頻分復用系統(tǒng)設計報告

經(jīng)典word整理文檔，僅參考，雙擊此處可刪除頁眉頁腳。本資料屬于網(wǎng)絡整理，如有侵權，請聯(lián)系刪除，謝謝！學生姓名：指導教師：黃在勇周建新專業(yè)班級：通信1104班工作單位：信息工程學院題目:頻分復用初始條件：Matlab軟件、信號與系統(tǒng)、通信處理等。要求完成的主要任務:根據(jù)頻分復用的通信原理，用matlab域和頻域的分析。參考書：.頻分多址接入模型設計及MATLAB.高等教育出版社，北京:2000[2]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.西安電子科技大學出版社，西安:2000[3]鄧華等.MATLAB通信仿真及應用實例詳.:2003時間安排：1、理論講解，老師布置課程設計題目，學生根據(jù)選題開始查找資料；2、課程設計時間為2周。（1）理解相關技術原理，確定技術方案，時間2天；（2）選擇仿真工具，進行仿真設計與分析，時間6天；（3）總結結果，完成課程設計報告，時間2天。指導教師簽名：年年月月日日系主任（或責任教師）簽名：目錄摘要........................................................................................................................IAbstract.................................................................................................................II1緒論.....................................................................................................................11.1設計目的..................................................................................................11.2設計內(nèi)容..................................................................................................21.3設計要求..................................................................................................22頻分復用通信系統(tǒng)模型.....................................................................................33頻分復用系統(tǒng)方案設計.....................................................................................63.1語音信號采樣..........................................................................................63.2語音調制信號..........................................................................................73.3系統(tǒng)的濾波器設計.................................................................................83.4信道噪聲..................................................................................................94頻分復用原理實現(xiàn)與仿真...............................................................................114.1語音信號的時域和頻域仿真...............................................................114.2復用信號的頻譜仿真...........................................................................124.3傳輸信號的仿真...................................................................................134.4解調信號的頻譜仿真...........................................................................144.5恢復信號的時域與頻域仿真................................................................165心得體會..........................................................................................................18附錄I源程序.....................................................................................................19附錄II參考文獻................................................................................................24武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告摘要在通信系統(tǒng)中，信道所能提供的帶寬通常比傳送一路信號所需的帶寬寬得就可以采用頻分復用的方法。在頻分復用系統(tǒng)中，信道的可用頻帶被分成若干個互不交疊的頻段，每路接收。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。關鍵字：頻分復用頻段MatlabI武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告AbstractInthecommunicationsystem,thechannelbandwidthcanbeprovidedtypicallymuchwiderthanthebandwidthrequiredtotransmitonesignal.Ifachannelsignalistransmittedonlywastefulway,inordertotakefulladvantageofthebandwidthofthechannel,usingfrequencydivisionmultiplexingcanbeusedforthemethod.Inafrequencydivisionmultiplexingsystem,theavailablefrequencychannelsaredividedintoapluralityofmutuallynon-overlappingbands,eachwithoneofthesignaltransmissionbands,andthereforetheycanbeusedtofilteroutwerefilteredoff,andthendemodulatesreceived.ThisdesignisusedtoachievethethreeFFTbandsignalwithfrequencydivisionmultiplexing,isthroughtheMatlablanguagetoachieve.Keywords：FrequencyDivisionMultiplexingBandMatlabII武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告1緒論1.1設計目的FDMA（FrequencyDivisionMultipleAccess）是數(shù)據(jù)通信中的一種技術，也是現(xiàn)在移動通信中使用最大的一種通信方式。FDMA通信技術可以使不同的用系統(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)要求動態(tài)地進行交換。FDMA具有以下特點：優(yōu)點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單一階均衡器補償信道傳輸?shù)氖д骖l譜效率上升缺點傳送與接收端需要精確的同步對于多普勒效應頻率漂移敏感峰均比高循環(huán)前綴（CyclicPrefix）造成的負荷優(yōu)勢允許多個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整低速率用戶的發(fā)射功率時延固定且比較小簡化了多址接入的防碰撞實現(xiàn)機制更好地抵御信號衰落和干擾本次課程設計通過Matlab軟件對FDMAFDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握。1武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告通過這次課程設計可達到以下的目的：（1）鞏固課本所學的有關理論知識。（2）加深對FDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握相關知識。（3）掌握帶通濾波器和低通濾波器的設計（4）掌握Matlab軟件的基本使用。（5）學會運用Matlab軟件進行一些仿真和設計。1.2設計內(nèi)容根據(jù)頻分復用的通信原理，運用Matlab軟件采集兩路以上的語音信號，選Matlab進行仿真，并對各個信號進行時域和頻域分析。1.3設計要求（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，對采樣信號進行調制。（3）使用Matlab軟件畫出復用信號的頻譜圖。（4）設計合適的帶通濾波器，并畫出帶通濾波器的頻率響應。（5）對濾波后的信號進行解調，畫出解調后各路信號的頻譜圖。（6）設計低通濾波器，畫出低通濾波器的頻率響應?；謴托盘柕臅r域波形和頻譜圖。2s(t)x(t)cos(2ft)0圖3圖圖xmn14圖圖5量該連續(xù)時間模擬信號。設抽樣信號的頻率為f，則抽樣周期為T。抽樣以后ss樣信號f(t)能完全恢復連續(xù)信號f必須大于等于2倍sfHHfsH6武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告其中，f2f為奈奎斯特頻率。sHf通常都有高于。ffsHHf必須大于6.8KHz。s用Windows音頻輸入設備記錄聲音,其調用形式為:recObj=audiorecorder(Fs,nBits,nChannels)利用Windows音頻輸入設備記錄nBits的音頻采樣,頻率為FsHz,通道數(shù)為nChannels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。信號。3.2語音調制信號它的帶寬是基帶信號帶寬f的2倍，即調制后的帶寬為：HB2f（4）H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制后帶寬B，設各載波的頻率間隔為f，由于f3.4，所以HgfB2f23.4kHz6.8kHz（5）gH另外，在選取各路信號載波頻率時，還需要考慮混疊頻率f。所謂混疊頻a率，就是當利用一個抽樣頻率為f的離散時間系統(tǒng)進行信號處理時信號所允許s的最高頻率。任何大于f的分量都將重疊起來而不能恢復，并使正規(guī)頻帶內(nèi)的a信號也變得模糊起來。根據(jù)抽樣定理可知：1ffa（6）2s由于前面語音信號采樣頻率fkHz，所以混疊頻率：s711ffkHz22.05kHz22as最高載波頻率要小于f為1路語音信號的載波頻率af為2路信號的載波頻率f為3路信號的載波頻率1c2f為18000Hz。同時滿足最高載波頻率ff的要求。c3c3a圖為二元矢量時，為帶通或帶阻濾波器。8武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告為[41007600]。設計的是帶通濾波器，所以通帶邊界頻率Wp和阻帶邊界頻率Ws為二元矢量。信號的采樣頻率為44100Hz時，可取通帶的邊界頻率Wp1和阻帶的邊界頻率Ws1分別為：Wp1=[42007500]/22050Ws1=[41007600]/22050在確定了帶通濾波器的4MATLAB軟件中的cheb2ord函數(shù)可以求出第一個濾波器的最小階數(shù)n和截止頻率Wn調用形式為：[n,（8）通過式（8）得到了濾波器的最小階數(shù)n和截止頻率Wn后，再調用MATLAB軟件中的cheby2函數(shù)，進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)的調用形式為：[b,a]（9）通過式（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)MATLAB軟件中的filtery(b,a,s)（10）式中的s為濾波后的信號。同樣，可以設計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e(t)和輸出端i電壓e(t)間的關系可以用下式表示：oe(t)f[e(t)]n(t)（11）oie(t)e(t)nt)為io9if[e(t)]k(t)e(t)，即信道的作用相當于對輸入信號乘一個系數(shù)kt)。這樣，式ii（11）就可以改寫為：oi圖104.1語音信號的時域和頻域仿真（2）信號頻域仿真圖其頻譜分析如圖4.3所示。圖圖圖圖圖17武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告5心得體會經(jīng)這次課程設計，我不僅復習鞏固了課堂所學的理論知識，還提高了對所等。在設計經(jīng)過不斷的修改調試，在MATLAB上仿真頻分多址通信技術取得了得仿真的成功關鍵在于載波頻率的選擇以及帶通和低通濾波器的參數(shù)設計。另外在低通濾波階段，得到的恢復信號與原始信號基本一致，但是在t=0附近有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)境中進行錄音，解決至于完全消除頻譜間的干擾，還有待進一步研究與完善。18武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告附錄I源程序fprintf('仿真開始\n');%采集3路聲音樣本信號pausefs=44100;fprintf('按任意鍵開始錄音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播放結束');sound1=getaudiodata(sd1);fprintf('\n');fprintf('按任意鍵開始錄音2：\n');pausesd2=recObj;disp('錄音中…');recordblocking(sd2,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd2);playblocking(player);disp('錄音2播放結束');sound2=getaudiodata(sd2);fprintf('\n');fprintf('按任意鍵開始錄音3：\n');pausesd3=recObj;disp('錄音中…');recordblocking(sd3,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd3);playblocking(player);disp('錄音3播放結束');sound3=getaudiodata(sd3);19武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告fprintf('\n');%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');pausefs=44100;duration=3;t=0:duration*fs-1;figure(1)subplot(311)%三個聲音樣本的時域波形plot(t,sound1);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');title('三個聲音樣本的時域波形');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('按任意鍵開始聲音樣本的頻域分析：\n');pausefigure(2)subplot(311)變換%三個聲音樣本的頻譜分析%fft對聲音信號進行快速傅里葉stem(t,abs(fft(sound1)),'.');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(sound2)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(sound3)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');fprintf('\n');%調制，將三個聲音信號用高頻載波進行調制fprintf('按任意鍵開始信號的調制和復用信號頻域分析：\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+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');fprintf('\n');%信號傳輸仿真設計20武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告fprintf('按任意鍵開始信道仿真設計：\n');pauseys=awgn(s,20);%加入高斯白噪聲snr=10*log10((s*s')/((s-ys)*(s-ys)'));%計算信噪比figure(4)stem(t,abs(fft(ys)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('加入高斯白噪聲后復用信號的頻譜分析');fprintf('\n');%帶通濾波器的設計fprintf('按任意鍵開始帶通濾波器的設計：\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型設計三個帶通濾波器');subplot(3,1,2);plot(w2/pi,db2);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');subplot(3,1,3);21武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告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');%解調fprintf('按任意鍵開始信號的解調和解調后信號頻域分析：\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('單位：Hz');ylabel('幅度');title('解調后的3路信號各自的頻譜圖');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');%低通濾波器設計fprintf('按任意鍵開始低通濾波器的設計：\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('低通濾波器的頻率響應');fprintf('\n');22武漢理工大學《信息處理課群綜合訓練與設計》報告%恢復信號的時域波形和頻譜分析f