課程設(shè)計(jì)---fdma通信模型仿真

1、<p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 報(bào) 告</p><p>　　課程名稱： 數(shù)字通信課程設(shè)計(jì) </p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： FDMA通信模型仿真 </p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書(shū)</p><p>　　設(shè)計(jì)名稱： FDMA通信模型仿真

2、 </p><p>　　課 程 設(shè) 計(jì) 學(xué) 生 日 志</p><p>　　FDMA通信模型仿真</p><p><b>　　設(shè)計(jì)目的和意義</b></p><p>　　綜合運(yùn)用本課程的理論知識(shí)進(jìn)行頻譜分析以及濾波器設(shè)計(jì)，通過(guò)理論推導(dǎo)得出相應(yīng)結(jié)論，并利用MATLAB作為編程工具進(jìn)行計(jì)算機(jī)實(shí)現(xiàn)

3、FDMA通信，至少能同時(shí)傳輸三路語(yǔ)音信號(hào)，實(shí)現(xiàn)三路語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制與解調(diào)，并恢復(fù)出原來(lái)的三路語(yǔ)音信號(hào)。從實(shí)踐上初步實(shí)現(xiàn)了對(duì)數(shù)字信號(hào)的處理</p><p><b>　　設(shè)計(jì)原理</b></p><p>　　根據(jù)要求，F(xiàn)DMA通信模型如圖所示</p><p>　　FDMA三路信號(hào)的具體模型</p><p>　　頻分多址（FDM

4、A）是一種以傳輸信號(hào)的載波頻率的不同劃分來(lái)建立多址接入的方法。該系統(tǒng)的模型如圖：</p><p><b>　　2、模型分析</b></p><p>　　因信號(hào)的時(shí)域特征不太明顯，不易對(duì)信號(hào)進(jìn)行分析，特別是錄制的語(yǔ)音信號(hào)更是如此。而信號(hào)的頻率特征清晰可見(jiàn)，為信號(hào)的分析提供了有效的途徑。因而可以在頻域上比較和分析信號(hào)傳輸前后的特征變化。</p><p&

5、gt;　　假設(shè)系統(tǒng)創(chuàng)數(shù)以連續(xù)非周期信號(hào)f（t），琪頻率表征為傅立葉變換，則該信號(hào)的傅立葉變換為</p><p>　　為了有效的進(jìn)行FDMA通信，需將該信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，即需將該信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，所得信號(hào)的傅立葉變換為</p><p>　　比較上面兩式可得，時(shí)域上原始信號(hào)與高頻載波信號(hào)相乘，在頻域上就是一個(gè)頻譜搬移的過(guò)程，即原始信號(hào)的頻譜線被線性的包一道正負(fù)載頻的頻率點(diǎn)上。</p&g

6、t;<p>　　由上分析，我們不難看出，當(dāng)系統(tǒng)同時(shí)傳輸多路信號(hào)時(shí)，所傳輸?shù)膹?fù)信號(hào)就可以表示為</p><p>　　其中、、……信號(hào)；、、……高頻載波；復(fù)用信號(hào)。</p><p>　　由于高頻載波把各信號(hào)的頻譜搬移到不同的頻段，復(fù)用信號(hào)的頻譜為各信號(hào)頻譜的疊加，因此，只要傳輸該復(fù)用信號(hào)便可在同一信道上實(shí)現(xiàn)多路信號(hào)的同時(shí)傳輸，傳輸完成后，通過(guò)選擇合適的帶通濾波器，即可獲得各個(gè)已調(diào)

7、信號(hào)。再進(jìn)行解調(diào)，即將各個(gè)已調(diào)信號(hào)分別乘以各自的高頻載波信號(hào)，這樣，原始低頻信號(hào)被移到低頻段。最后通過(guò)選擇合適的低通濾波器恢復(fù)出各原始語(yǔ)音信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)FDMA通信傳輸。</p><p><b>　　詳細(xì)設(shè)計(jì)步驟</b></p><p>　　根據(jù)以上原理分析，在Matlab 環(huán)境中，利用編程方法對(duì)FDMA通信模型進(jìn)行仿真研究。</p><p>

8、　　首先我們要通過(guò)matlab錄制三段語(yǔ)音，對(duì)錄制的語(yǔ)音進(jìn)行頻譜分析，找出各信號(hào)的主頻率，結(jié)合分析的結(jié)果，為盡可能完整的恢復(fù)原信號(hào)和防止譜間干擾，為防止鄰路信號(hào)的相互干擾，相鄰兩路間還要留有防護(hù)頻帶，因此各路載頻之間的間隔應(yīng)為每路信號(hào)的頻帶與保護(hù)頻帶之和。確定各語(yǔ)音信號(hào)的高頻載波頻率。對(duì)復(fù)用信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，確定選用的帶通濾波器的類型以及設(shè)計(jì)濾波器的各種參數(shù)，結(jié)合所得參數(shù)、針對(duì)各路信號(hào)設(shè)計(jì)出所需要的濾波器，對(duì)復(fù)用信號(hào)進(jìn)行帶通濾波，得到各

9、信號(hào)的調(diào)制信號(hào)，對(duì)調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)后，根據(jù)對(duì)信號(hào)頻譜分析得到的參數(shù)設(shè)計(jì)出合適的低通濾波器，還原出原始信號(hào)。</p><p>　　（1）Matlab支持麥克風(fēng)，可直接進(jìn)行聲音的錄制，要求至少獲取3路語(yǔ)音信號(hào)。</p><p>　?。?）將各路語(yǔ)音信號(hào)分別與各自的高頻載波信號(hào)相乘，由于各高頻載波信號(hào)將各語(yǔ)音信號(hào)頻譜移到不同頻段，復(fù)用信號(hào)頻譜為各信號(hào)頻譜的疊加，因此，只需傳輸該復(fù)用信號(hào)便可在同一

10、信道上實(shí)現(xiàn)各路語(yǔ)音信號(hào)的同時(shí)傳輸。</p><p>　　（3）傳輸完成后，通過(guò)選擇合適的帶通濾波器，即可獲得各個(gè)已調(diào)信號(hào)。</p><p>　?。?）再進(jìn)行解調(diào)，即將各個(gè)已調(diào)信號(hào)分別乘以各自的高頻載波信號(hào)，這樣，原始低頻信號(hào)被移到低頻段。</p><p>　?。?）最后通過(guò)選擇合適的低通濾波器恢復(fù)出各原始語(yǔ)音信號(hào)，從而實(shí)現(xiàn)FDMA通信傳輸。</p>&

11、lt;p><b>　　設(shè)計(jì)結(jié)果及分析</b></p><p>　　經(jīng)過(guò)不斷的修改調(diào)試，在matlab上仿真頻分多址通信模型取得了較好的效果，錄音的聲音在經(jīng)過(guò)調(diào)試和解調(diào)后原來(lái)信號(hào)比較接近。在設(shè)計(jì)中要想得到與原來(lái)信號(hào)相接近的信號(hào)就必須注重帶通和低通濾波器的參數(shù)設(shè)置。但是在我這個(gè)仿真過(guò)程中存在比較多的失真由于存在頻譜混疊等造成的，各信號(hào)頻譜混疊部分均在高頻部分，恢復(fù)信號(hào)在附近的波峰變化最快，

12、頻率的最高的區(qū)域，引起高頻失真。因?yàn)樵阡浺羝陂g存在高與語(yǔ)音信號(hào)的噪聲存在。還有的失真原因就是頻間干擾，可以通過(guò)加大采樣頻率的方法，減小失真。</p><p><b>　　體會(huì)</b></p><p>　　這次課程設(shè)計(jì)的主要任務(wù)是在matlab的環(huán)境下，利用編程方法對(duì)FDMA通信模型進(jìn)行仿真。通過(guò)此次課程設(shè)計(jì)，我對(duì)FDMA有了深刻的理解和認(rèn)識(shí)，頻分多址（FDMA）其實(shí)就

13、是一種以傳輸信號(hào)的載波頻率的不同劃分來(lái)建立多址接入的方法，更重要的是對(duì)數(shù)字信號(hào)處理這門(mén)課程有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)，加深了理解，鞏固了所學(xué)的的知識(shí)，在設(shè)計(jì)數(shù)字濾波器模塊上，與以前有所不同，濾波器的參數(shù)是需要自己去確定的，在這個(gè)問(wèn)題上了，我思考了很多，查閱了很多資料，在這一過(guò)程中，我也學(xué)到了很多東西，在設(shè)計(jì)濾波器時(shí)，根據(jù)要求選擇的合適的參數(shù)顯得十分的重要，對(duì)頻譜有了深刻的認(rèn)識(shí)。該次課程設(shè)計(jì)是利用課堂所學(xué)的知識(shí)來(lái)解決一個(gè)實(shí)際的問(wèn)題，生動(dòng)有趣，提到了

14、我們運(yùn)用知識(shí)的能力。通過(guò)課程設(shè)計(jì)，對(duì)于的自己的編程技巧是一個(gè)很大的提高，如何讓程序變得簡(jiǎn)潔、如何讓界面變得更加人性化的設(shè)計(jì)是一種鍛煉，同時(shí)也是一個(gè)娛樂(lè)的過(guò)程。在對(duì)matlab的認(rèn)識(shí)和運(yùn)用也有了進(jìn)步，深刻體會(huì)到了matlab在仿真和計(jì)算中的強(qiáng)大功能，matlab包含了豐富的庫(kù)函數(shù)，學(xué)會(huì)熟悉利用這些函數(shù)對(duì)于現(xiàn)在和今后的學(xué)習(xí)是很有作用的，在這次課程設(shè)計(jì)中，wavrecord、wavplay、wav</p><p>　　

15、在這次的數(shù)字信號(hào)課程設(shè)計(jì)當(dāng)中，調(diào)試過(guò)程中出現(xiàn)了很多小問(wèn)題，以下是我在設(shè)計(jì)當(dāng)中遇到的問(wèn)題：在濾波的時(shí)候，由于頻率范圍的認(rèn)定錯(cuò)誤，導(dǎo)致了頻率混疊，產(chǎn)生了很大的失真，經(jīng)過(guò)反復(fù)調(diào)試、測(cè)試參數(shù)才能夠較好的不失真恢復(fù)信號(hào)，在最后的解調(diào)過(guò)程當(dāng)中，信號(hào)2總是聲音過(guò)小，后來(lái)在調(diào)制的時(shí)候加大信號(hào)的幅值，問(wèn)題得以解決。</p><p>　　這次設(shè)計(jì)，不僅使我溫習(xí)了數(shù)字信號(hào)的理論知識(shí)，同時(shí)通過(guò)實(shí)踐應(yīng)用加深我對(duì)理論知識(shí)的理解，增加了思考和

16、動(dòng)手的能力，課程設(shè)計(jì)作為一種教學(xué)方式，很值得我們學(xué)習(xí)過(guò)程中多次運(yùn)用 </p><p><b>　　參考文獻(xiàn)</b></p><p>　　【1】程佩青.數(shù)字信號(hào)處理教程（第三版）.清華大學(xué)出版社</p><p>　　【2】朱仁峰.精通matlab7.清華大學(xué)出版社</p><p>　　【3】張威.matlab基礎(chǔ)與編程入門(mén)

17、（第二版）.西安電子科技大學(xué)出版社</p><p>　　【4】曹志剛.現(xiàn)代通信原理.清華大學(xué)出版社</p><p>　　【5】劉樹(shù)堂.信號(hào)與系統(tǒng)（第二版）西安交通大學(xué)出版社</p><p><b>　　【6】百度文庫(kù)</b></p><p>　　附錄 （程序代碼、結(jié)果）</p><p><b

18、>　　1、獲取錄音文件</b></p><p>　　fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1khz</p><p>　　duration=3; %錄音的時(shí)間</p><p>　　fprintf('按任意鍵開(kāi)始錄音1:\n');<

19、;/p><p><b>　　pause</b></p><p>　　fprintf('錄音中……\n');</p><p>　　Uo1=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次獲得總的采樣數(shù)為132300,保存聲音</p><p>　　fprintf('

20、;放音中……\n'); %文件名為s1,以下類同.</p><p>　　wavplay(Uo1,fs);</p><p>　　fprintf('錄音1播放完畢。\n');</p><p>　　wavwrite(s Uo1,fs,'sound1.wav'); %將錄音文件保存為wav格式的聲音文件，下同

21、</p><p>　　fprintf('按任意鍵開(kāi)始錄音2:\n');</p><p><b>　　pause</b></p><p>　　fprintf('錄音中……\n');</p><p>　　Uo2=wavrecord(duration*fs,fs);</p><

22、;p>　　fprintf('放音中……\n');</p><p>　　wavplay(Uo2,fs);</p><p>　　fprintf('錄音2播放完畢。\n');</p><p>　　wavwrite(Uo2,fs,'sound2.wav');</p><p>　　fprintf(&

23、#39;按任意鍵開(kāi)始錄音3:\n');</p><p><b>　　pause</b></p><p>　　fprintf('錄音中……\n');</p><p>　　Uo3=wavrecord(duration*fs,fs);</p><p>　　fprintf('放音中……\n'

24、;);</p><p>　　wavplay(Uo3,fs);</p><p>　　fprintf('錄音3播放完畢。\n');</p><p>　　wavwrite(Uo3,fs,'sound3.wav');</p><p>　　2、聲音樣本的時(shí)域和頻域分析</p><p>　　fs=4

25、4100; %聲音的采樣頻率為44.1khz</p><p>　　duration=3; </p><p>　　t=0:duration*fs-1; %總的采樣數(shù)</p><p>　　[u1,fs]=wavread('sound1.wav&

26、#39;); %打開(kāi)保存的錄音文件</p><p>　　[u2,fs]=wavread('sound2.wav');</p><p>　　[u3,fs]=wavread('sound3.wav');</p><p>　　figure(1) %圖一為

27、三個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形</p><p>　　subplot(3,1,1)</p><p>　　plot(t,u1);xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　title('三個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形');</p><p>　　subplot(3,1,2)<

28、/p><p>　　plot(t,u2);xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(3,1,3)</p><p>　　plot(t,u3);xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　figure

29、(2) %圖二為三個(gè)聲音樣本的頻譜分析</p><p>　　subplot(3,1,1)</p><p>　　stem(t,abs(fft(u1)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度'); %fft對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換</p>&

30、lt;p>　　title('三個(gè)聲音樣本的頻譜分析');</p><p>　　subplot(3,1,2)</p><p>　　stem(t,abs(fft(u2)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(3,1,3)</p

31、><p>　　stem(t,abs(fft(u3)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　3、調(diào)制,將三個(gè)聲音信號(hào)用高頻載波</p><p>　　x1=4*s1'.*cos(2*pi*4000*t/fs);</p><p>　　x2=4*

32、s2'.*cos(2*pi*11000*t/fs);</p><p>　　x3=4*s3'.*cos(2*pi*18000*t/fs);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　stem(t,abs(fft(x1)));xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');</

33、p><p>　　title('調(diào)制后各路語(yǔ)音信號(hào)頻譜')</p><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　stem(t,abs(fft(x2)));xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(3,1,3);;</p&g

34、t;<p>　　stem(t,abs(fft(x3)));xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度')</p><p>　　s=x1+x2+x3;%復(fù)用信號(hào)頻譜為各信號(hào)頻譜的疊加</p><p>　　figure(3)%圖三為復(fù)用信號(hào)的頻譜分析</p><p>　　ste

35、m(t,abs(fft(s)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　title('復(fù)用信號(hào)的頻譜分析');</p><p><b>　　4、帶通濾波器設(shè)計(jì)</b></p><p>　　Rp=0.5;Rs=40;

36、 %用切比雪夫設(shè)計(jì)帶通濾波器1； </p><p>　　Wp1=[4000 8000]/22050; %fs/2=22050 </p><p>　　Ws1=[3800 8500]/22050;</p><p>　　[n1,Wn1]=cheb2ord(

37、Wp1,Ws1,Rp,Rs); %契比雪夫2型濾波器的最小階和截止頻率Wn Wp</p><p>　　%和Ws分別是通帶和阻帶的拐角頻率(截止頻率)， Rp和Rs分別是通帶阻帶區(qū)的波紋系數(shù)</p><p>　　[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1); % [b,a] = cheby2(n,Rs,Wn)返回截止頻率為Wn(單位為弧度/秒)</p><p>

38、<b>　　%的n階</b></p><p>　　[h1,w1]=freqz(b1,a1);</p><p>　　mag1=abs(h1);</p><p>　　db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));</p><p>　　Wp2=[9000 13000]/22050;

39、 %用切比雪夫設(shè)計(jì)帶通濾波器2； </p><p>　　Ws2=[8000 14000]/22050;</p><p>　　[n2,Wn2]=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs);</p><p>　　[b2,a2]=cheby2(n2,Rs,Wn2);</p><p>　　[h2,w2]=freqz(b2,a2)

40、;</p><p>　　mag2=abs(h2);</p><p>　　db2=20*log10((mag2+eps)/max(mag2));</p><p>　　Wp3=[14500 18500]/22050; %用切比雪夫設(shè)計(jì)帶通濾波器3； </p><p&

41、gt;　　Ws3=[14000 19000]/22050;</p><p>　　[n3,Wn3]=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs);</p><p>　　[b3,a3]=cheby2(n3,Rs,Wn3);</p><p>　　[h3,w3]=freqz(b3,a3);</p><p>　　mag3=abs(h3);</p

42、><p>　　db3=20*log10((mag3+eps)/max(mag3));</p><p>　　figure(4);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>　　plot(w1/pi,db1);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg

43、|H(ejw)|'); % axis函數(shù)通常在繪圖中用于</p><p><b>　　%設(shè)置坐標(biāo)值范圍</b></p><p>　　title('用切比雪夫2型設(shè)計(jì)三個(gè)帶通濾波器');</p><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　plot(w2/pi,db2);axis

44、([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');</p><p>　　subplot(3,1,3);</p><p>　　plot(w3/pi,db3);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');&

45、lt;/p><p>　　y1=filter(b1,a1,s); %濾出三路未解調(diào)信號(hào)</p><p>　　y2=filter(b1,a1,s);</p><p>　　y3=filter(b1,a1,s);</p><p><b>　　5、解調(diào)</b></p><

46、;p><b>　　fs=44100</b></p><p>　　y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs); %各個(gè)已調(diào)信號(hào)分別乘以各自</p><p>　　y02=y2.*cos(2*pi*11000*t/fs);%的高頻載波信號(hào)</p><p>　　y03=y3.*cos(2*pi*18000*t/f

47、s);</p><p>　　figure(5) %圖五為解調(diào)后3路信號(hào)各自的頻譜圖</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　stem(t,abs(fft(y01)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p&g

48、t;　　title('解調(diào)后3路信號(hào)各自的頻譜圖');</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　stem(t,abs(fft(y02)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(313)</p>&

49、lt;p>　　stem(t,abs(fft(y03)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p><b>　　6、低通濾波</b></p><p>　　Rp=0.5; %低通濾波器參數(shù)選擇</p><p><b>　　

50、Rs=40;</b></p><p>　　Wp1=3400/(22050);</p><p>　　Ws1=4000/(22050);</p><p>　　[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs); %采用切比雪夫2型(cheby2)帶通濾波器</p><p>　　[b1,a1]=cheby2(n1,R

51、s,Wn1);</p><p>　　[h1,w1]=freqz(b1,a1);</p><p>　　mag1=abs(h1);</p><p>　　db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));</p><p>　　figure(6) %圖六為低通濾波器的頻率響應(yīng)</p><p&

52、gt;　　plot(w1/pi,db1);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');</p><p>　　title('低通濾波器的頻率響應(yīng)');</p><p>　　7、恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜分析</p><p>　　yy1=filter(b1

53、,a1,y01);</p><p>　　yy2=filter(b1,a1,y02);</p><p>　　yy3=filter(b1,a1,y03);</p><p>　　figure(7) %圖七為恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　plot(t

54、,yy1);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');</p><p>　　title('恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形');</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　plot(t,yy2);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');</p

55、><p>　　subplot(313)</p><p>　　plot(t,yy3);xlabel('單位：s');ylabel('幅度'); </p><p>　　figure(8) %圖八為恢復(fù)信號(hào)的頻譜分析</p><p>　　subplot(311)</p><p&

56、gt;　　stem(t,abs(fft(yy1)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　title('恢復(fù)信號(hào)的頻譜分析');</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　stem(t,abs(fft(yy2)));xlabel('單位:Hz&

57、#39;);ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(313)</p><p>　　stem(t,abs(fft(yy3)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　wavplay(yy1,fs); %恢復(fù)聲音信號(hào)的再現(xiàn)</p>