告%恢复信号的时域波形和频谱分析f