版權(quán)說明:本文檔由用戶提供并上傳,收益歸屬內(nèi)容提供方,若內(nèi)容存在侵權(quán),請進(jìn)行舉報或認(rèn)領(lǐng)
文檔簡介
1、<p> *******************</p><p><b> 實踐教學(xué)</b></p><p> *******************</p><p><b> 計算機(jī)與通信學(xué)院</b></p><p><b> 2015年秋季學(xué)期</b>&
2、lt;/p><p> 信號處理 課程設(shè)計 </p><p> 題 目: 頻分多路系統(tǒng)的設(shè)計 </p><p> 專業(yè)班級: 12級通信工程 </p><p> 姓 名: </p><p> 學(xué) 號: &l
3、t;/p><p> 指導(dǎo)教師: </p><p> 成 績: </p><p><b> 摘要</b></p><p> 頻分多路復(fù)用,是指載波帶寬被劃分為多種不同頻帶的子信道,每個子信道可以并行傳送一路信號的一種多路復(fù)用技術(shù)。F
4、DM常用于模擬傳輸?shù)膶拵ЬW(wǎng)絡(luò)中。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多。如果一個信道只傳送一路信號是非常浪費(fèi)的,為了能夠充分利用信道的帶寬,就可以采用頻分復(fù)用的方法。在頻分復(fù)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,每路信號用其中一個頻段傳輸,因而可以用濾波器將它們分別濾出來,然后分別解調(diào)接收。本設(shè)計是用FFT實現(xiàn)對三個同頻帶信號的頻分復(fù)用,就是通過Matlab語言來實現(xiàn)的。本設(shè)計報告分析了數(shù)字信號
5、處理課程設(shè)計的過程。用Matlab進(jìn)行數(shù)字信號處理課程設(shè)計的思路,并闡述了課程設(shè)計的具體方法、步驟和內(nèi)容。 </p><p> 關(guān)鍵詞:濾波器設(shè)計;頻分復(fù)用;頻譜分析</p><p><b> 目錄</b></p><p><b> 前言1</b></p><p> 一、設(shè)計任務(wù)
6、及要求2</p><p> 1.1 設(shè)計任務(wù)2</p><p> 1.2 設(shè)計要求2</p><p> 二、設(shè)計作用及其目的3</p><p> 三、設(shè)計過程及原理4</p><p> 3.1 頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型建立4</p><p> 3.2 語音信號采樣6<
7、/p><p> 3.3 語音信號的調(diào)制8</p><p> 3.4 系統(tǒng)的濾波器設(shè)計9</p><p> 3.5 信道噪聲10</p><p> 四、MATLAB仿真11</p><p> 4.1 語音信號的時域和頻域仿真11</p><p> 4.2 復(fù)用信號的頻譜仿真13
8、</p><p> 4.3傳輸信號的仿真13</p><p> 4.5解調(diào)信號的頻譜仿真14</p><p> 4.6恢復(fù)信號的時域與頻域仿真15</p><p><b> 五、心得體會18</b></p><p><b> 六、附錄19</b></
9、p><p><b> 七、參考文獻(xiàn)25</b></p><p><b> 前言</b></p><p> 當(dāng)一條物理信道的傳輸能力高于一路信號的需求時,該信道就可以被多路信號共享。復(fù)用就是解決如何利用一條信道同時傳輸多路信號的技術(shù)。其目的是為了充分利用信道的頻帶或時間資源,提高信道的利用率。信號多路復(fù)用有兩種常用的方法
10、,即頻分復(fù)用和時分復(fù)用。頻分復(fù)用主要用于模擬信號的多路傳輸,也可用于數(shù)字信號。 </p><p> 頻分復(fù)用是一種用頻率來劃分信道的復(fù)用方式。在FDM中,信道的帶寬被分成多個相互不重疊的頻段(子通道),每路信號占據(jù)其中一個子通道,并且各路之間必須留有未被使用的頻帶(防護(hù)頻帶)進(jìn)行分隔,以防止信號重疊。在接收端,采用適當(dāng)?shù)膸V波器將多路信號分開,從而恢復(fù)出所需要的信號 </p>
11、<p> 頻分復(fù)用系統(tǒng)的主要優(yōu)點是信道復(fù)用率高,允許復(fù)用的路數(shù)多,分路也很方便,技術(shù)成熟。因此,它成為目前模擬通信中最主要的一種復(fù)用方式。特別是在有線和微波通信系統(tǒng)中應(yīng)用十分廣泛。頻分復(fù)用系統(tǒng)的主要缺點是設(shè)備生產(chǎn)比較復(fù)雜,會因濾波器件特性不夠理想和信道內(nèi)存在非線性而產(chǎn)生路間干擾。 </p><p> 本課程設(shè)計利用SIMULINK仿真工具對頻分復(fù)用系統(tǒng)進(jìn)行仿真。SIMULINK是MATL
12、AB中的一個建立系統(tǒng)方框圖和基于方框圖級的系統(tǒng)仿真環(huán)境,是一個對動態(tài)系統(tǒng)進(jìn)行建模、仿真并對仿真結(jié)果進(jìn)行分析的軟件包。</p><p><b> 一、概述</b></p><p><b> 1.1 設(shè)計任務(wù)</b></p><p> 根據(jù)頻分復(fù)用的通信原理,運(yùn)用Matlab軟件采集兩路以上的語音信號,選擇合適的高頻載波
13、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(yùn)用Matlab進(jìn)行仿真,并對各個信號進(jìn)行時域和頻域分析。</p><p><b> 1.2 設(shè)計要求</b></p><p> (1)使用Matlab軟件畫出采樣后語音信號的時域波形和頻譜圖。</p><p> (2)選擇合適的高頻載
14、波,對采樣信號進(jìn)行調(diào)制。</p><p> ?。?)使用Matlab軟件畫出復(fù)用信號的頻譜圖。</p><p> (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)。</p><p> ?。?)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。</p><p> ?。?)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
15、譜圖。</p><p> 二、設(shè)計作用及其目的</p><p> FDMA(Frequency Division Multiple Access)是數(shù)據(jù)通信中的一種技術(shù),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(shù)可以使不同的用戶分配在時隙相同 而頻率不同的信道上傳輸。按照這種技術(shù),把在頻分多路傳輸系統(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
16、容量可根據(jù)要求動態(tài)地進(jìn)行交換。本次課程設(shè)計通過Matlab軟件對FDMA系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究,可以加深對FDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握。</p><p> 通過這次課程設(shè)計可達(dá)到以下的目的:</p><p> ?。?)鞏固課本所學(xué)的有關(guān)理論知識。</p><p> ?。?)加深對FDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握相關(guān)知識。</p><p> (3)掌
17、握帶通濾波器和低通濾波器的設(shè)計</p><p> (4)掌握Matlab軟件的基本使用。</p><p> (5)學(xué)會運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行一些仿真和設(shè)計。</p><p><b> 三、設(shè)計過程及原理</b></p><p> 3.1 頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型建立</p><p> 頻分
18、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)星通信、移動通信、一點多址微波通信系統(tǒng)中。</p><p> 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。例如,在電話通信系統(tǒng)中,語音信號頻譜在300—3400Hz內(nèi),而一條干線的通信資源往往遠(yuǎn)大于傳送一路語音信號所需的帶寬。這時,如果用一條干線只傳一路語音
19、信號會使資源大大的浪費(fèi),所以常用的方法是“復(fù)用”,使一條干線上同時傳輸幾路電話信號,提高資源利用率。</p><p> 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,如圖(1)所示。然后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,合并在一起不會相互影響,并且能再接收端彼此分離開。</p><p> 頻分復(fù)用的關(guān)鍵技
20、術(shù)是頻譜搬移技術(shù),該技術(shù)是用混頻來實現(xiàn)的?;祛l的原理,如圖(2)所示。</p><p> 混頻過程的時域表示式為:</p><p> f0t) (1)cos(2x(t)s(t)</p><p> 圖 1 頻分復(fù)用的子頻帶劃分</p><p> 其雙邊帶頻譜結(jié)構(gòu)如圖(3)所示。其中,下邊帶也稱為反轉(zhuǎn)邊帶,從低到高的頻率分量是基帶頻率分量
21、的翻轉(zhuǎn),雙邊帶頻譜經(jīng)過低通濾波就可以得到下邊帶;上邊帶也稱為正立邊帶,從低到高頻率分量與基帶頻率分量一致,雙邊帶頻譜經(jīng)過高通濾波就可以得到上邊帶。</p><p><b> 圖 2 混頻原理</b></p><p> 圖 3 雙邊帶頻譜結(jié)構(gòu)</p><p> 從圖(3)可以看出上、下邊帶所包含的信息相同,所以恢復(fù)原始數(shù)據(jù)信息只要上邊帶和下
22、邊帶的其中之一即可。另外,混頻器本身不是線性設(shè)備。線性設(shè)備的輸出與輸入信號具有相同的頻率成分,只以幅度和相位的不同來區(qū)分。但是,混頻器所對應(yīng)的調(diào)制方式之所以稱之為“線性調(diào)制”,主要是由于從頻譜的角度只進(jìn)行了簡單的搬移。</p><p> 在FDMA通信系統(tǒng)中,首先把傳輸頻帶劃分為若干個較窄的且互不重疊的子頻帶,每個用戶分配帶一個固定子頻帶,按頻帶區(qū)分用戶,如圖(4)所示。信號調(diào)制到該子頻帶內(nèi),各用戶信號同時傳送
23、,接收時分別按頻帶提取信號,實現(xiàn)多址通信。所以FDMA實現(xiàn)的是頻率域上的正交性。</p><p> 其中FDMA的正交分割條件為:</p><p> m (2)0,nm1,nf1f2xm(f)xn(f)df</p><p> 如果用理想濾波器分割各用戶信號,不需要保護(hù)間隔也能滿足正交分割條件。但是,理想濾波器在工程上是不可能實現(xiàn)的,則各信號間總存在一定的相關(guān)性
24、,總會有一定的干擾。因此各頻帶之間需留有一定的保護(hù)間隔以減少各頻帶之間的串?dāng)_。</p><p> FDMA有采用模擬調(diào)制的,也有采用數(shù)字調(diào)制方式的,可以由一組模擬信號用頻分復(fù)用方式(FDM/FDMA)或一組數(shù)字信號用時分復(fù)用方式(TDM/FDMA)占用一個較寬的頻帶,調(diào)制到相應(yīng)的子頻帶后傳送到同一個地址。</p><p> 圖 4 頻分多址的子頻帶劃分</p><p
25、> 通過前面的分析可以得出FDMA通信系統(tǒng)之所以可以使不同的用戶分配在時隙相同而頻率不同的信道上傳輸,其核心的思想是頻分復(fù)用。即不同的信號運(yùn)用不同的載波進(jìn)行調(diào)制,而載波帶寬被劃分為多種不同頻帶的子信道,每個子信道可以并行傳送一路信號。而接收端通過不同的帶通濾波器將各路不同的信號提取出來,再通過解調(diào)和低通濾波器,進(jìn)而恢復(fù)原始信號。從而可以得到如圖(5)所示的簡化FDMA通信模型。</p><p> 3.2
26、 語音信號采樣</p><p> 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fs,則抽樣周期為Ts。抽樣以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,f(t)為輸入的被抽樣信號,p(t)為抽樣信號,而f0(t)為抽樣后輸出信號。理想的抽樣應(yīng)是沖激序列,但
27、實際抽樣通常是平頂抽樣或自然抽樣。 </p><p> 圖5 頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型</p><p> 圖 6 抽樣過程波形</p><p> 抽樣的理論基礎(chǔ)是抽煙定理,它說明在什么條件下能從抽樣輸出信號f0(t)中恢復(fù)輸入信號f(t)。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f
28、0(t)能完全恢復(fù)連續(xù)信號f(t),抽樣信號重復(fù)頻率fs必須大于等于2倍的fH,fH為包含任何干擾在內(nèi)的信號f(t)的最高有效頻率,即fs2fH(3),2fH為奈奎斯特頻率。</p><p> 由于實際濾波器特性的不理想,抽樣頻率fs通常都有高于fH,一般取3到5倍fH。語音信號頻譜在300—3400Hz內(nèi),由(3)式可知語音采樣頻率fs必須大于6.8KHz。在MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中提供語音采集wavreco
29、rd命令,wavrecord命令利用Windows 音頻輸入設(shè)備記錄聲音,其調(diào)用形式為:wavrecord (n ,fs ,ch)。利用Windows音頻輸入設(shè)備記錄n個音頻采樣, 頻率為fs Hz ,通道數(shù)為ch。采樣值返回到一個大小為n*ch 的矩陣中。缺省時,fs = 11025 ,ch = 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
30、采用頻率為44100Hz,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。</p><p> 3.3 語音信號的調(diào)制</p><p> 語音信號的調(diào)制即為頻分復(fù)用的混頻過程,該過程關(guān)鍵是對各路語音信號載波頻率的選取?;祛l過程的時域表示式如前面的(1)式所示,為雙邊帶信號(DSB),它的帶寬是基帶信號帶寬fH的2倍,即調(diào)
31、制后的帶寬為:</p><p> 2fH (4)B3.4kHz,所以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fg,由于</p><p> fH (5)3.4kHz22fHBfg</p><p> 另外,在選取各路信號載波頻率時,還需要考慮混疊頻率fa。所謂混疊頻率,就是當(dāng)利用一個抽樣頻率為fs的離散時間系統(tǒng)進(jìn)行信號處
32、理時信號所允許的最高頻率。</p><p> 12fs (6)22.05kHz,任何大于fa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: </p><p> fa(7)44.1kHz1212fs44.1kHz,所以混疊頻率: fa由于前面語音信號采樣頻率fs 綜合上述考慮,由(5)式可取載波頻率間隔fg為7000Hz,由(7)式可知最高載
33、波頻率要小于fa為22050Hz,如果本次設(shè)計取第1路語音信號的載波頻率fc1為4000Hz,則第2路信號的載波頻率fc2為11000Hz,第3路信號的載波頻率fc3為18000Hz。同時滿足最高載波頻率fc3 fa的要求。</p><p> 根據(jù)前面的混頻原理,可以得到如圖(7)所示的頻譜結(jié)構(gòu)。</p><p> 圖 7 三路語音信號調(diào)制后頻譜結(jié)構(gòu)</p><p&
34、gt; 3.4 系統(tǒng)的濾波器設(shè)計</p><p> Wp時,為高通濾波器;當(dāng)Ws和Wp為二元矢量時,為帶通或帶阻濾波器。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,將采用切比雪夫2型濾波器。使用MATLAB設(shè)計切比雪夫2型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)最大衰減系數(shù)Rp、阻帶區(qū)最小衰減系數(shù)Rs、通帶邊界頻率歸一化值Wp和阻帶
35、邊界頻率歸一化值Ws。其中當(dāng)Ws</p><p> 本次設(shè)計中可取最大衰減系數(shù)Rp為0.5dB,阻帶區(qū)最小衰減系數(shù)Rs 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(7)可以得出,當(dāng)語音信號的載波頻率
36、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 7600]。設(shè)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:</p><p> Wp1=[4200 7500]/22050</p><p> Ws1=[4100 76
37、00]/22050</p><p> 在確定了帶通濾波器的4個參數(shù)后,使用MATLAB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 (單位為弧度/秒)。其該函數(shù)的調(diào)用形式為:</p><p> cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs) (8)[n,Wn] 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(diào)用MATLAB軟件中的cheby2函數(shù),進(jìn)
38、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:</p><p> cheby2(n,Rs,Wn) (9)[b,a] 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)a,最后通過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:</p><p> filter (b,a,s) (10)y 式中的s為被濾波信號,y
39、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。</p><p><b> 3.5 信道噪聲</b></p><p> 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
40、有一對輸入端和一對輸出端,其輸入端信號電壓ei(t)和輸出端電壓eo(t)間的關(guān)系可以用下式表示:</p><p> n(t) (11)f[ei(t)]eo(t)</p><p> 式中:ei(t)為信道輸入端信號電壓;eo(t)為信道輸出端得信號電壓;n(t)為噪聲電壓。由于信道中的噪聲n(t)是疊加在信號上的,而且無論有無信號,噪聲n(t)是始終存在的。當(dāng)沒有信號輸入時,信道輸出端
41、也有加性干擾輸出。f[ei(t)]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,</p><p> k(t)ei(t) f[ei(t)]k(t),即信道的作用相當(dāng)于對輸入信號乘一個系數(shù)可以假設(shè)這樣,式(11)就可以改寫為:</p><p> n(t) (12)k(t)ei(t)eo(t)</p><p> 式(12)就是調(diào)制信道的一般數(shù)學(xué)模型。
42、其數(shù)學(xué)模型圖可以圖(8)所示。k(t)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)。</p><p> 圖 8 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型</p><p> 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,所以熱噪聲又常稱為白噪聲。由于熱噪聲是由大量自由電子的運(yùn)動產(chǎn)生
43、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。</p><p> 四、MATLAB仿真</p><p> 4.1 語音信號的時域和頻域仿真</p><p> ?。?) 信號的時域仿真</p><p> 使用MATLAB軟件可以對采集的語音信號
44、進(jìn)行時域和頻域分析??梢允褂胹ubplot(m,n,p)或者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),y為縱坐標(biāo),繪制圖形??傻玫饺鐖D(9)所示的時域分析圖</p><p> 圖9 聲音樣本
45、的時域分析圖</p><p><b> ?。?)信號頻域仿真</b></p><p> 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
46、頻譜圖的繪制??梢缘玫饺鐖D(10)所示的聲音信號頻譜分析圖。</p><p> 圖(10)聲音信號頻譜分析圖</p><p> 4.2 復(fù)用信號的頻譜仿真</p><p> 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路信號變?yōu)橐宦窂?fù)用信號s,通過MATLAB軟件中stem(t,abs(fft(s)),
47、'.')命令對復(fù)用信號s進(jìn)行了頻譜分析,其頻譜分析如圖(11)所示。</p><p> 圖11 復(fù)用信號的頻譜分析</p><p> 4.3傳輸信號的仿真</p><p> 我們都知道FDMA通信系統(tǒng)的復(fù)用信號傳輸是通過空氣介質(zhì)傳輸?shù)?,?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
48、高斯白噪聲。</p><p> 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)度假定為0dBW。如果x是復(fù)數(shù),就加入復(fù)噪聲。通過前面的調(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
49、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(12)為加入高斯白噪聲后,復(fù)用信號ys的頻譜圖。</p><p> 圖12 加入高斯白噪聲后復(fù)用信號的頻譜分析</p><p> 4.5解調(diào)信號的頻譜仿真</p><p> 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
50、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y03。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(13)所示。</p><p> 圖13 解調(diào)后信號的頻譜圖</p><p> 4.6恢復(fù)信號的時域與頻域仿真</p>
51、<p> 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(14)所示。</p><p> 圖14 恢復(fù)信號的時域波形</p><p> 圖15 恢復(fù)信號的頻譜圖
52、</p><p> 同樣調(diào)用MATLAB中的stem(t,abs(fft(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(15)所示。</p><p> 程序的最后為語音的再現(xiàn),與前面語音播放一樣,可以直接使用MATLAB中wavplay(yy1,fs)函數(shù)對語音1進(jìn)行播放,其它兩路信號播放方式相同。</p><p><b
53、> 五、心得體會</b></p><p> 經(jīng)這次課程設(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。</p><p> 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
54、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)計。</p><p> 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
55、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。</p><p><b> 六、附錄</b></p><p> MATLAB仿真程序</p><p> %(1)獲取錄音文件</p>&
56、lt;p><b> pause</b></p><p> fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1Khz</p><p> duration=3; %錄音時間為3s</p><p> fprintf('按任意鍵開始錄音1:\n');</p><p><b> pause&l
57、t;/b></p><p> fprintf('錄音中···\n');</p><p> sd1=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次獲得總的采樣數(shù)為132300,保存</p><p><b> 聲音文件名為sd1</b></p>
58、<p> fprintf('放音中···\n');</p><p> wavplay(sd1,fs);</p><p> fprintf('錄音1播放完畢。\n');</p><p> wavwrite(sd1,fs,'sound1.wav'); %將錄音文件保存為W
59、AV格式的聲音文件 fprintf('按任意鍵開始錄音2:\n');</p><p><b> pause</b></p><p> fprintf('錄音中···\n');</p><p> sd2=wavrecord(duration*fs,fs);</p>
60、<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,'sound2.wav');</p>&
61、lt;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,fs);</p>
62、<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>&
63、lt;p> %(2)聲音樣本的時域和頻域分析</p><p> fprintf('按任意鍵開始聲音樣本的時域分析:\n');</p><p><b> pause</b></p><p> fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1Khz duration=3;</p><p> t=
64、0:duration*fs-1; %總的采樣數(shù)</p><p> [sd1,fs]=wavread('sound1.wav'); %打開保存的錄音文件</p><p> [sd2,fs]=wavread('sound2.wav');</p><p> [sd3,fs]=wavread('sound3.wav');
65、</p><p> figure(1) %圖一為三個聲音樣本的時域波形 subplot(311)</p><p> plot(t,sd1);xlabel('單位:s');ylabel('幅度');</p><p> title('三個聲音樣本的時域波形');</p><p> subpl
66、ot(312)</p><p> plot(t,sd2);xlabel('單位:s');ylabel('幅度');</p><p> subplot(313)</p><p> plot(t,sd3);xlabel('單位:s');ylabel('幅度');</p><p>
67、; fprintf('按任意鍵開始聲音樣本的頻域分析:\n');</p><p><b> pause</b></p><p> figure(2) %圖二為三個聲音樣本的頻譜分析 subplot(311)</p><p> stem(t,abs(fft(sd1)),'.'); %fft對聲音信號進(jìn)行快速
68、傅里葉變換 xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p> title('三個聲音樣本的頻譜分析');</p><p> subplot(312)</p><p> stem(t,abs(fft(sd2)),'.');xlabel('單位:Hz');y
69、label('幅度');</p><p> subplot(313)</p><p> stem(t,abs(fft(sd3)),'.');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進(jìn)行調(diào)制</p><p
70、> fprintf('按任意鍵開始信號的調(diào)制和復(fù)用信號頻域分析:\n');</p><p><b> pause</b></p><p> x1=4*sd1'.*cos(2*pi*4000*t/fs);</p><p> x2=4*sd2'.*cos(2*pi*11000*t/fs);</p&
71、gt;<p> x3=4*sd3'.*cos(2*pi*18000*t/fs);</p><p> s=x1+x2+x3;</p><p><b> figure(3)</b></p><p> stem(t,abs(fft(s)),'.');xlabel('單位:Hz');ylab
72、el('幅度');</p><p> title('復(fù)用信號的頻譜分析');</p><p> %(4)信號傳輸仿真設(shè)計</p><p> fprintf('按任意鍵開始信道仿真設(shè)計:\n'); %加入高斯白噪聲</p><p><b> pause</b><
73、/p><p> ys=awgn(s,20);</p><p> snr=10*log10((s*s')/((s-ys)*(s-ys)'));</p><p> snr %計算信噪比</p><p><b> figure(4)</b></p><p> stem(t,abs(
74、fft(ys)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p> title('加入高斯白噪聲后復(fù)用信號的頻譜分析');</p><p> %(5)帶通濾波器的設(shè)計</p><p> fprintf('按任意鍵開始帶通濾波器的設(shè)計:\n');
75、</p><p><b> pause</b></p><p><b> Rp=0.5;</b></p><p><b> Rs=40;</b></p><p> Wp1=[4000 8000]/22050;</p><p> Ws1=[380
76、0 8500]/22050;</p><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>
77、 db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));</p><p> Wp2=[9000 13000]/22050;</p><p> Ws2=[8000 14000]/22050;</p><p> [n2,Wn2]=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs);</p><p> [b2,a2]=cheb
78、y2(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;</p><p>
79、 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>
80、;<p> db3=20*log10((mag3+eps)/max(mag3));</p><p> figure(5);</p><p> subplot(3,1,1);</p><p> plot(w1/pi,db1);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(
81、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,db2);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');&
82、lt;/p><p> subplot(3,1,3);</p><p> plot(w3/pi,db3);axis([0 1 -50 20]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');</p><p> y1=filter(b1,a1,ys);</p><p> y2=fi
83、lter(b2,a2,ys);</p><p> y3=filter(b3,a3,ys);</p><p><b> %(6)解調(diào)</b></p><p> fprintf('按任意鍵開始信號的解調(diào)和3路信號頻域分析:\n');</p><p><b> pause</b>&
84、lt;/p><p><b> fs=44100;</b></p><p> y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs);</p><p> y02=y2.*cos(2*pi*11000*t/fs);</p><p> y03=y3.*cos(2*pi*18000*t/fs);</p><
85、;p><b> figure(6)</b></p><p> subplot(311)</p><p> stem(t,abs(fft(y01)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p> title('解調(diào)后的3路信號各自的頻譜
86、圖');</p><p> subplot(312)</p><p> stem(t,abs(fft(y02)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p> subplot(313)</p><p> stem(t,abs(fft(y0
87、3)),'.');xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p><b> %(7)低通濾波</b></p><p> fprintf('按任意鍵開始低通濾波器的設(shè)計:\n');</p><p><b> pause</b>&
88、lt;/p><p><b> Rp=0.5;</b></p><p><b> Rs=40;</b></p><p> Wp1=3400/22050;</p><p> Ws1=4000/22050;</p><p> [n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1
89、,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+eps)/max(mag1));</p><p> fi
90、gure(7);</p><p> plot(w1/pi,db1);</p><p> axis([0 1 -50 20]);</p><p> xlabel('w/pi');</p><p> ylabel('20lg|H(ejw)|');</p><p> title(
91、39;低通濾波器的頻率響應(yīng)');</p><p> %(8)恢復(fù)信號的時域波形和頻譜分析</p><p> fprintf('按任意鍵開始恢復(fù)信號以及3路信號時域分析:\n');</p><p><b> pause</b></p><p> yy1=filter(b1,a1,y01);&
92、lt;/p><p> yy2=filter(b1,a1,y02);</p><p> yy3=filter(b1,a1,y03);</p><p> figure(8) %圖七恢復(fù)信號的時域波形 subplot(311)</p><p> plot(t,yy1);xlabel('單位:s');ylabel('幅度&
93、#39;);</p><p> title('恢復(fù)信號的時域波形');</p><p> subplot(312)</p><p> plot(t,yy2);xlabel('單位:s');ylabel('幅度');</p><p> subplot(313)</p><
94、;p> plot(t,yy3);xlabel('單位:s');ylabel('幅度');</p><p> fprintf('按任意鍵開始3路信號頻域分析:\n');</p><p><b> pause</b></p><p> figure(9) %圖八恢復(fù)信號的頻譜分析 sub
95、plot(311)</p><p> stem(t,abs(fft(yy1)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p> title('恢復(fù)信號的頻譜分析');</p><p> subplot(312)</p><p> stem(t,abs(ff
96、t(yy2)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p> subplot(313)</p><p> stem(t,abs(fft(yy3)));xlabel('單位:Hz');ylabel('幅度');</p><p> fprintf('按任意鍵使
97、聲音再現(xiàn):\n');</p><p><b> pause</b></p><p> fprintf('放音中···\n');</p><p> wavplay(yy1,fs);</p><p> wavplay(yy2,fs);</p><
98、;p> wavplay(yy3,fs);</p><p> fprintf('放音完畢,仿真結(jié)束!\n');</p><p><b> 七、參考文獻(xiàn)</b></p><p> ?、?陳慧慧、鄭賓主編:《頻分多址接入模型設(shè)計及MATLAB仿真計算》</p><p> 第三版,北京,高等教育出版
99、社,2000</p><p> ?、?李建新、劉乃安、劉繼平主編:《現(xiàn)代通信系統(tǒng)分析與仿真MATLAB</p><p> 通信工具箱》 西安,西安電子科技大學(xué)出版社,2000</p><p> ?、?鄧華等主編:《MATLAB通信仿真及應(yīng)用實例詳解》,北京,人民郵電</p><p><b> 出版社,2003</b>
溫馨提示
- 1. 本站所有資源如無特殊說明,都需要本地電腦安裝OFFICE2007和PDF閱讀器。圖紙軟件為CAD,CAXA,PROE,UG,SolidWorks等.壓縮文件請下載最新的WinRAR軟件解壓。
- 2. 本站的文檔不包含任何第三方提供的附件圖紙等,如果需要附件,請聯(lián)系上傳者。文件的所有權(quán)益歸上傳用戶所有。
- 3. 本站RAR壓縮包中若帶圖紙,網(wǎng)頁內(nèi)容里面會有圖紙預(yù)覽,若沒有圖紙預(yù)覽就沒有圖紙。
- 4. 未經(jīng)權(quán)益所有人同意不得將文件中的內(nèi)容挪作商業(yè)或盈利用途。
- 5. 眾賞文庫僅提供信息存儲空間,僅對用戶上傳內(nèi)容的表現(xiàn)方式做保護(hù)處理,對用戶上傳分享的文檔內(nèi)容本身不做任何修改或編輯,并不能對任何下載內(nèi)容負(fù)責(zé)。
- 6. 下載文件中如有侵權(quán)或不適當(dāng)內(nèi)容,請與我們聯(lián)系,我們立即糾正。
- 7. 本站不保證下載資源的準(zhǔn)確性、安全性和完整性, 同時也不承擔(dān)用戶因使用這些下載資源對自己和他人造成任何形式的傷害或損失。
最新文檔
- 預(yù)均衡正交頻分多路復(fù)用系統(tǒng)性能研究.pdf
- 同步和多路復(fù)用
- 信號與系統(tǒng)課程設(shè)計--頻分復(fù)用通信系統(tǒng)的仿真設(shè)計
- 多路復(fù)用的智能冷柜控制系統(tǒng)設(shè)計.pdf
- 頻分多路系統(tǒng)的設(shè)計
- 基于0.18umcmos多路復(fù)用器設(shè)計
- 移動終端設(shè)備中多路復(fù)用系統(tǒng)的設(shè)計與實現(xiàn).pdf
- 通信原理課程設(shè)計---基于sysyemview的pcm時分復(fù)用多路系統(tǒng)設(shè)計
- 數(shù)字信號處理課程設(shè)計--fft實現(xiàn)信號的頻分復(fù)用
- 課程設(shè)計----三個同頻帶信號的頻分復(fù)用(gui設(shè)計)
- 智游推送io多路復(fù)用詳解—select
- 基于AOS的多路復(fù)用技術(shù)研究.pdf
- 遠(yuǎn)程多路復(fù)用終端服務(wù)器網(wǎng)絡(luò)管理設(shè)計與實現(xiàn).pdf
- 基于matlab頻分復(fù)用系統(tǒng)的研究與仿真設(shè)計課程考核報告
- 多路智能溫度測控系統(tǒng)設(shè)計_課程設(shè)計
- 課程設(shè)計---多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)設(shè)計
- 衛(wèi)星導(dǎo)航信號多路復(fù)用理論及仿真分析.pdf
- 一種智能多路復(fù)用信號的分析.pdf
- MPEG-2傳輸流多路復(fù)用的軟件設(shè)計與實現(xiàn).pdf
- 多路數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)課程設(shè)計
評論
0/150
提交評論