fdma頻分多址通信課程設(shè)計

1、<p><b>　　信息科學與工程學院</b></p><p><b>　　課程設(shè)計報告書</b></p><p>　　課程名稱： 數(shù)字信號處理課程設(shè)計 </p><p>　　班 級： 電子信息工程2007級 6 班 </p><p>　　學 號：

2、 </p><p>　　姓 名： </p><p>　　指導教師： </p><p>　　二○一○年 01 月 </p><p><b>　　一、課程設(shè)計目的</b></p>

3、<p>　　綜合運用本課程的理論知識進行頻譜分析以及濾波器設(shè)計，通過理論推導得出相應(yīng)結(jié)論，并利用MATLAB作為編程工具進行計算機實現(xiàn)，從而復習鞏固了課堂所學的理論知識，提高了對所學知識的綜合應(yīng)用能力，并從實踐上初步實現(xiàn)了對數(shù)字信號的處理。</p><p><b>　　課程設(shè)計內(nèi)容及要求</b></p><p><b>　　設(shè)計內(nèi)容：</b&

4、gt;</p><p>　　在Matlab 環(huán)境中，利用編程方法對FDMA通信模型進行仿真研究。</p><p><b>　　設(shè)計要求：</b></p><p>　　（1）Matlab支持麥克風，可直接進行聲音的錄制，要求錄制3路不同人的語音信號，并對錄制的信號進行采樣；畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖。</p><p&

5、gt;　?。?）將各路語音信號分別與各自的不同的高頻載波信號相乘，由于各高頻載波信號將各語音信號頻譜移到不同頻段，復用信號頻譜為各信號頻譜的疊加，因此，只需傳輸該復用信號便可在同一信道上實現(xiàn)各路語音信號的同時傳輸。畫出復用信號的頻譜圖。</p><p>　　（3）傳輸完成后，通過選擇合適的帶通濾波器，即可獲得各個已調(diào)信號；給定濾波器的性能指標，設(shè)計合適數(shù)字濾波器，并畫出帶通濾波器的頻率響應(yīng)。</p>

6、<p>　?。?）再進行解調(diào)，即將各個已調(diào)信號分別乘以各自的高頻載波信號，這樣，原始低頻信號被移到低頻段。畫出解調(diào)后3路信號各自的頻譜圖。</p><p>　　（5）最后通過選擇合適的低通濾波器恢復出各原始語音信號，從而實現(xiàn)FDMA通信傳輸。畫出低通濾波器的頻率響應(yīng)，恢復信號的時域波形和頻譜，并對濾波前后的信號進行對比，分析信號的變化?；胤耪Z音信號。</p><p><b

7、>　　詳細設(shè)計過程</b></p><p>　　錄音模塊：首先，Matlab中支持麥克風，因此可直接錄制三段語音信號，并保存和播放。由時域采樣定理知采樣頻率要大于信號高頻率的兩倍，而且調(diào)制時要將音頻調(diào)到不同的頻段，所以選取采樣頻率時，可選高一點，便于調(diào)制?？蛇xfs為44100Hz, 為CD音質(zhì)。</p><p>　　調(diào)制與解調(diào)模塊：首先設(shè)計載波頻率，各個載頻的間隔既要大于

8、2倍的聲音的最高截止頻率,而且最高的載頻與采樣頻率也必須大于2倍的聲音的最高截止頻率。因為fs為44100Hz，所以選擇載波頻率時，最好不超過fs/2，否則Ω+ω 容易與ω+fs-Ω相混淆（ω為載頻，Ω為聲音最高截止頻率，f為采樣頻率）。綜合考慮三個載頻分別取為4000Hz,11000Hz,18000Hz。然后將三路調(diào)制信號相加得到復用信號，并對其進行頻譜分析。接著經(jīng)過帶通濾波出三路信號后，再解調(diào)并分析各路信號的頻譜。</p>

9、;<p>　　濾波器模塊：為達到較好效果，采用切比雪夫2型濾波器，并且取Rp=0.5;Rs=40; 三個帶通濾波器分別要濾出三路信號，其通頻帶要依據(jù)載頻而定，可以濾出上邊頻，也可以濾出下邊頻。綜合最后的試聽效果，分別同頻帶取4300~7400Hz，7600~11000Hz，14600~18000Hz。由于三個信號都是人的聲音信號，有著相同的頻率范圍，所以可以共用一個低通濾波器，且低通濾波器的通帶范圍為0~3400Hz。&l

10、t;/p><p><b>　　代碼及圖形</b></p><p>　　%(1)獲取錄音文件</p><p>　　fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1khz</p><p>　　duration=3; %錄音的時間<

11、/p><p>　　fprintf('按任意鍵開始錄音1:\n');</p><p><b>　　pause</b></p><p>　　fprintf('錄音中……\n');</p><p>　　sd1=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次

12、獲得總的采樣數(shù)為132300,保存聲音</p><p>　　fprintf('放音中……\n'); %文件名為s1,以下類同.</p><p>　　wavplay(sd1,fs);</p><p>　　fprintf('錄音1播放完畢。\n');</p><p>　　wavwrite(sd1

13、,fs,'sound1.wav'); %將錄音文件保存為wav格式的聲音文件，下同</p><p>　　fprintf('按任意鍵開始錄音2:\n');</p><p><b>　　pause</b></p><p>　　fprintf('錄音中……\n');</p><

14、p>　　sd2=wavrecord(duration*fs,fs);</p><p>　　fprintf('放音中……\n');</p><p>　　wavplay(sd2,fs);</p><p>　　fprintf('錄音2播放完畢。\n');</p><p>　　wavwrite(sd2,fs,&#

15、39;sound2.wav');</p><p>　　fprintf('按任意鍵開始錄音3:\n');</p><p><b>　　pause</b></p><p>　　fprintf('錄音中……\n');</p><p>　　sd3=wavrecord(duration*fs

16、,fs);</p><p>　　fprintf('放音中……\n');</p><p>　　wavplay(sd3,fs);</p><p>　　fprintf('錄音3播放完畢。\n');</p><p>　　wavwrite(sd3,fs,'sound3.wav');</p>

17、<p>　　%(2)聲音樣本的時域和頻域分析</p><p>　　fs=44100; %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)&

18、lt;/p><p>　　[s1,fs]=wavread('sound1.wav'); %打開保存的錄音文件</p><p>　　[s2,fs]=wavread('sound2.wav');</p><p>　　[s3,fs]=wavread('sound3.wav');</p>

19、<p>　　figure(1) %圖一為三個聲音樣本的時域波形</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　plot(t,s1);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');</p><p>　　title('三個聲音樣本的時

20、域波形');</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　plot(t,s2);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(313)</p><p>　　plot(t,s3);xlabel('單位：s');ylabe

21、l('幅度');</p><p>　　figure(2) %圖二為三個聲音樣本的頻譜分析</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　stem(t,abs(fft(s1)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度

22、'); %fft對聲音信號進行快速傅里葉變換</p><p>　　title('三個聲音樣本的頻譜分析');</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　stem(t,abs(fft(s2)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');&l

23、t;/p><p>　　subplot(313)</p><p>　　stem(t,abs(fft(s3)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　%(3)調(diào)制,將三個聲音信號用高頻載波</p><p>　　x1=4*s1'.*cos(2*p

24、i*4000*t/fs);</p><p>　　x2=4*s2'.*cos(2*pi*11000*t/fs);</p><p>　　x3=4*s3'.*cos(2*pi*18000*t/fs);</p><p>　　s=x1+x2+x3;%復用信號頻譜為各信號頻譜的疊加</p><p>　　figure(3)

25、%圖三為復用信號的頻譜分析</p><p>　　stem(t,abs(fft(s)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　title('復用信號的頻譜分析');</p><p>　　%(4)帶通濾波器設(shè)計</p>&

26、lt;p>　　Rp=0.5;Rs=40; %用切比雪夫2型設(shè)計帶通濾波器1； </p><p>　　Wp1=[4000 8000]/22050; %fs/2=22050 </p><p>　　Ws1=[3800 8500]/22050;</p&

27、gt;<p>　　[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);</p><p>　　[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1);</p><p>　　[h1,w1]=freqz(b1,a1);</p><p>　　mag1=abs(h1);</p><p>　　db1=20*log10((mag1+

28、eps)/max(mag1));</p><p>　　Wp2=[9000 13000]/22050; %用切比雪夫2型設(shè)計帶通濾波器2； </p><p>　　Ws2=[8000 14000]/22050;</p><p>　　[n2,Wn2]=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs);</p><p

29、>　　[b2,a2]=cheby2(n2,Rs,Wn2);</p><p>　　[h2,w2]=freqz(b2,a2);</p><p>　　mag2=abs(h2);</p><p>　　db2=20*log10((mag2+eps)/max(mag2));</p><p>　　Wp3=[14500 18500]/22050;

30、 %用切比雪夫2型設(shè)計帶通濾波器3； </p><p>　　Ws3=[14000 19000]/22050;</p><p>　　[n3,Wn3]=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs);</p><p>　　[b3,a3]=cheby2(n3,Rs,Wn3);</p>

31、;<p>　　[h3,w3]=freqz(b3,a3);</p><p>　　mag3=abs(h3);</p><p>　　db3=20*log10((mag3+eps)/max(mag3));</p><p>　　figure(4);</p><p>　　subplot(3,1,1);</p><p>

32、;　　plot(w1/pi,db1);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');</p><p>　　title('用切比雪夫2型設(shè)計三個帶通濾波器');</p><p>　　subplot(3,1,2);</p><p>　　plot(w2/pi

33、,db2);axis([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

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

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

36、pi*18000*t/fs);</p><p>　　figure(5) %圖五為解調(diào)后3路信號各自的頻譜圖</p><p>　　subplot(311)</p><p>　　stem(t,abs(fft(y01)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p&

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

38、lt;/p><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&

39、gt;<b>　　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,a

40、1]=cheby2(n1,Rs,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)<

41、/p><p>　　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）回復信號的時域波形和頻譜分析</p><p>

42、;　　yy1=filter(b1,a1,y01);</p><p>　　yy2=filter(b1,a1,y02);</p><p>　　yy3=filter(b1,a1,y03);</p><p>　　figure(7) %圖七為恢復信號的時域波形</p><p>　　subplot(311)</p>&

43、lt;p>　　plot(t,yy1);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　plot(t,yy2);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(313)</

44、p><p>　　plot(t,yy3);xlabel('單位：s');ylabel('幅度'); </p><p>　　title('恢復信號的時域波形');</p><p>　　figure(8) %圖八為恢復信號的頻譜分析</p><p>　　subplot(311)&l

45、t;/p><p>　　stem(t,abs(fft(yy1)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　subplot(312)</p><p>　　stem(t,abs(fft(yy2)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p&

46、gt;<p>　　subplot(313)</p><p>　　stem(t,abs(fft(yy3)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p>　　title('恢復信號的頻譜分析');</p><p>　　wavplay(yy1,fs); %恢復

47、聲音信號的再現(xiàn)</p><p>　　wavplay(yy2,fs);</p><p>　　wavplay(yy3,fs);</p><p><b>　　結(jié)果分析與體會</b></p><p><b>　　結(jié)果分析：</b></p><p>　　經(jīng)過不斷的修改調(diào)試，在MATLA

48、B上仿真頻分多址通信技術(shù)取得了較好的效果。錄音的聲音在經(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)置。（詳細設(shè)計中已有介紹，不在贅述）</p><p>　　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，恢復信號在附近的波峰變化最快。即為頻率最高的區(qū)域，引起高頻部分失

49、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)境中進行錄音，可得無失真的恢復信號。最后仿真結(jié)果分析表明，信號在頻分復用時還存在著頻間干擾的問題。對此，采用了適當加大采樣頻率的方法，在較大程度打夯使該問題得以解決。至于完全消除頻譜間的干擾，還有待進一步研究的研究與完善。</p><p><b>　　體會： </b></p><p>　　這次

50、課程設(shè)計中，我不僅復習鞏固了課堂所學的理論知識，提高了對所學知識的綜合應(yīng)用能力，并從實踐上初步實現(xiàn)了對數(shù)字信號的處理。而且通過這次較綜合的課程設(shè)計，對以前在課本中問題沒有弄懂的問題，我都有了更深入的理解。比如時域采樣定理、濾波器參數(shù)設(shè)計等。</p><p>　　總的來說，通過數(shù)字信號處理的這次課程設(shè)計，讓我對《信號與系統(tǒng)》這門課程有了深刻的認識，收獲很大。上學期我們專注于信號的學習，涉及到的復雜的數(shù)學計算分析一度

51、讓我失去學習《信號與系統(tǒng)》的信心和興趣。下學期的系統(tǒng)方面或者說數(shù)字信號處理，以及通信相關(guān)知識的學習，我重新認識了信號處理這門課的地位，更重要的是對于將來學習通信技術(shù)我也增強了很多信心！</p><p><b>　　六、附錄或參考資料</b></p><p>　　頻分多址接入模型設(shè)計及MATLAB仿真計算</p><p>　　作者：陳慧慧,鄭賓