三路頻分復用系統(tǒng)設計

1、*實踐教學*蘭州理工大學計算機與通信學院2013年春季學期 信號處理 課程設計題 目：三路頻分復用系統(tǒng)的設計 專業(yè)班級： 通信工程 姓 名： 劉旺春 學 號： 10250423 指導教師： 王維芳 成 績： 摘 要頻分復用是通信中廣泛使用的一種通信方式。頻分復用技術可以使不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同的信道上傳輸。復用是一種將若干個彼此獨立的信號，合并為一個可在同一信道上同時傳輸?shù)膹秃闲盘柕姆椒ā？梢园阉鼈兊念l譜調(diào)制到不同的頻段，合并在一起而不會相互影響，并能在接收端彼此分離開來。按頻率區(qū)分信號的方法叫頻分復用。在生活中，我們接觸到的大部分都是模擬信號，而計算機只能對數(shù)字信號進行處理。通過

2、FFT變換，通過對模擬信號采樣，我們可以使其變成數(shù)字信號，本次設計是通過FFT來實現(xiàn)的。先產(chǎn)生三個信號，接著對其進行FFT變換，然后將三個疊加。接著設計三個濾波器進行濾波，還原出原始信號。本設計是用FFT實現(xiàn)對三個同頻帶信號的頻分復用，就是通過Matlab語言來實現(xiàn)的。本設計報告分析了數(shù)字信號處理課程設計的過程。用Matlab進行數(shù)字信號處理課程設計的思路，并闡述了課程設計的具體方法、步驟和內(nèi)容，以及在生活中的應用。關鍵詞：頻分復用；FFT；Matlab；頻譜分析目 錄一 設計任務目的及要求11.1設計目的及意義11.2設計要求1二 原理與模塊介紹32.1 頻分復用通信系統(tǒng)模型建立32.2 語

3、音信號采樣62.3 語音信號的調(diào)制82.4濾波器的設計92.4.1 巴特沃斯濾波器92.4.2 切比雪夫I型濾波器102.4.3 橢圓濾波器112.5 信道噪聲13三 設計內(nèi)容163.1 設計流程圖163.2 語音信號的時域和頻域仿真163.2.1 信號的時域仿真163.2.2信號頻域仿真173.3 復用信號的頻譜仿真173.4傳輸信號的仿真183.5 解調(diào)信號的頻譜仿真193.6恢復信號的時域與頻域仿真20總 結22參考文獻24附 錄25一 設計任務目的及要求1.1設計目的及意義要求學生獨立應用所學知識，對通信系統(tǒng)中的典型部件電路進行方案設計、分析制作與調(diào)測電路。通過本專題設計，掌握頻分復用

4、的原理，熟悉簡單復用系統(tǒng)的設計方法。頻分復用要求總頻率寬度大于各個子信道頻率之和，同時為了保證各子信道中所傳輸?shù)男盘柣ゲ桓蓴_，應在各子信道之間設立隔離帶，這樣就保證了各路信號互不干擾。頻分復用是通信中廣泛使用的一種通信方式。頻分復用技術可以使不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同的信道上傳輸。本次課程設計要求設計三路頻分復用系統(tǒng)。通過這次課程設計欲達到以下目的：鞏固課程所學的有關理論知識；加深對頻分復用系統(tǒng)的理解和掌握；掌握帶通濾波器和低通濾波器的設計；掌握MATLAB軟件的基本使用；學會使用MATLAB軟件進行一些仿真和設計。1.2設計要求1.2.1課程設計的內(nèi)容根據(jù)頻分復用的通信原理，運用Ma

5、tlab軟件采集兩路以上的語音信號，選擇合適的高頻載波進行調(diào)制，得到復用信號。然后設計必要的帶通濾波器、低通濾波器，從復用信號中恢復所采集的語音信號。整個過程運用Matlab進行仿真，并對各個信號進行時域和頻域分析。1.2.2課程設計的要求與數(shù)據(jù)（1）根據(jù)頻分復用原理，設計三路頻分復用系統(tǒng)。（2）使用MATLAB語言產(chǎn)生三個不同頻段的信號，畫出三個信號的時域波形。（3）對產(chǎn)生的三個信號進行頻譜分析。（4）將三路信號疊加為一路信號。（5）根據(jù)三路信號的頻譜特點設計三個合適的帶通濾波器。（6）用設計的濾波器對信號進行濾波。（7）分析得到的信號的頻譜，并畫出濾波后的信號的時域波形和頻譜圖。1.2.3

6、課程設計應完成的工作（1）利用MATLAB語言產(chǎn)生三個不同頻段的信號。（2）對產(chǎn)生的三個信號進行FFT變換。（3）將三路信號疊加為一路信號。（4）根據(jù)三路信號的頻譜特點得到性能指標，由性能指標設計三個濾波器。（5）用設計的濾波器對信號進行濾波，并對其頻譜圖進行分析。（6）分析得到信號的頻譜，并畫出濾波后信號的時域波形和頻譜。二 原理與模塊介紹2.1 頻分復用通信系統(tǒng)模型建立傳統(tǒng)的頻分復用典型的應用莫過于廣電HFC網(wǎng)絡電視信號的傳輸了，不管是模擬電視信號還是數(shù)字電視信號都是如此，因為對于數(shù)字電視信號而言，盡管在每一個頻道(8MHz)以內(nèi)是時分復用傳輸?shù)?，但各個頻道之間仍然是以頻分復用的方式傳輸?shù)?/p>

7、。頻分多址（FDMA）是使用最早、目前使用較多的一種多址接入方式，廣泛應用于衛(wèi)星通信、移動通信、一點多址微波通信系統(tǒng)中。FDMA通信系統(tǒng)核心的思想是頻分復用（FDM），復用是一種將若干個彼此獨立的信號合并為一個可在同一個信道上傳送的復合信號的方法。例如，在電話通信系統(tǒng)中，語音信號頻譜在3003400Hz內(nèi)，而一條干線的通信資源往往遠大于傳送一路語音信號所需的帶寬。這時，如果用一條干線只傳一路語音信號會使資源大大的浪費，所以常用的方法是“復用”，使一條干線上同時傳輸幾路電話信號，提高資源利用率。頻分復用（FDM）是信道復用按頻率區(qū)分信號，即將信號資源劃分為多個子頻帶，每個子頻帶占用不同的頻率，如

8、圖（1）所示。然后把需要在同一信道上同時傳輸?shù)亩鄠€信號的頻譜調(diào)制到不同的頻帶上，合并在一起不會相互影響，并且能再接收端彼此分離開。頻分復用的關鍵技術是頻譜搬移技術，該技術是用混頻來實現(xiàn)的?；祛l的原理，如圖（2）所示?；祛l過程的時域表示式為： （1）圖 1 頻分復用的子頻帶劃分其雙邊帶頻譜結構如圖（3）所示。其中，下邊帶也稱為反轉邊帶，從低到高的頻率分量是基帶頻率分量的翻轉，雙邊帶頻譜經(jīng)過低通濾波就可以得到下邊帶；上邊帶也稱為正立邊帶，從低到高頻率分量與基帶頻率分量一致，雙邊帶頻譜經(jīng)過高通濾波就可以得到上邊帶。圖 2 混頻原理圖 3 雙邊帶頻譜結構從圖（3）可以看出上、下邊帶所包含的信息相同，所

9、以恢復原始數(shù)據(jù)信息只要上邊帶和下邊帶的其中之一即可。另外，混頻器本身不是線性設備。線性設備的輸出與輸入信號具有相同的頻率成分，只以幅度和相位的不同來區(qū)分。但是，混頻器所對應的調(diào)制方式之所以稱之為“線性調(diào)制”，主要是由于從頻譜的角度只進行了簡單的搬移。在FDMA通信系統(tǒng)中，首先把傳輸頻帶劃分為若干個較窄的且互不重疊的子頻帶，每個用戶分配帶一個固定子頻帶，按頻帶區(qū)分用戶，如圖（4）所示。信號調(diào)制到該子頻帶內(nèi)，各用戶信號同時傳送，接收時分別按頻帶提取信號，實現(xiàn)多址通信。所以FDMA實現(xiàn)的是頻率域上的正交性。其中FDMA的正交分割條件為： (2)如果用理想濾波器分割各用戶信號，不需要保護間隔也能滿足正

10、交分割條件。但是，理想濾波器在工程上是不可能實現(xiàn)的，則各信號間總存在一定的相關性，總會有一定的干擾。因此各頻帶之間需留有一定的保護間隔以減少各頻帶之間的串擾。FDMA有采用模擬調(diào)制的，也有采用數(shù)字調(diào)制方式的，可以由一組模擬信號用頻分復用方式（FDM/FDMA）或一組數(shù)字信號用時分復用方式（TDM/FDMA）占用一個較寬的頻帶，調(diào)制到相應的子頻帶后傳送到同一個地址。圖 4 頻分多址的子頻帶劃分通過前面的分析可以得出FDMA通信系統(tǒng)之所以可以使不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同的信道上傳輸，其核心的思想是頻分復用。即不同的信號運用不同的載波進行調(diào)制，而載波帶寬被劃分為多種不同頻帶的子信道，每個子信

11、道可以并行傳送一路信號。而接收端通過不同的帶通濾波器將各路不同的信號提取出來，再通過解調(diào)和低通濾波器，進而恢復原始信號。從而可以得到如圖（5）所示的簡化FDMA通信模型。2.2 語音信號采樣語音信號的采樣即為信號的抽樣過程，是把連續(xù)時間模擬信號轉換成離散時間連續(xù)幅度的抽樣信號，其實質(zhì)就是用一固定頻率的抽樣信號周期性的讀出或測量該連續(xù)時間模擬信號。設抽樣信號的頻率為，則抽樣周期為。抽樣以后的信號仍為模擬量，只不過是時間上離散的脈沖調(diào)制信號。如圖（6）所示，f(t)為輸入的被抽樣信號，p(t)為抽樣信號，而f0(t)為抽樣后輸出信號。理想的抽樣應是沖激序列，但實際抽樣通常是平頂抽樣或自然抽樣。圖5

12、 頻分復用通信系統(tǒng)模型圖 6 抽樣過程波形抽樣的理論基礎是抽煙定理，它說明在什么條件下能從抽樣輸出信號f0(t)中恢復輸入信號f(t)。根據(jù)頻譜分析理論，只有抽樣信號的頻率不發(fā)生重疊現(xiàn)象時，抽樣的頻譜才能與信號頻譜相一致。因此，抽樣定理可表述為：為了使抽樣信號f0(t)能完全恢復連續(xù)信號f(t)，抽樣信號重復頻率必須大于等于2倍的，為包含任何干擾在內(nèi)的信號f(t)的最高有效頻率，即 （3）其中，為奈奎斯特頻率。由于實際濾波器特性的不理想，抽樣頻率通常都有高于，一般取3到5倍。語音信號頻譜在3003400Hz內(nèi)，由（3）式可知語音采樣頻率必須大于6.8KHz。在MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中提供語音采

13、集wavrecord命令，wavrecord命令利用Windows 音頻輸入設備記錄聲音,其調(diào)用形式為:wavrecord (n ,fs ,ch)。利用Windows音頻輸入設備記錄n個音頻采樣, 頻率為fs Hz ,通道數(shù)為ch。采樣值返回到一個大小為n*ch 的矩陣中。缺省時,fs = 11025 ,ch = 1。其中MATLAB提供的標準音頻采樣頻率有:8000、11025、22050 和44100Hz。為了保證語音的質(zhì)量，本次設計中取語音信號的采用頻率為44100Hz，該采樣頻率為語音信號CD音質(zhì)。語音信號采集后，可以用MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中wavwrite命令保存采集的語音信號。2

14、.3 語音信號的調(diào)制語音信號的調(diào)制即為頻分復用的混頻過程，該過程關鍵是對各路語音信號載波頻率的選取?；祛l過程的時域表示式如前面的（1）式所示，為雙邊帶信號（DSB），它的帶寬是基帶信號帶寬的2倍，即調(diào)制后的帶寬為： （4）為了使各個信號不會相互干擾，各個載頻的間隔既要大于調(diào)制后帶寬B，設各載波的頻率間隔為，由于，所以 （5）另外，在選取各路信號載波頻率時，還需要考慮混疊頻率。所謂混疊頻率，就是當利用一個抽樣頻率為的離散時間系統(tǒng)進行信號處理時信號所允許的最高頻率。任何大于的分量都將重疊起來而不能恢復，并使正規(guī)頻帶內(nèi)的信號也變得模糊起來。根據(jù)抽樣定理可知： （6）由于前面語音信號采樣頻率，所以混疊

15、頻率： （7）綜合上述考慮，由（5）式可取載波頻率間隔為7000Hz，由（7）式可知最高載波頻率要小于為22050Hz，如果本次設計取第1路語音信號的載波頻率為4000Hz，則第2路信號的載波頻率為11000Hz，第3路信號的載波頻率為18000Hz。同時滿足最高載波頻率的要求。根據(jù)前面的混頻原理，可以得到如圖（7）所示的頻譜結構。圖 7 三路語音信號調(diào)制后頻譜結構2.4濾波器的設計2.4.1 巴特沃斯濾波器巴特沃斯濾波器是電子濾波器的一種。巴特沃斯濾波器的特點是通頻帶的頻率響應曲線最平滑。巴特沃斯濾波器的特點是通頻帶內(nèi)的頻率響應曲線最大限度平坦，沒有起伏，而在阻頻帶則逐漸下降為零。 在振幅的

16、對數(shù)對角頻率的波得圖上,從某一邊界角頻率開始,振幅隨著角頻率的增加而逐步減少,趨向負無窮大。巴特沃斯低通濾波器可用如下振幅的平方對頻率的公式表示:（2.2）其中，n = 濾波器的階數(shù)，c =截止頻率 =振幅下降為 -3分貝時的 頻率，p = 通頻帶邊緣頻率。n階巴特沃斯低通濾波器的振幅和頻率關系可用如下的公式表示：（2.3）G 表示濾波器的放大率， H 表示 轉移函數(shù)， j 是 虛數(shù)單位， n 表示濾波器的級數(shù)， 是信號的 角頻率，以弧度/秒 為單位， c 是振幅下降3分貝時的截止頻率。 MATLAB信號處理工具箱提供巴特沃斯濾波器設計函數(shù)buttord和butter。 n,Wn=butter

17、d(Wp,Ws,Rp,Rs,s)在給定濾波器性能的情況下（通帶臨界頻率Wp、阻帶臨界頻率Ws、通帶內(nèi)最大衰減Rp和阻帶內(nèi)最小衰減Rs），計算ButterWorth濾波器的階數(shù)n和截止頻率Wn。 b,a=butter(n,Wn，s)根據(jù)階數(shù)n和截止頻率Wn計算ButterWorth濾波器分子分母系數(shù)（b為分子系數(shù)的矢量形式，a為分母系數(shù)的矢量形式）。 2.4.2 切比雪夫I型濾波器切比雪夫濾波器（又譯車比雪夫濾波器）是在通帶或阻帶上頻率響應幅度等波紋波動的濾波器。在通帶波動的為“I型切比雪夫濾波器”，在阻帶波動的為“II型切比雪夫濾波器”。切比雪夫濾波器在過渡帶比巴特沃斯濾波器的衰減快，但頻率響

18、應的幅頻特性不如后者平坦。切比雪夫濾波器和理想濾波器的頻率響應曲線之間的誤差最小，但是在通頻帶內(nèi)存在幅度波動。n階第一類切比雪夫濾波器的幅度與頻率的關系可用下列公式表示： (2.4)其中：| | < 1 ，而 (2.5)是濾波器在截止頻率0的放大率 ，是 n階切比雪夫多項式： (2.6) MATLAB信號處理工具箱提供切比雪夫型濾波器設計函數(shù)有cheb1ap、cheb1ord和cheby1:數(shù)字域：b,a=cheby1(n,Rp,Wn)可設計出n階chebyshevI濾波器,其截止頻率由Wn確定，通帶內(nèi)的波紋由Rp確定 b,a=cheby1(n,Rp,Wn,ftype)當ftype=hi

19、gh時，可設計出截止頻率為Wn的高通濾波器；當ftypestop時，可設計出帶阻濾波器z,p,k=cheby1(n,Rp,Wn) zp,k= cheby1 (n,Rp,Wn,ftype) A,B,C,D= cheby1 (n,Rp,Wn)A,B,C,D= cheby1 (n,Rp,Wn,ftype)模擬域：b,a= cheby1 (n,Rp,Wn,s)可設計出截止頻率為Wn的n階chebyshevI型模擬濾波器，其余形式類似于數(shù)字域的。2.4.3 橢圓濾波器橢圓濾波器特點：幅值響應在通帶和阻帶內(nèi)都是等波紋的，對于給定的階數(shù)和給定的波紋要求，橢圓濾波器能獲得較其它濾波器為窄的過渡帶寬。橢圓濾波器

20、可以獲得對理想濾波器幅頻響應的最好逼近。低通橢圓濾波器的頻率響應的幅度為：(2.7)MATLAB信號處理工具箱提供橢圓濾波器設計函數(shù)ellipap 、ellipord和ellip：z,p,k=ellipap(N,Rp,As) 用于計算N階歸一化中濾波器的零點向量z、極點向量p和增益因子k。Rp和As分別為通帶最大衰減和阻帶最小衰減。 N,wpo=ellipord(wp,ws,Rp,As，s)。用于計算滿足指標的橢圓模擬濾波器的最低階數(shù)N和通帶邊界頻率wpo,指標要求由參數(shù)(wp,ws,Rp,As)給定。b,a=ellip(n,Rp,Rs,Wn,ftype，s)計算橢圓濾波器系統(tǒng)函數(shù)系數(shù)向量b和

21、a。當ftype=high時，可設計出截止頻率為Wn的高通濾波器；當ftypestop時，可設計出帶阻濾波器2.4.4 以上類型濾波器的比較圖2.6是各濾波器頻域響應圖：巴特沃斯濾波器（左上）和同階第一類切比雪夫濾波器（右上）、第二類切比雪夫濾波器（左下）、橢圓函數(shù)濾波器（右下）的頻率響應圖。巴特沃斯濾波器的衰減速度比其他類型濾波器緩慢，但十分平坦，沒有幅度變化。兩類切比雪夫濾波器比巴特沃斯濾波器陡峭； 但不如橢圓函數(shù)濾波器，然而后者幅度波動較大。橢圓濾波器比其他濾波器更陡，因此在選擇濾波器的時候，橢圓濾波器能夠以較低的階數(shù)獲得較窄的過渡帶寬，但是它在通帶和阻帶上都有波動。2.5 信道噪聲 信

22、道中存在不需要的電信號統(tǒng)稱為噪聲。通信系統(tǒng)中的噪聲是疊加在信號上的，沒有傳輸信號時通信系統(tǒng)中也有噪聲，噪聲是永遠存在于通信系統(tǒng)中的。噪聲可以看成是信道中的一種干擾，也稱為加性噪聲，因為它是疊加在信號之上的。最基本的調(diào)制信道有一對輸入端和一對輸出端，其輸入端信號電壓和輸出端電壓間的關系可以用下式表示： （11）式中：為信道輸入端信號電壓；為信道輸出端得信號電壓；為噪聲電壓。由于信道中的噪聲是疊加在信號上的，而且無論有無信號，噪聲是始終存在的。當沒有信號輸入時，信道輸出端也有加性干擾輸出。表示信道輸入和輸出電壓之間的函數(shù)關系。所以在信道數(shù)學分析時，可以假設，即信道的作用相當于對輸入信號乘一個系數(shù)。

23、這樣，式（11）就可以改寫為： （12）式（12）就是調(diào)制信道的一般數(shù)學模型。其數(shù)學模型圖可以圖（8）所示。是一個很復雜的函數(shù)，它反映信道的特征。一般說來，它是時間t的函數(shù)。圖 8 調(diào)制信道數(shù)學模型噪聲又可以分為認為噪聲和自然噪聲兩大類。其中以自然噪聲最難處理，而自然噪聲中最重要的噪聲為熱噪聲。由于在一般通信系統(tǒng)的工作頻率范圍內(nèi)熱噪聲的頻譜是均勻分布的，所以熱噪聲又常稱為白噪聲。由于熱噪聲是由大量自由電子的運動產(chǎn)生的，其統(tǒng)計特性服從高斯分布，故常將熱噪聲稱為高斯白噪聲。所以本次設計中模擬信道噪聲可以用MATLAB軟件加入一個隨機的高斯白噪聲在復用信號中。三 設計內(nèi)容濾波 產(chǎn)生三個不同頻段的信號

24、 濾波器設計 信號疊加 進行DFT變換 還原出原始信號開始結束3.1 設計流程圖3.2 語音信號的時域和頻域仿真 3.2.1 信號的時域仿真使用MATLAB軟件可以對采集的語音信號進行時域和頻域分析?？梢允褂胹ubplot（m,n,p）或者subplot（m n p）將多個圖畫到一個平面上的工具。其中，m表示是圖排成m行，n表示圖排成n列，也就是整個figure中有n個圖是排成一行的，一共m行，p則是指要把曲線畫到figure中哪個圖上。MATLAB中繪圖命令plot(x,y)，其含義是以x為橫坐標，y為縱坐標，繪制圖形?？傻玫饺鐖D（9）所示的時域分析圖圖9 聲音樣本的時域分析3.2.2信號頻

25、域仿真頻域分析主要是將3個聲音樣本信號sd1、sd2和sd3用MATLAB軟件進行快速傅里葉變換后，再畫出3個信號的頻譜圖。其中快速傅里葉變換可以直接用MATLAB中的fft命令，然后通過abs得到經(jīng)過快速傅里葉變換后信號的振幅。最后用MATLAB中stem命令對于得到的離散序列實現(xiàn)其頻譜圖的繪制?？梢缘玫饺鐖D（10）所示的聲音信號頻譜分析圖。3.3 復用信號的頻譜仿真在MATLAB軟件中將采樣的3路語音信號經(jīng)過混頻處理得到3路已調(diào)信號x1、x2和x3，再通過加法器將3路信號變?yōu)橐宦窂陀眯盘杝，通過MATLAB軟件中stem(t,abs(fft(s),'.')命令對復用信號s進

26、行了頻譜分析，其頻譜分析如圖（11）所示。圖10 聲音樣本的頻譜分析圖11 復用信號的頻譜分析3.4傳輸信號的仿真我們都知道FDMA通信系統(tǒng)的復用信號傳輸是通過空氣介質(zhì)傳輸?shù)?，復用信號在空氣傳輸中會有很多的噪聲，其中主要是以高斯白噪聲為主，所以在信號傳輸?shù)脑O計仿真中，主要對復用信號加入高斯白噪聲。在MATLAB中可以通過awgn函數(shù)在某一信號中加入高斯白噪聲，其調(diào)用方式為：y = awgn(x,SNR)，其意義是在信號x中加入高斯白噪聲；信噪比SNR以dB為單位，x的強度假定為0dBW。如果x是復數(shù)，就加入復噪聲。通過前面的調(diào)制和信號復用設計后，得到了復用信號s，使用MATLAB中的awgn函

27、數(shù)加入高斯白噪聲后復用信號變?yōu)閥s。為了使后面能夠較好的恢復語音信號，所以在這里加入白噪聲時，信噪比不能設置的太小。仿真發(fā)現(xiàn)大于20dB時失真比較小。圖（12）為加入高斯白噪聲后，復用信號ys的頻譜圖。圖12 加入高斯白噪聲后復用信號的頻譜分析3.5 解調(diào)信號的頻譜仿真 信號解調(diào)前，首先通過3個帶通濾波器對復用信號s進行濾波，得到3路調(diào)制的語音信息y1、y2和y3，然后在對這三路信號進行解調(diào)，解調(diào)過程與調(diào)制的過程相同，使用與原來調(diào)制載波相同的信號分別與濾波后的3路信號相乘。得到3路解調(diào)信號y01、y02和y03。然后對各路信號使用MATLAB軟件中的快速傅里葉變換函數(shù)fft進行變換，并通過MA

28、TLAB軟件，得到的3路解調(diào)信號的頻譜如圖（13）所示。圖13 解調(diào)后信號的頻譜圖3.6恢復信號的時域與頻域仿真語音信號的恢復就是將前面解調(diào)所得到的3路信號y01、y02和y03再通過低通濾波器使用filter函數(shù)濾波后，分別得到3路恢復的語音信號。然后調(diào)用MATLAB中的plot(t,yy1)函數(shù)和subplot函數(shù)對恢復的3路語音信號進行時域分析，其時域分析波形如圖（14）所示。圖14 恢復信號的時域波形圖15 恢復信號的頻譜圖同樣調(diào)用MATLAB中的stem(t,abs(fft(yy1)函數(shù)和subplot函數(shù)對恢復的3路語音信號進行頻譜分析，其頻譜如圖（15）所示。程序的最后為語音的再

29、現(xiàn)，與前面語音播放一樣，可以直接使用MATLAB中wavplay(yy1,fs)函數(shù)對語音1進行播放，其它兩路信號播放方式相同。28總 結本次課程設計中，老師給足了時間，是的我們充分利用了圖書館資源及網(wǎng)絡資源，雖然課程設計中有一定的瑕疵，但還是相對滿意的。經(jīng)過這次課程設計，我不僅復習鞏固了課堂所學的理論知識，還提高了對所學知識的應用。同時，以前課本中沒有弄懂的問題，通過這次課程設計，使我有了更深入的了解。設計過程中，老師悉心輔導，一直參與設計過程中的修改解答，才使得設計圓滿完成。參考文獻1電子技術實驗教程M王紫婷 西南交大出版社 20012通信原理 王福昌 熊兆飛 黃本雄 清華大學出版社 20

30、063MATLAB仿真技術與應用教程 鐘麟 王峰 國防工業(yè)出版社 20034MATLAB通信仿真與技術應用劉敏 魏玲 國防工業(yè)出版社 20015數(shù)字通信原理與技術（第二版） 王興亮西安電子科技大學出版社 20006徐炳祥等通信原理(第5版) 樊昌信 北京國防工業(yè)出版社 2005附 錄MATLAB仿真程序%（1）獲取錄音文件 pause fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1Khz duration=3; %錄音時間為3s fprintf('按任意鍵開始錄音1：n'); pause fprintf('錄音中···n'); sd

31、1=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次獲得總的采樣數(shù)為132300，保存聲音文件名為sd1 fprintf('放音中···n'); wavplay(sd1,fs); fprintf('錄音1播放完畢。n'); wavwrite(sd1,fs,'sound1.wav'); %將錄音文件保存為WAV格式的聲音文件 fprintf('按任意鍵開始錄音2：n'); pause fprintf('錄音中···n');

32、sd2=wavrecord(duration*fs,fs); fprintf('放音中···n'); wavplay(sd2,fs); fprintf('錄音2播放完畢。n'); wavwrite(sd2,fs,'sound2.wav'); fprintf('按任意鍵開始錄音3：n'); pause fprintf('錄音中···n'); sd3=wavrecord(duration*fs,fs); fprintf('放音中··

33、·n'); wavplay(sd3,fs); fprintf('錄音3播放完畢。n'); wavwrite(sd3,fs,'sound3.wav');%（2）聲音樣本的時域和頻域分析 fprintf('按任意鍵開始聲音樣本的時域分析：n'); pause fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1Khz duration=3; t=0:duration*fs-1; %總的采樣數(shù) sd1,fs=wavread('sound1.wav'); %打開保存的錄音文件 sd2,fs=wavread('sound

34、2.wav'); sd3,fs=wavread('sound3.wav'); figure(1) %圖一為三個聲音樣本的時域波形 subplot(311) plot(t,sd1);xlabel('單位：s');ylabel('幅度'); title('三個聲音樣本的時域波形'); subplot(312) plot(t,sd2);xlabel('單位：s');ylabel('幅度'); subplot(313) plot(t,sd3);xlabel('單位：s');ylabe

35、l('幅度'); fprintf('按任意鍵開始聲音樣本的頻域分析：n'); pause figure(2) %圖二為三個聲音樣本的頻譜分析 subplot(311) stem(t,abs(fft(sd1),'.'); %fft對聲音信號進行快速傅里葉變換xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度'); title('三個聲音樣本的頻譜分析'); subplot(312) stem(t,abs(fft(sd2),'.');xlabel('單位：Hz');yl

36、abel('幅度'); subplot(313) stem(t,abs(fft(sd3),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度'); %（3）調(diào)制，將三個聲音信號用高頻載波進行調(diào)制 fprintf('按任意鍵開始信號的調(diào)制和復用信號頻域分析：n'); pause x1=4*sd1'.*cos(2*pi*4000*t/fs); x2=4*sd2'.*cos(2*pi*11000*t/fs); x3=4*sd3'.*cos(2*pi*18000*t/fs); s=x1+

37、x2+x3; figure(3) stem(t,abs(fft(s),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度'); title('復用信號的頻譜分析'); %（4）信號傳輸仿真設計 fprintf('按任意鍵開始信道仿真設計：n'); %加入高斯白噪聲 pause ys=awgn(s,20); snr=10*log10(s*s')/(s-ys)*(s-ys)'); snr %計算信噪比 figure(4) stem(t,abs(fft(ys),'.');xla

38、bel('單位：Hz');ylabel('幅度'); title('加入高斯白噪聲后復用信號的頻譜分析'); %（5）帶通濾波器的設計 fprintf('按任意鍵開始帶通濾波器的設計：n'); pause Rp=0.5; Rs=40; Wp1=4000 8000/22050; Ws1=3800 8500/22050; 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

39、+eps)/max(mag1); Wp2=9000 13000/22050; Ws2=8000 14000/22050; 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=14500 18500/22050; Ws3=14000 19000/22050; n3,Wn3=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs); b3,a3=cheby2(n3,Rs,Wn3); h3,w3=freqz

40、(b3,a3); mag3=abs(h3); db3=20*log10(mag3+eps)/max(mag3); figure(5); subplot(3,1,1); plot(w1/pi,db1);axis(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); title('用切比雪夫2型設計三個帶通濾波器'); subplot(3,1,2); plot(w2/pi,db2);axis(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ej

41、w)|'); subplot(3,1,3); plot(w3/pi,db3);axis(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); y1=filter(b1,a1,ys); y2=filter(b2,a2,ys); y3=filter(b3,a3,ys); %(6)解調(diào) fprintf('按任意鍵開始信號的解調(diào)和3路信號頻域分析：n'); pause fs=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('單位：Hz');ylabel('幅度'); title('解調(diào)后的3路信號各自的頻譜圖'); subplot(312) stem(t,abs(fft(y02),'.&#