基于MATLAB的频分复用系统的仿真(24页).doc
《基于MATLAB的频分复用系统的仿真(24页).doc》由会员分享,可在线阅读,更多相关《基于MATLAB的频分复用系统的仿真(24页).doc(23页珍藏版)》请在淘文阁 - 分享文档赚钱的网站上搜索。
1、-基于MATLAB的频分复用系统的仿真-第 15 页本科毕业论文(设计)题 目 基于MATLAB的频分复用系统的仿真 院(系) 电子工程与电气自动化学院 专 业 电子科学与技术 学生姓名 阚道广 学 号 09026010 指导教师 马慧 职称 讲师 完成日期: 2013 年 5 月30日巢湖学院本科毕业论文(设计)诚信承诺书本人郑重声明:所呈交的本科毕业论文(设计),是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果
2、由本人承担。本人签名: 日期: 巢湖学院本科毕业论文 (设计)使用授权说明本人完全了解巢湖学院有关收集、保留和使用毕业论文 (设计)的规定,即:本科生在校期间进行毕业论文(设计)工作的知识产权单位属巢湖学院。学校根据需要,有权保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版,允许毕业论文 (设计)被查阅和借阅;学校可以将毕业论文(设计)的全部或部分内容编入有关数据库进行检索,可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编毕业,并且本人电子文档和纸质论文的内容相一致。保密的毕业论文(设计)在解密后遵守此规定。本人签名: 日期: 导师签名: 日期: 基于MATLAB频分复用系统的仿真摘 要随着通信
3、技术的不断的发展,频分复用技术广泛的应用于移动通信中。频分复用是将传输信道的总带宽划分为若干个子信道,每一个信道传输一路信号。每个信道占用不同频率,子信道频率之和小于总带宽。同时每个子信道相互隔开,互不干扰来提高频带利用率。缺点就是滤波器特性不够理想和信道间有噪声干扰2。 MATLAB技术可以对非线性动态系统建模和仿真为科研工程设计以及数值计算提供了解决方案3。 本设计利用MATLAB技术对频分复用系统设计和仿真。通过信号的采集,利用带通滤波器和低通滤波器得到频谱图,加深对FDMA通信技术的理解和掌握。 关键词:MATLAB技术;频分复用技术;信道;频带;仿真;Thesimulationoff
4、requency divisionmultiplexingsystem based on MatlabAbstract With the development of communication technology.Frequency - Division Multiplexing technology in a wide range of applications and mobile communications.Frequency - division multiplexing is to the total bandwidth of the transmission channel
5、.Transmission channel is divided into a number of child channels, each of the transmission signal all the way.Each channel occupies a different frequency, and less than the total bandwidth of a channel frequency. Each Channel separates each other at the same time, mutual interference to improve band
6、width utilization.It less than ideal and channel noise interference filter characteristics.MATLAB technology to nonlinear dynamic system modeling and simulation. Its Provides solutions for scientific research and the design of numerical calculation. The design of frequency division multiplexing syst
7、em using MATLAB Technology Design and Simulation. Through the acquisition of signals, by using band - pass filter and low - pass filter spectrum, It deepen the understanding of FDMA communication technology and mastering.Key words : MATLAB technology ,frequency division multiplexing technology ,chan
8、nel ,frequency band , simulation目 录摘 要IAbstractII1. 引言12.FDMA的设计原理及过程12.1频分复用的原理12.2模型的建立22.3信号的采样42,4调制语音信号52.5系统的滤波器设计62.6信道的噪声分析73.MATLAB的仿真83.1语音信号的仿真83.2仿真复用信号的频谱93.3仿真传输信号103.4仿真解调信号103.5仿真信号恢复后的时域和频域11总结13致谢14参考文献15附录161. 引言 依据频分复用的复用的原理运用MATLAB软件采集两路以上的语音信号通过合适的高频载波调制,然后设计必要的带通滤波器和低通滤波器把得到的复
9、用信号恢复成所采样的语音信号。在整个设计过程中运用MATLAB进行仿真,对采样的语音信号进行频域和时域的分析。通过本次设计可以加深我们对FDMA系统的认识和掌握学会对信道噪声的干扰进行分析和消除,同时学会MATLAB软件的基本使用及对软件的设计和仿真掌握低通和带通滤波器的设计2.FDMA的设计原理及过程 2.1频分复用的原理频分复用通信系统的核心思想是频分复用。复用是将彼此独立的若干个信号合并为一个复合信号,而这个信号可在同一个信道上传送。复用也就是在一条信道上同时传输几路信号以提高资源2。频分复用是将信号资源划分为多个子频带,每个子频带占用不同的频率。然后把多个信号的频谱调到不同的频带上在一
10、个信道上。如下图所示 图 1 频分复用的子频带划分2.2模型的建立 频谱的搬移是频分复用的关键技术而其是以混频而实现的。下图为频谱的原理图图 2 混频原理 由上图可知混频的时域表达:2 (1) 混频的双边带频谱图结构如下图所示图 3 双边带频谱结构 图示可知上边带是从低频到高频分量和基带频率分量一致,上边带可以由双边带频谱通过高通滤波器得到。下边带是从高频到低频和基带频率分量一致。在图上得到上边带所包含的信息和下边带的信息相同,若要恢复原始信号则只要恢复其一就可以了。线性设备是输入和输出信号的频率相同,区分主要是以相位和幅度的不同。虽然混频本身不是线性设备,但从频谱角度看只进行了简单的搬移,所
11、以就可以把混频器所对应的调制称为“线性调剂”。在FDMA通信系统中,把传输频带划分成互不重叠且较窄的子频带若干个。然后以频带来区分用户,使每个用户分配一个特有的频带1。如下图所示图 4子频带的划分 传送信号给各用户时只需要调制到子频带,接收时按频带提取信号实现多址通信。FDMA实现的是频率上的多址的正交性。正交分割的条件为 (2)因为理想滤波器是不可能实现的,各信号存在一定的相关性会有一些干扰。所以各频带间有保护间隔来减少频带间串扰1。通过分析FDMA系统的核心思想是频分复用。运用不同的载波对不同的信号进行调制,把载波带宽划分为不同频带的子信道,每个并行信号用一个子信道传送。在通过不同的带通滤
12、波器将信号提取出来,在通过解调和低通滤波器把原始信号恢复出来。图5 频分复用通信系统模型2.3信号的采样语音信号的采样就是把连续时间的模拟信号转换成离散时间的连续抽样信号。设抽样信号的周期为,信号的频率为2。抽样后的信号是时间上离散脉冲调制信号如下图所示。图 6 抽样过程波形在上图中f(t)为输入的被抽样信号,p(t)为抽样信号,f0(t)为输出信号。抽样的理论基础是抽样定理。抽样定理是:为了使抽样信号f0(t)能够完全恢复连续信号f(t),抽样信号频率必须大于等于最高有效频率的2倍。则有 (3)当是奈奎斯特频率1。 由频谱分析理论可知:要保证抽样的频谱与信号的频谱相一致则要使抽样的频率不发生
13、重叠。在实际生活中理想的滤波器是不可实现的,则我们在取时,一般要在3到5倍的。语音信号的频谱在3003400Hz范围内,由抽样定理可知=6.8KHz。在MATLAB数据采集有利用Windows音频输入设备记录声音的wavrecord命令,它的调用形式为:wavrecord (n ,fs ,ch)。其中n为Windows音频输入设备记录的采样数,fs为频率,ch为通道数。MATLAB的基本单位为矩阵,则采样的数值要返回到n*ch的矩阵中。MATLAB提供的标准频率为四类。分别为:8000Hz,11025Hz,22050Hz,44100Hz.本次设计的采样频率为44100Hz以保证信号的质量,有利
14、用实验的进行。采样好的信号用MATLAB中的wavwrite来保存信号。2,4调制语音信号调制语音信号就是信号的混频过程,选取合适的语音信号的载波频率是关键。在混频过程中,双边带信号的带宽B为2倍的基带带宽。又=3,4KHz则调制后 1 (4)为了保证信号间相互不产生干扰则要保证各载波要大于带宽B,本次设计设载波的频率间隔为,则有 (5)同时,在设计过程中要考虑混频频率fa,混叠频率是用为fs频率的离散时间系统对信号处理所允许的最大频率,其中以fa为界,小于fa的分量信号可以恢复,而大于fa的分量则不可恢复,还会使频带内的信号变得模糊起来。由抽样定理得: =22.05KHz (6)则由上式可得
15、混叠频率fa为22.05KHz。为了保证信号可以完整的恢复出来,则最高的载波频率小于22.05KHz.本次设计所取的3路语音信号载波分别为fc1=4K,fc2=11K,fc3=18K.最高的频率为18K小于fa的要求,则所选的3路信号都可以恢复出来。根据混频原理可得下图 图 7 三路语音信号调制后频谱结构2.5系统的滤波器设计本次设计有3路语音信号则要设计3个带通滤波器,采用切比雪夫2型滤波器来达到更好的效果,使用切比雪夫2型滤波器只要4个参数就能设计出来,分别为Rp,Rs,Wp,Ws。Rp为带通滤波器最大的衰减系数,Rs为阻带最小衰减系数,Wp为带通边界频率的归一化值,Ws为阻带边界频率的归
16、一化值。当Wp和Ws为二元矢量时,为带通或带阻滤波器。当时,为高通滤波器2。本次设计中可取Rs为40dB, Rp为0.5dB。3路语音信号通过3个带通滤波器,选定的采样频率和载波的频率决定通频带。本次的设计取上边带。在信号的调制设计时,选择的3路语音信号、的载波频率分别为4KHz、11KHz和18KHz,通过图7得当载波频率=4KHz时,切比雪夫2型滤波器的通带边界频率和阻带边界频率分别为4200 7500,4100 7600。本次设计要求的为带通滤波器则阻带边界频率Ws和通带边界频率Wp为二元矢量。当采样频率为441KHz时,Ws1和Wp1分别为Ws1=4100 7600/22050Wp1=
17、4200 7500/22050当带通滤波器的4个参数都确定后,就可使用MATLAB的cheb2ord函数求第一个滤波器的截止频率Wn和最小阶数n。调用形式为: (7)通过上式求得滤波器的n和Wn后,在通过MATLAB软件中的cheby2函数的调用得到滤波器传递函数的分母系数a和滤波器传递函数的分子系数b,。调用形式为: (8)通过上式可求得,滤波器函数的分母系数a和分子系数b,然后对信号进行滤波使用MATLAB中的filter函数,调用形式为: (9)上式中y为滤波器的信号,s为被滤波的信号。 按照上面的方法同理可以设计出另外两路所需要的低通滤波器和带通滤波器。2.6信道的噪声分析 在生活中,
18、噪声分为自然噪声和人为噪声。人为噪声比较容易处理,而自然噪声较难处理。热噪声是最重要的自然噪声,一般热噪声的频谱在通信系统中的工作范围的均为分布,热噪声可以称为白噪声。热噪声是由大量统计特性服从高斯分布的自由电子不规则运动产生的,所以 热噪声又成为高斯白噪声1。通信系统中的噪声是存在于信道中叠加在信号上不需要的电信号。因为信号噪声是叠加在信号上的,而且噪声是永远存在与通信系统中的没有信号传输时也有噪声,所以称噪声为加性噪声。对于一个基本调制信号信道的一对输入和输出端的电压分别为和,则它们两者的关系为:1 (10)式中为信道输出端得信号电压;为信道输入端信号电压;为噪声电压。噪声是叠加在信道中的
19、信道上的,所以无论有没有信号时,噪声是始终存在的,在上式中表示信道输出和输入电压之间的函数关系。再对信道进行数学分析时,可设,把信道的调制看成对输入信号乘系数。则上式:1 (11)上式可以看成一个为一个时间t函数的数学模型,其中为一个复杂的函数。模型如下图所示:图 8 信道调制数学模型 通过上面对信道的噪声分析可得,在设计中在信道中随机添加一个高斯白噪声来模拟信道的噪声。3.MATLAB的仿真3.1语音信号的仿真3.1.1时域仿真信号用MATLAB软件可对采集到的信号进行频域和时域的分析,运用matlab中的subplot(m n p)可以在一个平面上画多个图,n表示图可以排成n列,m表示是图
20、可以排成m行。可知在整个figure中共有m个以n个图排列成的行,而p表示在哪个图上话曲线。运用MATLAB中plot(x,y)绘图命令,以y为纵坐标,x为横坐标,来绘制图形。可得下图的时域分析图 图9样本的时域分析3.1.2仿真频域信号 频域分析就是运用MATLAB软件的fft命令对3路声音样本信号sd1、sd2和sd3进行快速的傅立叶变换,通过abs得到变换后的振幅,然后使用stem命令绘制得到离散序列的频谱图。可得到下图的信号频谱分析图。 图0样本的频谱分析3.2仿真复用信号的频谱 通过MATLAB软件中stem(t,abs(fft(s),.)命令对采样的3路信号经过混频处理后再通过加法
- 配套讲稿:
如PPT文件的首页显示word图标,表示该PPT已包含配套word讲稿。双击word图标可打开word文档。
- 特殊限制:
部分文档作品中含有的国旗、国徽等图片,仅作为作品整体效果示例展示,禁止商用。设计者仅对作品中独创性部分享有著作权。
- 关 键 词:
- 基于 MATLAB 频分复用 系统 仿真 24
限制150内