信息處理課群課程

1、武漢理工大學(xué)信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計 報告書 II武漢理工大學(xué)信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計報告書 課程設(shè)計任務(wù)書學(xué)生姓名： 專業(yè)班級： 指導(dǎo)教師： 工作單位： 信息工程學(xué)院 題 目: 頻分復(fù)用初始條件：具備數(shù)字信號處理，通信原理，Matlab等學(xué)科的知識。要求完成的主要任務(wù): 用Matlab采集兩路以上的信號（如語音信號），選擇合適的高頻載波進(jìn)行調(diào)制，得到復(fù)用信號。然后設(shè)計合適的帶通濾波器、低通濾波器，從復(fù)用信號中恢復(fù)出所采集的語音信號。設(shè)計中各個信號均需進(jìn)行時域和頻域的分析。用Matlab做出采樣之后信號的時域和頻域波形圖選擇合適的高頻載波，得到復(fù)用信號，并做出其頻譜圖設(shè)計合適的帶通濾波器，

2、并畫出帶通濾波器的頻率響應(yīng)圖對濾波后的信號進(jìn)行解調(diào)，畫出解調(diào)后各路信號的頻譜圖設(shè)計合適的低通濾波器，畫出低通濾波器的頻率響應(yīng)，做出恢復(fù)后信號的時域和頻域波形圖。時間安排： 第19周 周一、周二共2天，查找資料，了解相關(guān)專業(yè)知識第19周 周三、周四共2天，根據(jù)已有專業(yè)知識，設(shè)計流程圖第19周 周五、周六、周日共3天，根據(jù)流程圖設(shè)計，進(jìn)行代碼編寫第20周 周一、周二、周三共3天，進(jìn)行系統(tǒng)仿真及調(diào)試第20周 周四進(jìn)行最后的整理工作，撰寫課程設(shè)計報告第20周 周五（2014年7月4日）完成課設(shè)答辯（答辯，提交報告，演示）指導(dǎo)教師簽名： 年 月 日系主任（或責(zé)任教師）簽名： 年 月 日 I摘 要本文介紹

3、了基于MATLAB仿真的頻分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計。系統(tǒng)利用MATLAB函數(shù)采集三路語音信號，分別以4000Hz、11000Hz、18000Hz高頻載波進(jìn)行DSB調(diào)制，經(jīng)加法器將三路信號相加得到復(fù)用信號。在接收端以橢圓濾波器進(jìn)行帶通和低通濾波，從復(fù)用信號中恢復(fù)出所采集的語音信號。以MATLAB自帶的信號處理函數(shù)對各個信號進(jìn)行時域和頻域仿真。仿真結(jié)果表明各項波形顯示正確，錄音的聲音在經(jīng)過調(diào)制和解調(diào)后的信號與原來相比較為接近，達(dá)到預(yù)期效果。關(guān)鍵詞：MATLAB、DSB、橢圓濾波器、頻分復(fù)用AbstractThis article describes the frequency division multip

4、lexing system design based on MATLAB simulation. MATLAB functions were used to collected three way of speech signal. 4000Hz, 11000Hz and 18000Hz high-frequency carrier were brought in respectively to conduct DSB modulation. And the three-way signal multiplexed signal was obtained by adding an Adder.

5、 At the receiving end, elliptical band pass filter and low-pass filter were used to restore the voice signal from the acquired multiplexed signal. Signal processing functions of MATLAB were employed in time domain and frequency domain simulation. Simulation results show the waveform display correctl

6、y, sound recordings through modulating and demodulated signal compared with the original closer, and achieved the desired effect.Keywords：MATLAB 、DSB、 Elliptic filter、FDM目 錄 TOC o 1-3 h z u HYPERLINK l _Toc391623761 摘 要 PAGEREF _Toc391623761 h I HYPERLINK l _Toc391623762 Abstract PAGEREF _Toc3916237

7、62 h II HYPERLINK l _Toc391623763 1 設(shè)計任務(wù)及要求 PAGEREF _Toc391623763 h 1 HYPERLINK l _Toc391623764 1.1 設(shè)計任務(wù) PAGEREF _Toc391623764 h 1 HYPERLINK l _Toc391623765 1.2 設(shè)計要求 PAGEREF _Toc391623765 h 1 HYPERLINK l _Toc391623766 2 系統(tǒng)原理及方案設(shè)計 PAGEREF _Toc391623766 h 2 HYPERLINK l _Toc391623767 2.1 FDM系統(tǒng)模型 PAGERE

8、F _Toc391623767 h 2 HYPERLINK l _Toc391623768 2.2 語音信號采樣 PAGEREF _Toc391623768 h 3 HYPERLINK l _Toc391623771 2.3調(diào)制與解調(diào) PAGEREF _Toc391623771 h 4 HYPERLINK l _Toc391623774 2.4濾波器設(shè)計 PAGEREF _Toc391623774 h 6 HYPERLINK l _Toc391623777 2.5 信道噪聲 PAGEREF _Toc391623777 h 8 HYPERLINK l _Toc391623778 3 Matlab

9、仿真 PAGEREF _Toc391623778 h 10 HYPERLINK l _Toc391623779 3.1 語音信號的時域和頻域仿真 PAGEREF _Toc391623779 h 10 HYPERLINK l _Toc391623780 3.2 復(fù)用信號的頻譜仿真 PAGEREF _Toc391623780 h 11 HYPERLINK l _Toc391623781 3.3 加入噪聲的復(fù)用信號頻譜仿真 PAGEREF _Toc391623781 h 11 HYPERLINK l _Toc391623782 3.4 帶通濾波器仿真 PAGEREF _Toc391623782 h

10、12 HYPERLINK l _Toc391623783 3.5 解調(diào)信號的頻譜仿真 PAGEREF _Toc391623783 h 12 HYPERLINK l _Toc391623784 3.6 低通濾波器仿真 PAGEREF _Toc391623784 h 13 HYPERLINK l _Toc391623785 3.7恢復(fù)信號的時域與頻域仿真 PAGEREF _Toc391623785 h 13 HYPERLINK l _Toc391623786 4 心得體會 PAGEREF _Toc391623786 h 17 HYPERLINK l _Toc391623787 參考文獻(xiàn) PAGER

11、EF _Toc391623787 h 18 HYPERLINK l _Toc391623788 附錄 PAGEREF _Toc391623788 h 19 11 設(shè)計任務(wù)及要求1.1 設(shè)計任務(wù)根據(jù)頻分復(fù)用的通信原理，運用Matlab軟件采集兩路以上的語音信號，選擇合適的高頻載波進(jìn)行調(diào)制，得到復(fù)用信號。然后設(shè)計必要的帶通濾波器、低通濾波器，從復(fù)用信號中恢復(fù)所采集的語音信號。整個過程運用Matlab進(jìn)行仿真，并對各個信號進(jìn)行時域和頻域分析。1.2 設(shè)計要求（1）使用Matlab軟件畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖。（2）選擇合適的高頻載波，對采樣信號進(jìn)行調(diào)制。（3）使用Matlab軟件畫出復(fù)用

12、信號的頻譜圖。（4）設(shè)計合適的帶通濾波器，并畫出帶通濾波器的頻率響應(yīng)。（5）對濾波后的信號進(jìn)行解調(diào)，畫出解調(diào)后各路信號的頻譜圖。（6）設(shè)計低通濾波器，畫出低通濾波器的頻率響應(yīng)?；謴?fù)信號的時域波形和頻譜圖。2 系統(tǒng)原理及方案設(shè)計2.1 FDM系統(tǒng)模型“復(fù)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傳輸?shù)膹?fù)合信號的方法。比如,在電話系統(tǒng)中,傳輸?shù)恼Z言信號的頻譜一般在3003400Hz內(nèi)。為了使若干個這種信號能在同一信道上傳輸,可以使它們的頻譜調(diào)制到不同的頻段,合并在一起而不相互影響,并能在接 收端彼此分離開來。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(yīng)用于衛(wèi)

13、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(fù)用（FDM），復(fù)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(fù)合信號的方法。圖2-1頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型頻分復(fù)用（FDM）是信道復(fù)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。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。 2.2 語音信號采樣2.2.1 抽樣過程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(zhuǎn)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(shè)抽樣信號的頻率為，則抽樣周期為。抽樣以

14、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，為輸入的被抽樣信號，為抽樣信號，而為抽樣后輸出信號。理想的抽樣應(yīng)是沖激序列，但實際抽樣通常是平頂抽樣或自然抽樣。圖2-2 實際抽樣過程2.2.2 抽樣定理抽樣的理論基礎(chǔ)是抽樣定理，它說明在什么條件下能從抽樣輸出信號中恢復(fù)輸入信號。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(fù)連續(xù)信號，抽樣信號重復(fù)頻率必須大于等于2倍的，為包含任何干擾在內(nèi)的信號的最高有效頻率，即 （式-1）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

15、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集wavrecord命令，wavrecord命令利用Windows 音頻輸入設(shè)備記錄聲音,其調(diào)用形為:wavrecord(n ,fs ,ch)。利用Windows音頻輸入設(shè)備記錄個音頻采樣, 頻率為 Hz ,通道數(shù)為ch。采樣值返回到一個大小為的矩陣中。缺省時, =11025 ,=1。其中MATLAB提供的標(biāo)準(zhǔn)音頻采樣頻率有:8000、11025、22050 和44100Hz。為了保證語音的質(zhì)量，本次設(shè)計中取語音信號的采用頻率為44100Hz，

16、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。2.3調(diào)制與解調(diào)2.3.1 語音信號調(diào)制本系統(tǒng)采用抑制載波雙邊帶調(diào)制，即 DSB。其模型如圖2-3 所示。 圖2-3 DSB調(diào)制器模型假定調(diào)制信號的平均值為0，與載波相乘，即可形成DSB信號，其時域表達(dá)式為 （式-2）式中，的平均值為0。DSB的頻譜為 （式-3） 它的帶寬是基帶信號帶寬的2倍，即調(diào)制后的帶寬為： （式-4）DSB信號的帶寬與AM信號的帶寬相同，也為基帶信號帶寬的兩倍。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(shè)各載波的頻率間隔為，由于，所以

17、 （式-5）另外，在選取各路信號載波頻率時，還需要考慮混疊頻率。等步長離散采樣一定會產(chǎn)生頻率混疊現(xiàn)象。采樣頻率小于模擬信號中所要分析的最高分量的頻率的2倍，就會發(fā)生。任何大于的分量都將重疊起來而不能恢復(fù)，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： （式-6）由于前面語音信號采樣頻率，所以混疊頻率： （式-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

18、頻原理，可以得到如圖2-4所示的頻譜結(jié)構(gòu)。圖2-4 三路語音信號調(diào)制后頻譜結(jié)構(gòu)2.3.2 語音信號解調(diào)圖2-5 DSB調(diào)制器模型輸入為DSB信號 (式-8)乘法器輸出為 (式-9)通過低通濾波器后 (式-10)2.4濾波器設(shè)計2.4.1 濾波器選型實際濾波器由于電路實現(xiàn)的限制，只能在某方面（通帶特性、阻帶特性、衰減特性、相位特性等）逼近理想濾波器。常用抗混濾波器有橢圓濾波器、巴特沃斯濾波器、切比雪夫濾波器。下面對這三種濾波器比較并確定本設(shè)計的濾波器。 HYPERLINK /search?word=%E5%B7%B4%E7%89%B9%E6%B2%83%E6%96%AF%E6%BB%A4%E6%

19、B3%A2%E5%99%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 巴特沃斯濾波器：具有單調(diào)下降的幅頻特性；通帶、阻帶均無波動，結(jié)構(gòu)簡單；缺點：帶外衰減速度較慢。用于要求不高的場所； HYPERLINK /search?word=%E6%A4%AD%E5%9C%86%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 橢圓濾波器：通帶和阻帶都有波動起伏，其特征可用 HYPERLINK /search?word=%E6%A4%AD%E5%9C%86%E5%87%BD%E6%95%B0&fr=qb_

20、search_exp&ie=utf8 t _blank 橢圓函數(shù)表示，結(jié)構(gòu)復(fù)雜；優(yōu)點：邊帶截至率可以做的很陡峭； HYPERLINK /search?word=%E5%88%87%E6%AF%94%E9%9B%AA%E5%A4%AB%E6%BB%A4%E6%B3%A2%E5%99%A8&fr=qb_search_exp&ie=utf8 t _blank 切比雪夫濾波器：幅頻特性在通帶或者阻帶有等紋波特性，可以提高選擇性。下圖給出了橢圓濾波器與其他常見濾波器的比較，各濾波器的參數(shù)一樣多。圖2-6 幾種濾波器比較 基于以上比較，橢圓濾波器比其他濾波器更陡，能夠以較低的階數(shù)獲得較窄的 HYPERLI

21、NK /w/index.php?title=%E8%BF%87%E6%B8%A1%E5%B8%A6%E5%AE%BD&action=edit&redlink=1 o 過渡帶寬（頁面不存在） 過渡帶寬，并且在通帶和阻帶都具有等波紋特性，通帶、阻帶逼近特性良好。雖然結(jié)構(gòu)復(fù)雜，但是用MATLAB設(shè)計橢圓濾波器可以大大簡化設(shè)計過程。所以本系統(tǒng)采用橢圓濾波器設(shè)計帶通濾波器。2.4.2 濾波器參數(shù)設(shè)置本次設(shè)計中有3路語音信號，所以在接收端要設(shè)計3個帶通濾波器，為了達(dá)到較好的效果，將采用橢圓濾波器。使用MATLAB設(shè)計橢圓濾波器只需要確定濾波器的4個參數(shù)即可設(shè)計出所需要的濾波器。這4個參數(shù)分別為：通帶區(qū)最大

22、衰減系數(shù)、阻帶區(qū)最小衰減系數(shù)、通帶邊界頻率歸一化值和阻帶邊界頻率歸一化值。其中當(dāng)時，為高通濾波器；當(dāng)和為二元矢量時，為帶通或帶阻濾波器。本次設(shè)計中可取最大衰減系數(shù)為0.5dB，阻帶區(qū)最小衰減系數(shù) 為40dB。3個帶通濾波器分別要濾出3路語音信號，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。而在信號的調(diào)制設(shè)計時，所選擇的3路語音信號的載波頻率分別為4000Hz、1100Hz和18000Hz。從圖2-4可以得出，當(dāng)語音信號的載波頻率為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 76

23、00。設(shè)計的是帶通濾波器，所以通帶邊界頻率和阻帶邊界頻率為二元矢量。信號的采樣頻率為44100Hz時，可取通帶的邊界頻率和阻帶的邊界頻率分別為： （式-11） （式-12）在確定了帶通濾波器的4個參數(shù)后，使用MATLAB軟件中的ellipord函數(shù)可以求出第一個濾波器的最小階數(shù)和截止頻率 (單位為弧度/秒)。其該函數(shù)的調(diào)用形式為： （式-13）通過（式-13）得到了濾波器的最小階數(shù)和截止頻率后，再調(diào)用MATLAB軟件中的ellip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： （式-14）通過（式-14）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

24、和分母系數(shù)a，通過MATLAB軟件中的filter函數(shù)對信號進(jìn)行濾波。該函數(shù)調(diào)用形式為： （式-15）式中的s為被濾波信號，y為濾波后的信號。同樣，可以設(shè)計出其它所需的兩路帶通濾波器和低通濾波器。2.5 信道噪聲 信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(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(guān)系可以用下式表示： （式-16）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

25、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(dāng)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(guān)系。所以在信道數(shù)學(xué)分析時，可以假設(shè)，即信道的作用相當(dāng)于對輸入信號乘一個系數(shù)。這樣，（式-16）就可以改寫為： （式-17）（式-17）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（8）所示。是一個很復(fù)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2-7 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型噪聲又可以分為認(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

26、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(shè)計中模擬信道噪聲可以用MATLAB軟件加入一個隨機(jī)的高斯白噪聲在復(fù)用信號中。3 Matlab仿真3.1 語音信號的時域和頻域仿真 （1） 信號的時域仿真使用MATLAB軟件可以對采集的語音信號進(jìn)行時域和頻域分析。可以使用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(biāo)，

27、y為縱坐標(biāo)，繪制圖形?？傻玫饺鐖D（9）所示的時域分析圖。圖3-1聲音樣本的時域分析（2）信號頻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(jìn)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。可以得到如圖3-2所示的聲音信號頻譜分析圖。圖3-2 聲音樣本的頻譜分析3.2 復(fù)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

28、變?yōu)橐宦窂?fù)用信號s，通過MATLAB軟件中stem(t,abs(fft(s),.)命令對復(fù)用信號s進(jìn)行了頻譜分析，其頻譜分析如圖3-3所示。3.3 加入噪聲的復(fù)用信號頻譜仿真FDMA通信系統(tǒng)的復(fù)用信號傳輸通過空氣介質(zhì)傳輸，復(fù)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(shè)計仿真中，主要對復(fù)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(qiáng)度假定圖3-3復(fù)用信號的頻譜分析為0dBW。如果x是復(fù)數(shù)，就加入復(fù)噪聲。通過前面

29、的調(diào)制和信號復(fù)用設(shè)計后，得到了復(fù)用信號s，使用MATLAB中的awgn函數(shù)加入高斯白噪聲后復(fù)用信號變?yōu)閥s。為了使后面能夠較好的恢復(fù)語音信號，所以在這里加入白噪聲時，信噪比不能設(shè)置的太小。仿真發(fā)現(xiàn)大于20dB時失真比較小。圖3-4為加入高斯白噪聲后，復(fù)用信號ys的頻譜圖。3.4 帶通濾波器仿真采用橢圓濾波器。頻譜響應(yīng)圖見圖3-5.3.5 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(fù)用信號s進(jìn)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(jìn)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y0

30、3。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(jìn)行變換，并通過MATLAB軟件，得到的3路解調(diào)信號的頻譜如圖3-6所示。圖3-4 加入高斯白噪聲后復(fù)用信號的頻譜分析3.6 低通濾波器仿真采用橢圓濾波器，頻譜響應(yīng)圖見圖3-7。3.7恢復(fù)信號的時域與頻域仿真語音信號的恢復(fù)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(fù)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(fù)的3路語音信號進(jìn)行時域分析，其時域分析波形如圖3-8所示。同樣調(diào)用MATLAB中的stem(t,abs(fft(

31、yy1)函數(shù)和subplot函數(shù)對恢復(fù)的3路語音信號進(jìn)行頻譜分析，其頻譜如圖3-9所示。圖3-5 帶通濾波器頻譜圖3-6 解調(diào)后信號的頻譜圖 圖3-7 低通濾波器頻譜圖3-8恢復(fù)信號的時域波形圖3-9 恢復(fù)信號的頻譜圖4 心得體會 經(jīng)這次信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計，我不僅復(fù)習(xí)鞏固了課堂所學(xué)的理論知識，還提高了對所學(xué)知識的綜合應(yīng)用。同時，在以前課本學(xué)習(xí)中沒有弄懂的問題，通過這次課程設(shè)計，我都有了更深入的理解。比如通信原理中的時域采樣定理、濾波器參數(shù)設(shè)計等。在設(shè)計經(jīng)過不斷的修改調(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)過調(diào)試和解調(diào)后的信號與原來相比較為接近。我覺得仿

32、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。另外在低通濾波階段，得到的恢復(fù)信號與原始信號基本一致，但是在t=0附近有所失真，這是由于頻譜混疊所致，各信號頻譜混疊部分均為高頻部分，恢復(fù)信號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，這是因為錄音期間引入頻率高于語音信號的噪聲，所以如果在完全無噪音的環(huán)境中進(jìn)行錄音，可得無失真的恢復(fù)信號。仿真結(jié)果分析表明，信號在頻分復(fù)用時還存在著頻間干擾的問題，對此，采用了適當(dāng)加大采樣頻率的方法，在較大程度上使該問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。參考文獻(xiàn)1 劉泉，江雪梅.信號與系統(tǒng).武漢：高等教育出版社，2

33、0102 劉泉，闕大順，郭志強(qiáng).數(shù)字信號處理原理與實現(xiàn)（第二版）.北京：電子工業(yè)出版社，20093 陳永泰，劉泉.通信電子線路原理與應(yīng)用.武漢：高等教育出版社，20114 樊昌信.通信原理（第六版）.北京：國防工業(yè)出版社，20085 陳慧慧，鄭賓.頻分多址接入模型設(shè)計及MATLAB仿真計算（第三版），北京：高等教育出版社，20006 李建新，劉乃安，劉繼平.現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB通信工具箱.西安：西安電子科技大學(xué)出版社，20007 鄧華等.MATLAB通信仿真及應(yīng)用實例詳解.北京：人民郵電出版社，2003附錄%（1）獲取錄音文件 pause fs=44100; %聲音的采樣頻率為4

34、4.1Khz duration=3; %錄音時間為3s fprintf(press any key to start recording1：n); pause fprintf(recording.n); sd1=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(playing.n); wavplay(sd1,fs); fprintf(recording1 end.n); wavwrite(sd1,fs,sound1.wav); %將錄音文件保存為WAV格式的聲音文件 fprintf(press

35、 any key to start recording2：n); pause fprintf(recording.n); sd2=wavrecord(duration*fs,fs); fprintf(playing.n); wavplay(sd2,fs); fprintf(recording2 end.n); wavwrite(sd2,fs,sound2.wav); fprintf(press any key to start recording2：n); pause fprintf(recording.n); sd3=wavrecord(duration*fs,fs); fprintf(pl

36、aying.n); wavplay(sd3,fs); fprintf(recording2 end.n); wavwrite(sd3,fs,sound3.wav);%（2）聲音樣本的時域和頻域分析 fprintf(press any key to start sample time domain analysis：n); pause fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1Khz duration=3; t1=3*(0:132299)/132300; f=fs*(0:132299)/132300; t=0:duration*fs-1; %總的采樣數(shù) sd1,fs=wavread(soun

37、d1.wav); %打開保存的錄音文件 sd2,fs=wavread(sound2.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(t1,sd1);xlabel(單位：s);ylabel(幅度); title(三個聲音樣本的時域波形); subplot(312) plot(t1,sd2);xlabel(單位：s);ylabel(幅度); subplot(313) plot(t1,sd3);xlabel(單位：s);ylabel(幅度); fprintf(press any key to

38、start sample frequency domain analysis：n); pause figure(2) %圖二為三個聲音樣本的頻譜分析 subplot(311) stem(f,abs(fft(sd1),.); %fft對聲音信號進(jìn)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(f,abs(fft(sd2),.);xlabel(單位：Hz);ylabel(幅度); subplot(313) stem(f,abs(fft(sd3),.);xlabel(單位：Hz);ylabel(幅度);

39、 %（3）調(diào)制，將三個聲音信號用高頻載波進(jìn)行調(diào)制 fprintf(press any key to start the signal modulation and multiplexing signal frequency domain analysis：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+x2+x3; figure(3) stem(f,abs(fft(s),.);xlabel(單位：Hz);ylabel(幅度)

40、; title(復(fù)用信號的頻譜分析); %（4）信號傳輸仿真設(shè)計 fprintf(press any key to start channel simulation：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(f,abs(fft(ys),.);xlabel(單位：Hz);ylabel(幅度); title(加入高斯白噪聲后復(fù)用信號的頻譜分析); %（5）帶通濾波器的設(shè)計 fprintf(press any key to start the design

41、of 3 band pass filter：n); pause Rp=0.5; Rs=40; Wp1=4000 8000/22050; Ws1=3800 8500/22050; n1,Wn1=ellipord(Wp1,Ws1,Rp,Rs); b1,a1=ellip(n1,Rp,Rs,Wn1); h1,w1=freqz(b1,a1); mag1=abs(h1); db1=20*log10(mag1+eps)/max(mag1); Wp2=9000 13000/22050; Ws2=8000 14000/22050; n2,Wn2=ellipord(Wp2,Ws2,Rp,Rs); b2,a2=el

42、lip(n2,Rp,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=ellipord(Wp3,Ws3,Rp,Rs); b3,a3=ellip(n3,Rp,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,db

43、1);axis(0 1 -50 20);xlabel(w/pi);ylabel(20lg|H(ejw)|);title(用橢圓型設(shè)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(ejw)|); 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(press any key to start demodulation and frequency domain analysis：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*