頻分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

1、信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)任務(wù)書(shū)學(xué)生姓名： 黃在勇 專業(yè)班級(jí)： 通信1104班 指導(dǎo)教師： 周建新 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 頻分復(fù)用 初始條件：Matlab軟件、信號(hào)與系統(tǒng)、通信處理等。要求完成的主要任務(wù): 根據(jù)頻分復(fù)用的通信原理，用matlab采集兩路以上的信號(hào)（如語(yǔ)音信號(hào)），選擇合適的高頻載波進(jìn)行調(diào)制，得到復(fù)用信號(hào)。然后設(shè)計(jì)合適的帶通濾波器、低通濾波器，從復(fù)用信號(hào)中恢復(fù)出所采集的語(yǔ)音信號(hào)。設(shè)計(jì)中各個(gè)信號(hào)均需進(jìn)行時(shí)域和頻域的分析。參考書(shū)：1陳慧慧、鄭賓. 頻分多址接入模型設(shè)計(jì)及MATLAB仿真計(jì)算（第三版）. 高等教育出版社，北京: 20002李建新、劉乃安、劉繼平. 現(xiàn)代通信系

2、統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱. 西安電子科技大學(xué)出版社，西安: 20003鄧華等. MATLAB通信仿真及應(yīng)用實(shí)例詳. 人民郵電出版社，北京: 2003時(shí)間安排：1、理論講解，老師布置課程設(shè)計(jì)題目，學(xué)生根據(jù)選題開(kāi)始查找資料；2、課程設(shè)計(jì)時(shí)間為2周。 （1）理解相關(guān)技術(shù)原理，確定技術(shù)方案， 時(shí)間2天； （2）選擇仿真工具，進(jìn)行仿真設(shè)計(jì)與分析，時(shí)間6天； （3）總結(jié)結(jié)果，完成課程設(shè)計(jì)報(bào)告，時(shí)間2天。指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日目 錄摘要IAbstractII1緒論11.1設(shè)計(jì)目的11.2設(shè)計(jì)內(nèi)容21.3設(shè)計(jì)要求22頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型33頻分復(fù)用系統(tǒng)方案設(shè)

3、計(jì)63.1語(yǔ)音信號(hào)采樣63.2語(yǔ)音調(diào)制信號(hào)73.3 系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)83.4信道噪聲94頻分復(fù)用原理實(shí)現(xiàn)與仿真114.1 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域和頻域仿真114.2 復(fù)用信號(hào)的頻譜仿真124.3 傳輸信號(hào)的仿真134.4 解調(diào)信號(hào)的頻譜仿真144.5恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域與頻域仿真165 心得體會(huì)18附錄I 源程序19附錄II 參考文獻(xiàn)24武漢理工大學(xué)信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)報(bào)告摘要在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號(hào)所需的帶寬寬得多。如果一個(gè)信道只傳送一路信號(hào)是非常浪費(fèi)的，為了能夠充分利用信道的帶寬，就可以采用頻分復(fù)用的方法。在頻分復(fù)用系統(tǒng)中，信道的可用頻帶被分成若干個(gè)互不交疊的頻段，每路信

4、號(hào)用其中一個(gè)頻段傳輸，因而可以用濾波器將它們分別濾出來(lái)，然后分別解調(diào)接收。本設(shè)計(jì)是用FFT實(shí)現(xiàn)對(duì)三個(gè)同頻帶信號(hào)的頻分復(fù)用，就是通過(guò)Matlab語(yǔ)言來(lái)實(shí)現(xiàn)的。關(guān)鍵字：頻分復(fù)用 頻段 MatlabAbstractIn the communication system, the channel bandwidth can be provided typically much wider than the bandwidth required to transmit one signal. If a channel signal is transmitted only wasteful way, in

5、 order to take full advantage of the bandwidth of the channel, using frequency division multiplexing can be used for the method.In a frequency division multiplexing system, the available frequency channels are divided into a plurality of mutually non-overlapping bands, each with one of the signal tr

6、ansmission bands, and therefore they can be used to filter out were filtered off, and then demodulates received.This design is used to achieve the three FFT band signal with frequency division multiplexing, is through the Matlab language to achieve.Keywords：Frequency Division Multiplexing Band Matla

7、b 251緒論1.1設(shè)計(jì)目的FDMA（Frequency Division Multiple Access）是數(shù)據(jù)通信中的一種技術(shù)，也是現(xiàn)在移動(dòng)通信中使用最大的一種通信方式。FDMA通信技術(shù)可以使不同的用戶分配在時(shí)隙相同而頻率不同的信道上傳輸。按照這種技術(shù)，把在頻分多路傳輸系統(tǒng)中集中控制的頻段根據(jù)要求分配給用戶。同固定分配系統(tǒng)相比，F(xiàn)DMA使通道容量可根據(jù)要求動(dòng)態(tài)地進(jìn)行交換。FDMA具有以下特點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn) 有效減少多徑及頻率選擇性信道造成接收端誤碼率上升的影響 接收端可利用簡(jiǎn)單一階均衡器補(bǔ)償信道傳輸?shù)氖д?頻譜效率上升缺點(diǎn) 傳送與接收端需要精確的同步 對(duì)于多普勒效應(yīng)頻率漂移敏感 峰均比高 循環(huán)前綴

8、（Cyclic Prefix）造成的負(fù)荷優(yōu)勢(shì) 允許多個(gè)用戶并行傳送低速數(shù)據(jù)流 能夠避免脈沖載波 可以靈活調(diào)整低速率用戶的發(fā)射功率 時(shí)延固定且比較小 簡(jiǎn)化了多址接入的防碰撞實(shí)現(xiàn)機(jī)制 更好地抵御信號(hào)衰落和干擾本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)Matlab軟件對(duì)FDMA系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，可以加深對(duì)FDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)可達(dá)到以下的目的：（1）鞏固課本所學(xué)的有關(guān)理論知識(shí)。（2）加深對(duì)FDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握相關(guān)知識(shí)。（3）掌握帶通濾波器和低通濾波器的設(shè)計(jì)（4）掌握Matlab軟件的基本使用。（5）學(xué)會(huì)運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行一些仿真和設(shè)計(jì)。1.2設(shè)計(jì)內(nèi)容根據(jù)頻分復(fù)用的通信原理，運(yùn)用Matla

9、b軟件采集兩路以上的語(yǔ)音信號(hào)，選擇合適的高頻載波進(jìn)行調(diào)制，得到復(fù)用信號(hào)。然后設(shè)計(jì)必要的帶通濾波器、低通濾波器，從復(fù)用信號(hào)中恢復(fù)所采集的語(yǔ)音信號(hào)。整個(gè)過(guò)程運(yùn)用Matlab進(jìn)行仿真，并對(duì)各個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析。1.3設(shè)計(jì)要求（1）使用Matlab軟件畫(huà)出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。（2）選擇合適的高頻載波，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。（3）使用Matlab軟件畫(huà)出復(fù)用信號(hào)的頻譜圖。（4）設(shè)計(jì)合適的帶通濾波器，并畫(huà)出帶通濾波器的頻率響應(yīng)。（5）對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，畫(huà)出解調(diào)后各路信號(hào)的頻譜圖。（6）設(shè)計(jì)低通濾波器，畫(huà)出低通濾波器的頻率響應(yīng)。恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。2頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型頻分多

10、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(yīng)用于衛(wèi)星通信、移動(dòng)通信、一點(diǎn)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(fù)用（FDM），復(fù)用是一種將若干個(gè)彼此獨(dú)立的信號(hào)合并為一個(gè)可在同一個(gè)信道上傳送的復(fù)合信號(hào)的方法。例如，在電話通信系統(tǒng)中，語(yǔ)音信號(hào)頻譜在3003400Hz內(nèi)，而一條干線的通信資源往往遠(yuǎn)大于傳送一路語(yǔ)音信號(hào)所需的帶寬。這時(shí)，如果用一條干線只傳一路語(yǔ)音信號(hào)會(huì)使資源大大的浪費(fèi)，所以常用的方法是“復(fù)用”，使一條干線上同時(shí)傳輸幾路電話信號(hào)，提高資源利用率。頻分復(fù)用（FDM）是信道復(fù)用按頻率區(qū)分信號(hào)，即將信號(hào)資源劃分為多個(gè)子頻帶，每個(gè)子頻帶占用不同的頻率，如圖2.1

11、所示。然后把需要在同一信道上同時(shí)傳輸?shù)亩鄠€(gè)信號(hào)的頻譜調(diào)制到不同的頻帶上，合并在一起不會(huì)相互影響，并且能再接收端彼此分離開(kāi)。頻分復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)是頻譜搬移技術(shù)，該技術(shù)是用混頻來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；祛l的原理，如圖2.2所示?；祛l過(guò)程的時(shí)域表示式為： （1）圖 2.1 頻分復(fù)用的子頻帶劃分其雙邊帶頻譜結(jié)構(gòu)如圖2.3所示。其中，下邊帶也稱為反轉(zhuǎn)邊帶，從低到高的頻率分量是基帶頻率分量的翻轉(zhuǎn)，雙邊帶頻譜經(jīng)過(guò)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(guò)高通濾波就可以得到上邊帶。圖 2.2 混頻原理圖2.3 雙邊帶頻譜結(jié)構(gòu)從圖2.3可以看出上、下邊帶所包含的信息相同，

12、所以恢復(fù)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(shè)備。線性設(shè)備的輸出與輸入信號(hào)具有相同的頻率成分，只以幅度和相位的不同來(lái)區(qū)分。但是，混頻器所對(duì)應(yīng)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(jìn)行了簡(jiǎn)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(gè)較窄的且互不重疊的子頻帶，每個(gè)用戶分配帶一個(gè)固定子頻帶，按頻帶區(qū)分用戶，如圖2.4所示。信號(hào)調(diào)制到該子頻帶內(nèi)，各用戶信號(hào)同時(shí)傳送，接收時(shí)分別按頻帶提取信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多址通信。所以FDMA實(shí)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(hào)，不需要保護(hù)間隔也能滿足

13、正交分割條件。但是，理想濾波器在工程上是不可能實(shí)現(xiàn)的，則各信號(hào)間總存在一定的相關(guān)性，總會(huì)有一定的干擾。因此各頻帶之間需留有一定的保護(hù)間隔以減少各頻帶之間的串?dāng)_。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(hào)用頻分復(fù)用方式（FDM/FDMA）或一組數(shù)字信號(hào)用時(shí)分復(fù)用方式（TDM/FDMA）占用一個(gè)較寬的頻帶，調(diào)制到相應(yīng)的子頻帶后傳送到同一個(gè)地址。圖2.4 頻分多址的子頻帶劃分通過(guò)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(shí)隙相同而頻率不同的信道上傳輸，其核心的思想是頻分復(fù)用。即不同的信號(hào)運(yùn)用不同的載波進(jìn)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(gè)

14、子信道可以并行傳送一路信號(hào)。而接收端通過(guò)不同的帶通濾波器將各路不同的信號(hào)提取出來(lái)，再通過(guò)解調(diào)和低通濾波器，進(jìn)而恢復(fù)原始信號(hào)。從而可以得到如圖2.5所示的簡(jiǎn)化FDMA通信模型。圖2.5 頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型3頻分復(fù)用系統(tǒng)方案設(shè)計(jì)3.1語(yǔ)音信號(hào)采樣語(yǔ)音信號(hào)的采樣即為信號(hào)的抽樣過(guò)程，是把連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)，其實(shí)質(zhì)就是用一固定頻率的抽樣信號(hào)周期性的讀出或測(cè)量該連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)。設(shè)抽樣信號(hào)的頻率為，則抽樣周期為。抽樣以后的信號(hào)仍為模擬量，只不過(guò)是時(shí)間上離散的脈沖調(diào)制信號(hào)。如圖3.1所示，f(t)為輸入的被抽樣信號(hào)，p(t)為抽樣信號(hào)，而f0(t)為抽樣后輸出信號(hào)。理想的抽樣

15、應(yīng)是沖激序列，但實(shí)際抽樣通常是平頂抽樣或自然抽樣。圖3.1 抽樣過(guò)程波形抽樣的理論基礎(chǔ)是抽煙定理，它說(shuō)明在什么條件下能從抽樣輸出信號(hào)f0(t)中恢復(fù)輸入信號(hào)f(t)。根據(jù)頻譜分析理論，只有抽樣信號(hào)的頻率不發(fā)生重疊現(xiàn)象時(shí)，抽樣的頻譜才能與信號(hào)頻譜相一致。因此，抽樣定理可表述為：為了使抽樣信號(hào)f0(t)能完全恢復(fù)連續(xù)信號(hào)f(t)，抽樣信號(hào)重復(fù)頻率必須大于等于2倍的，為包含任何干擾在內(nèi)的信號(hào)f(t)的最高有效頻率，即 （3）其中，為奈奎斯特頻率。由于實(shí)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(yǔ)音信號(hào)頻譜在3003400Hz內(nèi)，由（3）式可知語(yǔ)音采樣頻率必須大于6.8KHz。在MA

16、TLAB數(shù)據(jù)采集箱中提供語(yǔ)音采集audiorecorder命令，audiorecorder命令利用Windows 音頻輸入設(shè)備記錄聲音,其調(diào)用形式為: recObj=audiorecorder(Fs,nBits,nChannels)利用Windows音頻輸入設(shè)備記錄nBits的音頻采樣, 頻率為Fs Hz ,通道數(shù)為nChannels。采樣值返回到一個(gè)大小為n* nChannels 的矩陣中。其中MATLAB提供的標(biāo)準(zhǔn)音頻采樣頻率有:8000、11025、22050 和44100Hz。為了保證語(yǔ)音的質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)中取語(yǔ)音信號(hào)的采用頻率為44100Hz，該采樣頻率為語(yǔ)音信號(hào)CD音質(zhì)。語(yǔ)音信號(hào)采集

17、后，可以用MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中g(shù)etaudiodata命令保存采集的語(yǔ)音信號(hào)。3.2語(yǔ)音調(diào)制信號(hào)語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制即為頻分復(fù)用的混頻過(guò)程，該過(guò)程關(guān)鍵是對(duì)各路語(yǔ)音信號(hào)載波頻率的選取?；祛l過(guò)程的時(shí)域表示式如前面的（1）式所示，為雙邊帶信號(hào)（DSB），它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍，即調(diào)制后的帶寬為： （4）為了使各個(gè)信號(hào)不會(huì)相互干擾，各個(gè)載頻的間隔既要大于調(diào)制后帶寬B，設(shè)各載波的頻率間隔為，由于，所以 （5）另外，在選取各路信號(hào)載波頻率時(shí)，還需要考慮混疊頻率。所謂混疊頻率，就是當(dāng)利用一個(gè)抽樣頻率為的離散時(shí)間系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)信號(hào)所允許的最高頻率。任何大于的分量都將重疊起來(lái)而不能恢復(fù)，并使正規(guī)頻帶內(nèi)的

18、信號(hào)也變得模糊起來(lái)。根據(jù)抽樣定理可知： （6）由于前面語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率，所以混疊頻率： （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(shè)計(jì)取第1路語(yǔ)音信號(hào)的載波頻率為4000Hz，則第2路信號(hào)的載波頻率為11000Hz，第3路信號(hào)的載波頻率為18000Hz。同時(shí)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3.2所示的頻譜結(jié)構(gòu)。圖3.2 三路語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制后頻譜結(jié)構(gòu)3.3 系統(tǒng)的濾波器設(shè)計(jì)本次設(shè)計(jì)中有3路語(yǔ)音信號(hào)，所以在接收端要設(shè)計(jì)3個(gè)帶通濾波器，為了達(dá)到較好的效果，將采用切比雪夫2型濾波器。使用MATLAB設(shè)計(jì)

19、切比雪夫2型濾波器只需要確定濾波器的4個(gè)參數(shù)即可設(shè)計(jì)出所需要的濾波器。這4個(gè)參數(shù)分別為：通帶區(qū)最大衰減系數(shù)Rp、阻帶區(qū)最小衰減系數(shù)Rs、通帶邊界頻率歸一化值Wp和阻帶邊界頻率歸一化值Ws。其中當(dāng)時(shí)，為高通濾波器；當(dāng)和為二元矢量時(shí)，為帶通或帶阻濾波器。本次設(shè)計(jì)中可取最大衰減系數(shù)Rp為0.5dB，阻帶區(qū)最小衰減系數(shù)Rs 為40dB。3個(gè)帶通濾波器分別要濾出3路語(yǔ)音信號(hào)，其通頻帶要依據(jù)先前選定的載波頻率和采樣頻率而定，可以濾出上邊頻，也可以濾出下邊頻，在這里將濾出上邊頻。而在信號(hào)的調(diào)制設(shè)計(jì)時(shí)，所選擇的3路語(yǔ)音信號(hào)的載波頻率分別為4000Hz、1100Hz和18000Hz。從圖3.2可以得出，當(dāng)語(yǔ)音信

20、號(hào)的載波頻率為4000Hz，可取切比雪夫2型濾波器的通帶邊界頻率為4200 7500；濾波器的阻帶邊界頻率為4100 7600。設(shè)計(jì)的是帶通濾波器，所以通帶邊界頻率Wp和阻帶邊界頻率Ws為二元矢量。信號(hào)的采樣頻率為44100Hz時(shí)，可取通帶的邊界頻率Wp1和阻帶的邊界頻率Ws1分別為：Wp1=4200 7500/22050Ws1=4100 7600/22050在確定了帶通濾波器的4個(gè)參數(shù)后，使用MATLAB軟件中的cheb2ord函數(shù)可以求出第一個(gè)濾波器的最小階數(shù)n和截止頻率Wn (單位為弧度/秒)。其該函數(shù)的調(diào)用形式為： （8）通過(guò)式（8）得到了濾波器的最小階數(shù)n和截止頻率Wn后，再調(diào)用MA

21、TLAB軟件中的cheby2函數(shù)，進(jìn)一步求出濾波器傳遞函數(shù)的分子系數(shù)b和濾波器傳遞函數(shù)的分母系數(shù)a。該函數(shù)的調(diào)用形式為： （9）通過(guò)式（9）所示的函數(shù)得到了濾波器的傳遞函數(shù)的分子系數(shù)b和分母系數(shù)a，最后通過(guò)MATLAB軟件中的filter函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。該函數(shù)調(diào)用形式為： （10）式中的s為被濾波信號(hào)，y為濾波后的信號(hào)。同樣，可以設(shè)計(jì)出其它所需的兩路帶通濾波器和低通濾波器。3.4信道噪聲 信道中存在不需要的電信號(hào)統(tǒng)稱為噪聲。通信系統(tǒng)中的噪聲是疊加在信號(hào)上的，沒(méi)有傳輸信號(hào)時(shí)通信系統(tǒng)中也有噪聲，噪聲是永遠(yuǎn)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?yàn)樗钳B加在信號(hào)之上

22、的。最基本的調(diào)制信道有一對(duì)輸入端和一對(duì)輸出端，其輸入端信號(hào)電壓和輸出端電壓間的關(guān)系可以用下式表示： （11）式中：為信道輸入端信號(hào)電壓；為信道輸出端得信號(hào)電壓；為噪聲電壓。由于信道中的噪聲是疊加在信號(hào)上的，而且無(wú)論有無(wú)信號(hào)，噪聲是始終存在的。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，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(guān)系。所以在信道數(shù)學(xué)分析時(shí)，可以假設(shè)，即信道的作用相當(dāng)于對(duì)輸入信號(hào)乘一個(gè)系數(shù)。這樣，式（11）就可以改寫(xiě)為： （12）式（12）就是調(diào)制信道的一般數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)模型圖可以圖3.3所示。是一個(gè)很復(fù)雜的函數(shù)，它反映信道的特征。一般說(shuō)來(lái)，它是時(shí)間t的函數(shù)。圖3.3 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型噪

23、聲又可以分為認(rèn)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(yùn)動(dòng)產(chǎn)生的，其統(tǒng)計(jì)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(shè)計(jì)中模擬信道噪聲可以用MATLAB軟件加入一個(gè)隨機(jī)的高斯白噪聲在復(fù)用信號(hào)中。4頻分復(fù)用原理實(shí)現(xiàn)與仿真 4.1 語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域和頻域仿真 （1）信號(hào)的時(shí)域仿真使用MATLAB軟件可以對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析?？梢允褂胹ubplot（m,n,p）或者subplot（m n p）將多個(gè)圖畫(huà)到一個(gè)平面上的工具。其

24、中，m表示是圖排成m行，n表示圖排成n列，也就是整個(gè)figure中有n個(gè)圖是排成一行的，一共m行，p則是指要把曲線畫(huà)到figure中哪個(gè)圖上。MATLAB中繪圖命令plot(x,y)，其含義是以x為橫坐標(biāo)，y為縱坐標(biāo)，繪制圖形?？傻玫饺鐖D4.1所示的時(shí)域分析圖。圖4.1 聲音樣本的時(shí)域波形（2）信號(hào)頻域仿真頻域分析主要是將3個(gè)聲音樣本信號(hào)sound1、sound2和sound3用MATLAB軟件進(jìn)行快速傅里葉變換后，再畫(huà)出3個(gè)信號(hào)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(guò)abs得到經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換后信號(hào)的振幅。最后用MATLAB中stem命令對(duì)于得到的離散序列

25、實(shí)現(xiàn)其頻譜圖的繪制。部分代碼如下：stem(t,abs(fft(sound1),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('三個(gè)聲音樣本的頻譜分析'); subplot(312)stem(t,abs(fft(sound2),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(sound3),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel(

26、'幅度');仿真得到如圖4.2所示的聲音信號(hào)頻譜分析圖。圖4.2 聲音樣本的頻譜4.2 復(fù)用信號(hào)的頻譜仿真在MATLAB軟件中將采樣的3路語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻處理得到3路已調(diào)信號(hào)x1、x2和x3，再通過(guò)加法器將3路信號(hào)變?yōu)橐宦窂?fù)用信號(hào)s，通過(guò)MATLAB軟件中stem(t,abs(fft(s),'.')命令對(duì)復(fù)用信號(hào)s進(jìn)行了頻譜分析。部分代碼如下：x1=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

27、/fs); s=x1+x2+x3;figure(3)stem(t,abs(fft(s),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('復(fù)用信號(hào)的頻譜分析');其頻譜分析如圖4.3所示。圖4.3 復(fù)用信號(hào)頻譜4.3 傳輸信號(hào)的仿真我們都知道FDMA通信系統(tǒng)的復(fù)用信號(hào)傳輸是通過(guò)空氣介質(zhì)傳輸?shù)?，?fù)用信號(hào)在空氣傳輸中會(huì)有很多的噪聲，其中主要是以高斯白噪聲為主，所以在信號(hào)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)仿真中，主要對(duì)復(fù)用信號(hào)加入高斯白噪聲。在MATLAB中可以通過(guò)awgn函數(shù)在某一信號(hào)中加入高斯白噪聲，其調(diào)用方式為：y = a

28、wgn(x,SNR)，其意義是在信號(hào)x中加入高斯白噪聲；信噪比SNR以dB為單位，x的強(qiáng)度假定為0dBW。如果x是復(fù)數(shù)，就加入復(fù)噪聲。通過(guò)前面的調(diào)制和信號(hào)復(fù)用設(shè)計(jì)后，得到了復(fù)用信號(hào)s，使用MATLAB中的awgn函數(shù)加入高斯白噪聲后復(fù)用信號(hào)變?yōu)閥s。為了使后面能夠較好的恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)，所以在這里加入白噪聲時(shí)，信噪比不能設(shè)置的太小。仿真發(fā)現(xiàn)大于20dB時(shí)失真比較小。圖4.4為加入高斯白噪聲后，復(fù)用信號(hào)ys的頻譜圖。圖4.4 加入高斯白噪聲后復(fù)用信號(hào)的頻譜4.4 解調(diào)信號(hào)的頻譜仿真先用切比雪夫2型設(shè)計(jì)3個(gè)帶通濾波器，如圖4.5所示。信號(hào)解調(diào)前，首先通過(guò)3個(gè)帶通濾波器對(duì)復(fù)用信號(hào)s進(jìn)行濾波，得到3路調(diào)制

29、的語(yǔ)音信息y1、y2和y3，然后在對(duì)這三路信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)過(guò)程與調(diào)制的過(guò)程相同，使用與原來(lái)調(diào)制載波相同的信號(hào)分別與濾波后的3路信號(hào)相乘。得到3路解調(diào)信號(hào)y01、y02和y03。然后對(duì)各路信號(hào)使用MATLAB軟件中的快速傅里葉變換函數(shù)fft進(jìn)行變換，并通過(guò)MATLAB軟件，得到的3路解調(diào)信號(hào)的頻譜如圖4.6所示。圖4.5 帶通濾波器圖4.6 解調(diào)后的信號(hào)頻譜4.5恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域與頻域仿真先設(shè)計(jì)低通濾波器，然后再用其對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)。低通濾波器的頻率響應(yīng)如圖4.7所示。語(yǔ)音信號(hào)的恢復(fù)就是將前面解調(diào)所得到的3路信號(hào)y01、y02和y03再通過(guò)低通濾波器使用filter函數(shù)濾波后，分別得到3路恢復(fù)

30、的語(yǔ)音信號(hào)。然后調(diào)用MATLAB中的plot(t,yy1)函數(shù)和subplot函數(shù)對(duì)恢復(fù)的3路語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，其時(shí)域分析波形如圖4.8所示。圖4.7 低通濾波器圖4.8 恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形同樣調(diào)用MATLAB中的stem(t,abs(fft(yy1)函數(shù)和subplot函數(shù)對(duì)恢復(fù)的3路語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，其頻譜如圖4.9所示。圖4.9 恢復(fù)信號(hào)的頻譜5 心得體會(huì) 經(jīng)這次課程設(shè)計(jì)，我不僅復(fù)習(xí)鞏固了課堂所學(xué)的理論知識(shí)，還提高了對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用。同時(shí)，在以前課本學(xué)習(xí)中沒(méi)有弄懂的問(wèn)題，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我都有了更深入的理解。比如通信原理中的時(shí)域采樣定理、濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)不斷的修

31、改調(diào)試，在MATLAB上仿真頻分多址通信技術(shù)取得了較好的效果。錄音的聲音再經(jīng)過(guò)調(diào)試和解調(diào)后的信號(hào)與原來(lái)相比較為接近。我覺(jué)得仿真的成功關(guān)鍵在于載波頻率的選擇以及帶通和低通濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)。另外在低通濾波階段，得到的恢復(fù)信號(hào)與原始信號(hào)基本一致，但是在t=0附近有所失真，這是由于頻譜混疊所致，各信號(hào)頻譜混疊部分均為高頻部分，恢復(fù)信號(hào)在附近的波峰變換最快。即頻率最高的區(qū)域，引起高頻部分失真，這是因?yàn)殇浺羝陂g引入頻率高于語(yǔ)音信號(hào)的噪聲，所以如果在完全無(wú)噪音的環(huán)境中進(jìn)行錄音，可得無(wú)失真的恢復(fù)信號(hào)。仿真結(jié)果分析表明，信號(hào)在頻分復(fù)用時(shí)還存在著頻間干擾的問(wèn)題，對(duì)此，采用了適當(dāng)加大采樣頻率的方法，在較大程度上使該

32、問(wèn)題得以解決至于完全消除頻譜間的干擾，還有待進(jìn)一步研究與完善。附錄I 源程序fprintf('仿真開(kāi)始n');%采集3路聲音樣本信號(hào)pausefs=44100;fprintf('按任意鍵開(kāi)始錄音1：n');pauserecObj=audiorecorder(fs,16,1);%get(recObj);sd1=recObj;disp('錄音中');recordblocking(sd1,3);disp('放音中');player=audioplayer(sd1);playblocking(player); disp('錄音1播

33、放結(jié)束');sound1=getaudiodata(sd1);fprintf('n'); fprintf('按任意鍵開(kāi)始錄音2：n');pausesd2=recObj;disp('錄音中');recordblocking(sd2,3);disp('放音中');player=audioplayer(sd2);playblocking(player);disp('錄音2播放結(jié)束');sound2=getaudiodata(sd2);fprintf('n'); fprintf('按任意鍵開(kāi)

34、始錄音3：n');pausesd3=recObj;disp('錄音中');recordblocking(sd3,3);disp('放音中');player=audioplayer(sd3);playblocking(player);disp('錄音3播放結(jié)束');sound3=getaudiodata(sd3);fprintf('n'); %聲音樣本的時(shí)域和頻域分析fprintf('按任意鍵開(kāi)始聲音樣本的時(shí)域分析：n'); pausefs=44100; duration=3;t=0:duration*fs-

35、1; figure(1) subplot(311) %三個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形plot(t,sound1);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');title('三個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形');subplot(312)plot(t,sound2);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');subplot(313)plot(t,sound3);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');fprintf('n'); fprintf(&#

36、39;按任意鍵開(kāi)始聲音樣本的頻域分析：n'); pausefigure(2) %三個(gè)聲音樣本的頻譜分析 subplot(311) %fft對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換stem(t,abs(fft(sound1),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('三個(gè)聲音樣本的頻譜分析'); subplot(312)stem(t,abs(fft(sound2),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(3

37、13)stem(t,abs(fft(sound3),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');fprintf('n'); %調(diào)制，將三個(gè)聲音信號(hào)用高頻載波進(jìn)行調(diào)制fprintf('按任意鍵開(kāi)始信號(hào)的調(diào)制和復(fù)用信號(hào)頻域分析：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+x

38、3;figure(3)stem(t,abs(fft(s),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('復(fù)用信號(hào)的頻譜分析');fprintf('n'); %信號(hào)傳輸仿真設(shè)計(jì)fprintf('按任意鍵開(kāi)始信道仿真設(shè)計(jì)：n'); pauseys=awgn(s,20); %加入高斯白噪聲snr=10*log10(s*s')/(s-ys)*(s-ys)');%計(jì)算信噪比 figure(4)stem(t,abs(fft(ys),'.');x

39、label('單位：Hz');ylabel('幅度');title('加入高斯白噪聲后復(fù)用信號(hào)的頻譜分析');fprintf('n'); %帶通濾波器的設(shè)計(jì)fprintf('按任意鍵開(kāi)始帶通濾波器的設(shè)計(jì)：n'); pauseRp=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*l

40、og10(mag1+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(b3

41、,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(shè)計(jì)三個(gè)帶通濾波器');subplot(3,1,2);plot(w2/pi,db2);axis(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');s

42、ubplot(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);fprintf('n'); %解調(diào)fprintf('按任意鍵開(kāi)始信號(hào)的解調(diào)和解調(diào)后信號(hào)頻域分析：n'); pausefs=44100;y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs);y02=y2.*cos(2*pi*11000*t/fs)

43、;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(hào)各自的頻譜圖');subplot(312)stem(t,abs(fft(y02),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(y03),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');fprintf('n'); %低通濾波器設(shè)計(jì)fprintf('按任意鍵開(kāi)始低通濾波器的設(shè)計(jì)：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*