信號與系統(tǒng)Matlab實驗-頻分多址FDMA

頻分多址FDMA實驗一、實驗?zāi)康?、通過matlab軟件實現(xiàn)頻分多址功能1、學(xué)習(xí)使用Simulink進行系統(tǒng)仿真的方法2、學(xué)習(xí)使用Simulink進行系統(tǒng)的頻域分析方法二、實驗內(nèi)容1、根據(jù)頻分多址（FDMA）原理，設(shè)計系統(tǒng)方框圖2、根據(jù)方框圖，鏈接各模塊，并設(shè)置仿真模塊參數(shù)。3、嘗試用Scope對各信號進行分析。三、實驗原理1.1尋址方式的概念為了提高通信系統(tǒng)信道的利用率，通常多路信號共享同一信道進行信號的傳輸。為此，引入信道多址尋址的概念。多址尋址是指在同一信道上傳輸多路信號而互不干擾的一種技術(shù)。目前的多址尋址方式是基于常規(guī)通信中的多路復(fù)用模式所創(chuàng)建的，最常用的多路復(fù)用有頻分復(fù)用（FDM）、時分復(fù)用（TDM）和碼分復(fù)用（CDM）。進而在多址尋址分類中，按頻帶區(qū)分信號的方法是頻分多址（FDMA）；按時隙區(qū)分信號的方法是時分多址（TDMA）；按相互正交的碼字區(qū)分信號的方法是碼分多址（CDMA）。1.2頻分多址的基本工作原理頻分復(fù)用就是在發(fā)送端利用不同頻率的載波將多路信號的頻譜調(diào)制到不同的頻段，以實現(xiàn)多路復(fù)用。頻分復(fù)用的多路信號在頻譜上不會重疊，合并在一起通過一條信道傳輸。到達接收端后，通過中心頻率不同的帶通濾波器彼此分離開來。頻分多址時將通信的頻段劃分成若干信道頻率范圍，每對通信設(shè)備工作在某個特定的頻率范圍內(nèi)，即不同的通信用戶是靠不同的頻率劃分來實現(xiàn)通信的，早期的無線通信系統(tǒng)，包括現(xiàn)在的無線電廣播、短波通信、大多數(shù)專用通信網(wǎng)都是采用頻分多址技術(shù)來實現(xiàn)的。頻分多址系統(tǒng)組成框圖如圖1.1所示。圖1.1頻分多址系統(tǒng)原理圖在選擇載頻時，既應(yīng)考慮到每一路已調(diào)信號的頻譜寬度，還應(yīng)留有一定的防護頻帶。為了各路信號頻譜不重疊，要求載頻間隔（1-1）式中，和分別為第路和第路的載波頻率。n路頻分復(fù)用信號的總頻帶寬度為（1-2）頻分復(fù)用信號原則上可以直接在信道中傳輸，但在某些應(yīng)用中，還需要對合并后的復(fù)用信號再進行一次調(diào)制。多址方式是許多用戶地址共同使用同一資源（頻段）相互通信的一種方式。對于CDMA系統(tǒng)來說就是許多的用戶在同一時間使用相同的頻點。通常，這些用戶位于不同的地方并可能處于運動狀態(tài)。例如：多個衛(wèi)星通信地球站使用同一衛(wèi)星轉(zhuǎn)發(fā)器相互通信、多個移動臺通過基站相互通信等均屬于多址通信方式。由于使用共同的傳輸頻段，各用戶系統(tǒng)之間可能會產(chǎn)生相互干擾，即多址干擾，同時也稱為自干擾。為了消除或減少多址干擾，不同用戶的信號必須具有某種特征以便接收機能夠?qū)⒉煌脩粜盘枀^(qū)分開，這一過程稱作信號分割。現(xiàn)代的多址通信，就是基于不同尋址方式的基礎(chǔ)上，通過不斷改進信號分割方式，進而在傳輸速度、準確性上獲得更大的提高。1.3FDMA系統(tǒng)各模塊設(shè)計（1）輸入信號的產(chǎn)生頻分多址（FDMA）輸入模塊如圖1.2所示。圖1.2頻分多址（FDMA）輸入模塊利用Simulink中的三個信號發(fā)生器（SignalGenerator），產(chǎn)生幅度為1，頻率為4Hz的正弦信號，0.5Hz頻率的方波信號，以及頻率為1Hz的鋸齒波信號，由于方波和鋸齒波產(chǎn)生的是雙極性信號，這里利用兩個階躍響應(yīng)（Step）來使其變成單極性。Matlab中模塊位置，及參數(shù)設(shè)置：SignalGenerator:Simulink——SourcesStep:Simulink——SourcesAdd:Simulink——MathOperations波形幅度（V）頻率（Hz）SignalGenerator1Sine14SignalGenerator2SquareSignalGenerator3Sawtooth（2）調(diào)制與解調(diào)模塊頻分多址（FDMA）調(diào)制與解調(diào)模塊如圖1.3所示。（a）頻分多址（FDMA）調(diào)制模塊（b）頻分多址（FDMA）解調(diào)模塊圖1.3頻分多址（FDMA）調(diào)制與解調(diào)模塊模塊DSBAM（De）ModulatorPassband的作用是雙邊帶調(diào)制/解調(diào)模塊，采用的是正弦載波信號。這里三個信號發(fā)生器產(chǎn)生的分別是4Hz的正弦、0。5Hz的方波和1Hz的鋸齒波，因此為了實現(xiàn)頻分復(fù)用，必須將它們分別調(diào)制到不同的頻段上去，使它們互不重疊，這樣就可以復(fù)用同一信道傳輸，載波頻率分別為40Hz，60Hz，80Hz。Matlab中模塊位置，及參數(shù)設(shè)置：Zero-orderhold：Simulink——Discrete，參數(shù)設(shè)置為0.001DSBAM：CommunicationsBlockset——Modulation——AnalogInputoffsetCarrierfreqInitialphaseDSBAMModulatorPassband11400DSBAMModulatorPassband2DSBAMModulatorPassband3DSBAMDemodulatorPassband的設(shè)置與上面類似。（3）帶通濾波器設(shè)計頻分多址（FDMA）帶通濾波模塊如圖1.4所示。圖1.4頻分多址（FDMA）帶通濾波模塊輸入信號分別被調(diào)制到40Hz、60Hz、80Hz的頻率上。因此前三個模擬濾波器（AnalogFilter）的作用是劃分信道，將它們各自的頻帶限制在一定的范圍內(nèi)，避免互相發(fā)生混疊。另一方面，添加了高斯白噪聲的信號在被解調(diào)前必須分離出來，因此后三個模擬濾波器的作用就是分別濾出這三個頻段上的信號。這樣就能保證各路信號互不干擾。根據(jù)各對濾波器的工作原理及各信號特點選擇濾波器的參數(shù)，對于濾波器1，4由于載波的頻率是40Hz，變換后應(yīng)該設(shè)置的濾波范圍應(yīng)該在35~45Hz2π左右；同理，，對于濾波器2，5，濾波器3，6，參數(shù)可自行設(shè)置。Matlab中模塊位置，及參數(shù)設(shè)置：Analogfilter：Signalprocessingblockset——filtering——filterdesignAWGNChannel:CommunicationsBlockset——ChannelsScope：Simulink——CommonlyUsedBlocksInitialseedModeVarianceAWGNChannel67Variancefrommask0.01DesignmethodFiltertypeFilterorder頻率1頻率2Analogfilter1ButterworthBandpass435*2pi40*2piAnalogfilter2ButterworthBandpassAnalogfilter3ButterworthBandpass1.4FDMA系統(tǒng)框圖設(shè)計在發(fā)射部分，三個信號發(fā)生器，產(chǎn)生正弦信號，方波信號，鋸齒波信號，分別進入載頻不同的雙邊帶幅度調(diào)制模塊，然后各自進入與調(diào)制模塊載頻相應(yīng)的模擬濾波器模塊。三路信號在加法器中合成后饋入加性高斯白噪聲傳輸環(huán)境。在接受部分，三路并聯(lián)的和路器分別工作在上述的三個載頻上，帶通濾波器后面連