1、齊魯工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書學(xué)院：電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院專業(yè)： 通信工程姓名：班級(jí)：學(xué)號(hào) 齊魯工業(yè)大學(xué)課 程 設(shè) 計(jì) 任 務(wù) 書學(xué)院 電氣工程與自動(dòng)化學(xué)院 專業(yè) 通信工程 姓名 班級(jí) 學(xué)號(hào) 題目 頻分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)完成期限：自 2014 年 6 月 10 日至 2014 年 7 月 10 日指導(dǎo)教師： 張凱麗 教研室主任：主要內(nèi)容：綜合運(yùn)用數(shù)字信號(hào)處理的理論知識(shí)進(jìn)行頻譜分析和濾波器設(shè)計(jì)，從而加深對(duì)所學(xué)知識(shí)的理解，建立概念，加深理解濾波、FDM等的綜合應(yīng)用。設(shè)計(jì)58路基帶信號(hào)（帶寬相同）進(jìn)行FDM傳輸?shù)囊粋€(gè)系統(tǒng)，調(diào)制方式可以選擇DSB、SSB、AM或VSB，也可以采用多采樣率系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)；在接

2、收端進(jìn)行解復(fù)用和解調(diào)，恢復(fù)出原始的各路基帶信號(hào)?；疽螅?）掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念、基本原理和基本方法；掌握DFT對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的方法；掌握設(shè)計(jì)FIR和IIR數(shù)字濾波器的方法；（2）掌握FDM系統(tǒng)的原理及簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方法（3）設(shè)計(jì)出系統(tǒng)模塊圖，記錄仿真結(jié)果；（4）對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。1 設(shè)計(jì)任務(wù)及要求1.1 設(shè)計(jì)任務(wù)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(yǔ)音信號(hào)，選擇合適的高頻載波進(jìn)行調(diào)制，得到復(fù)用信號(hào)。然后設(shè)計(jì)必要的帶通濾波器、低通濾波器，從復(fù)用信號(hào)中恢復(fù)所采集的語(yǔ)音信號(hào)。整個(gè)過(guò)程運(yùn)用Matlab進(jìn)行仿真，并對(duì)各個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析。1.2 設(shè)計(jì)要

3、求（1）掌握數(shù)字信號(hào)處理的基本概念，基本原理，掌握DFT對(duì)模擬信號(hào)進(jìn)行頻譜分析的方法；掌握設(shè)計(jì)FIR和IIR數(shù)字濾波器的方法。（2）掌握FDM系統(tǒng)的原理及簡(jiǎn)單實(shí)現(xiàn)方法；（3）使用Matlab軟件畫出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。（4）選擇合適的高頻載波，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。（5）使用Matlab軟件畫出復(fù)用信號(hào)的頻譜圖。（6）設(shè)計(jì)合適的帶通濾波器，并畫出帶通濾波器的頻率響應(yīng)。（7）對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，畫出解調(diào)后各路信號(hào)的頻譜圖。（8）設(shè)計(jì)低通濾波器，畫出低通濾波器的頻率響應(yīng)?；謴?fù)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。（10）設(shè)計(jì)出系統(tǒng)模塊圖，記錄仿真結(jié)果；（11）對(duì)結(jié)果進(jìn)行分析，寫出設(shè)計(jì)報(bào)告。2 設(shè)

4、計(jì)作用及其目的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(dòng)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(shí)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使通道容量可根據(jù)要求動(dòng)態(tài)地進(jìn)行交換。本次課程設(shè)計(jì)通過(guò)Matlab軟件對(duì)FDMA系統(tǒng)進(jìn)行仿真研究，可以加深對(duì)FDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握。通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)可達(dá)到以下的目的：（1）鞏固課本所學(xué)的有關(guān)理論知識(shí)。（2）加深對(duì)FDMA通信系統(tǒng)的理解和掌握相關(guān)知識(shí)。（3）掌握帶通濾波

5、器和低通濾波器的設(shè)計(jì)（4）掌握Matlab軟件的基本使用。（5）學(xué)會(huì)運(yùn)用Matlab軟件進(jìn)行一些仿真和設(shè)計(jì)。3 設(shè)計(jì)過(guò)程及原理3.1 頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型建立頻分多址（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(dòng)通信、一點(diǎn)多址微波通信系統(tǒng)中。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(gè)彼此獨(dú)立的信號(hào)合并為一個(gè)可在同一個(gè)信道上傳送的復(fù)合信號(hào)的方法。例如，在電話通信系統(tǒng)中，語(yǔ)音信號(hào)頻譜在3003400Hz內(nèi)，而一條干線的通信資源往往遠(yuǎn)大于傳送一路語(yǔ)音信號(hào)所需的帶寬。這時(shí)，如果用一條干線只傳一路語(yǔ)音信號(hào)會(huì)使資源大大的浪費(fèi)，所以常用的方法是“復(fù)用

6、”，使一條干線上同時(shí)傳輸幾路電話信號(hào)，提高資源利用率。頻分復(fù)用（FDM）是信道復(fù)用按頻率區(qū)分信號(hào)，即將信號(hào)資源劃分為多個(gè)子頻帶，每個(gè)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(shí)傳輸?shù)亩鄠€(gè)信號(hào)的頻譜調(diào)制到不同的頻帶上，合并在一起不會(huì)相互影響，并且能再接收端彼此分離開。頻分復(fù)用的關(guān)鍵技術(shù)是頻譜搬移技術(shù)，該技術(shù)是用混頻來(lái)實(shí)現(xiàn)的?；祛l的原理，如圖（2）所示?；祛l過(guò)程的時(shí)域表示式為： （1）圖 1 頻分復(fù)用的子頻帶劃分其雙邊帶頻譜結(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的翻轉(zhuǎn)，雙邊帶頻譜經(jīng)過(guò)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

7、高頻率分量與基帶頻率分量一致，雙邊帶頻譜經(jīng)過(guò)高通濾波就可以得到上邊帶。圖 2 混頻原理圖 3 雙邊帶頻譜結(jié)構(gòu)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(hào)具有相同的頻率成分，只以幅度和相位的不同來(lái)區(qū)分。但是，混頻器所對(duì)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(jiǎn)單的搬移。在FDMA通信系統(tǒng)中，首先把傳輸頻帶劃分為若干個(gè)較窄的且互不重疊的子頻帶，每個(gè)用戶分配帶一個(gè)固定子頻帶，按頻帶區(qū)分用戶，如圖（4）所示。信號(hào)調(diào)制到該子頻帶內(nèi)，各用戶信號(hào)同時(shí)傳送，接收時(shí)分別按頻帶

8、提取信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多址通信。所以FDMA實(shí)現(xiàn)的是頻率域上的正交性。其中FDMA的正交分割條件為： (2)如果用理想濾波器分割各用戶信號(hào)，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(shí)現(xiàn)的，則各信號(hào)間總存在一定的相關(guān)性，總會(huì)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)_。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(hào)用頻分復(fù)用方式（FDM/FDMA）或一組數(shù)字信號(hào)用時(shí)分復(fù)用方式（TDM/FDMA）占用一個(gè)較寬的頻帶，調(diào)制到相應(yīng)的子頻帶后傳送到同一個(gè)地址。圖 4 頻分多址的子頻帶劃分通過(guò)前面的分析可以得出FDMA通信系統(tǒng)之所以可以使

9、不同的用戶分配在時(shí)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(hào)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(gè)子信道可以并行傳送一路信號(hào)。而接收端通過(guò)不同的帶通濾波器將各路不同的信號(hào)提取出來(lái)，再通過(guò)解調(diào)和低通濾波器，進(jìn)而恢復(fù)原始信號(hào)。從而可以得到如圖（5）所示的簡(jiǎn)化FDMA通信模型。3.2 語(yǔ)音信號(hào)采樣語(yǔ)音信號(hào)的采樣即為信號(hào)的抽樣過(guò)程，是把連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成離散時(shí)間連續(xù)幅度的抽樣信號(hào)，其實(shí)質(zhì)就是用一固定頻率的抽樣信號(hào)周期性的讀出或測(cè)量該連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)。設(shè)抽樣信號(hào)的頻率為，則抽樣周期為。抽樣以后的信號(hào)仍為模擬量，只不過(guò)是時(shí)間上離散的脈沖調(diào)制信號(hào)。如

10、圖（6）所示，f(t)為輸入的被抽樣信號(hào)，p(t)為抽樣信號(hào)，而f0(t)為抽樣后輸出信號(hào)。理想的抽樣應(yīng)是沖激序列，但實(shí)際抽樣通常是平頂抽樣或自然抽樣。圖5 頻分復(fù)用通信系統(tǒng)模型圖 6 抽樣過(guò)程波形抽樣的理論基礎(chǔ)是抽煙定理，它說(shuō)明在什么條件下能從抽樣輸出信號(hào)f0(t)中恢復(fù)輸入信號(hào)f(t)。根據(jù)頻譜分析理論，只有抽樣信號(hào)的頻率不發(fā)生重疊現(xiàn)象時(shí)，抽樣的頻譜才能與信號(hào)頻譜相一致。因此，抽樣定理可表述為：為了使抽樣信號(hào)f0(t)能完全恢復(fù)連續(xù)信號(hào)f(t)，抽樣信號(hào)重復(fù)頻率必須大于等于2倍的，為包含任何干擾在內(nèi)的信號(hào)f(t)的最高有效頻率，即 （3）其中，為奈奎斯特頻率。由于實(shí)際濾波器特性的不理想，抽

11、樣頻率通常都有高于，一般取3到5倍。語(yǔ)音信號(hào)頻譜在3003400Hz內(nèi)，由（3）式可知語(yǔ)音采樣頻率必須大于6.8KHz。在MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中提供語(yǔ)音采集wavrecord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(gè)音頻采樣, 頻率為fs Hz ,通道數(shù)為ch。采樣值返回到一個(gè)大小為n*ch 的矩陣中。缺省時(shí),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(yǔ)音的質(zhì)量，本次設(shè)計(jì)中

12、取語(yǔ)音信號(hào)的采用頻率為44100Hz，該采樣頻率為語(yǔ)音信號(hào)CD音質(zhì)。語(yǔ)音信號(hào)采集后，可以用MATLAB數(shù)據(jù)采集箱中wavwrite命令保存采集的語(yǔ)音信號(hào)。3.3 語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制語(yǔ)音信號(hào)的調(diào)制即為頻分復(fù)用的混頻過(guò)程，該過(guò)程關(guān)鍵是對(duì)各路語(yǔ)音信號(hào)載波頻率的選取。混頻過(guò)程的時(shí)域表示式如前面的（1）式所示，為雙邊帶信號(hào)（DSB），它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬的2倍，即調(diào)制后的帶寬為： （4）為了使各個(gè)信號(hào)不會(huì)相互干擾，各個(gè)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，由于，所以 （5）另外，在選取各路信號(hào)載波頻率時(shí)，還需要考慮混疊頻率。所謂混疊頻率，就是當(dāng)利用一個(gè)抽樣頻率為的離散時(shí)間系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)

13、信號(hào)所允許的最高頻率。任何大于的分量都將重疊起來(lái)而不能恢復(fù)，并使正規(guī)頻帶內(nèi)的信號(hào)也變得模糊起來(lái)。根據(jù)抽樣定理可知： （6）由于前面語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率，所以混疊頻率： （7）綜合上述考慮，由（5）式可取載波頻率間隔為4000Hz，由（7）式可知最高載波頻率要小于為22050Hz，如果本次設(shè)計(jì)取第1路語(yǔ)音信號(hào)的載波頻率為4000Hz，則第2路信號(hào)的載波頻率為8000Hz，第3路信號(hào)的載波頻率為12000Hz。第4路信號(hào)的載波頻率為16000Hz。第5路信號(hào)的載波頻率為20000Hz。同時(shí)滿足最高載波頻率的要求。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)。圖 7 三路語(yǔ)音信號(hào)調(diào)制后頻譜結(jié)構(gòu)3

14、.4 系統(tǒng)的IIR數(shù)字濾波器設(shè)計(jì)（切比雪夫型）本次設(shè)計(jì)中有5路語(yǔ)音信號(hào)，所以在接收端要設(shè)計(jì)5個(gè)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(jì)切比雪夫2型濾波器只需要確定濾波器的4個(gè)參數(shù)即可設(shè)計(jì)出所需要的濾波器。這4個(gè)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和阻帶邊界頻率歸一化值Ws。其中當(dāng)時(shí)，為高通濾波器；當(dāng)和為二元矢量時(shí)，為帶通或帶阻濾波器。本次設(shè)計(jì)中通帶區(qū)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。5個(gè)帶通濾波器分別要濾出3路語(yǔ)音信號(hào)，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

15、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(hào)的調(diào)制設(shè)計(jì)時(shí)，所選擇的5路語(yǔ)音信號(hào)的載波頻率分別為4000Hz、8000Hz、12000Hz、16000Hz和20000Hz。從圖（7）可以得出，當(dāng)語(yǔ)音信號(hào)的載波頻率為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(jì)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(hào)的采樣頻率為44100Hz時(shí)，可取通帶的邊界頻率Wp1和阻帶的邊界頻率Ws1分別為：Wp1=4200 7500/22050Ws1=4100 7600/22050在確定了帶通濾波器的4個(gè)參數(shù)

16、后，使用MATLAB軟件中的cheb2ord函數(shù)可以求出第一個(gè)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： （8）通過(guò)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)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： （9）通過(guò)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(guò)MATLAB軟件中的filter函數(shù)對(duì)信號(hào)進(jìn)行濾波。該函數(shù)調(diào)用形式為： （10）式中的s為被濾波信號(hào)，y為濾波后的信號(hào)。同樣，可以設(shè)計(jì)出其它所需的兩路帶通濾波器和低通濾波器。3.5 信

17、道噪聲 信道中存在不需要的電信號(hào)統(tǒng)稱為噪聲。通信系統(tǒng)中的噪聲是疊加在信號(hào)上的，沒(méi)有傳輸信號(hào)時(shí)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?yàn)樗钳B加在信號(hào)之上的。最基本的調(diào)制信道有一對(duì)輸入端和一對(duì)輸出端，其輸入端信號(hào)電壓和輸出端電壓間的關(guān)系可以用下式表示： （11）式中：為信道輸入端信號(hào)電壓；為信道輸出端得信號(hào)電壓；為噪聲電壓。由于信道中的噪聲是疊加在信號(hào)上的，而且無(wú)論有無(wú)信號(hào)，噪聲是始終存在的。當(dāng)沒(méi)有信號(hào)輸入時(shí)，信道輸出端也有加性干擾輸出。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(shí)，可以假設(shè)，即信道的作用相當(dāng)于對(duì)輸入信號(hào)乘

18、一個(gè)系數(shù)。這樣，式（11）就可以改寫為： （12）式（12）就是調(diào)制信道的一般數(shù)學(xué)模型。其數(shù)學(xué)模型圖可以圖（8）所示。是一個(gè)很復(fù)雜的函數(shù)，它反映信道的特征。一般說(shuō)來(lái)，它是時(shí)間t的函數(shù)。圖 8 調(diào)制信道數(shù)學(xué)模型噪聲又可以分為認(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(dòng)產(chǎn)生的，其統(tǒng)計(jì)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(jì)中模擬信道噪聲可以用MATLAB軟件加入一個(gè)隨機(jī)的高斯白噪聲在復(fù)用信號(hào)中。4 MATLAB仿真4.1 語(yǔ)

19、音信號(hào)的時(shí)域和頻域仿真 （1） 信號(hào)的時(shí)域仿真使用MATLAB軟件可以對(duì)采集的語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析?？梢允褂胹ubplot（m,n,p）或者subplot（m n p）將多個(gè)圖畫到一個(gè)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(gè)figure中有n個(gè)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(gè)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(shí)域分析圖圖9 聲音樣本的時(shí)域分析（2）信號(hào)頻域仿真頻域分析主要是將3個(gè)聲音樣本信號(hào)sd1、sd2和sd3用MATLAB軟件進(jìn)行快速傅里葉變換后

20、，再畫出3個(gè)信號(hào)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(guò)abs得到經(jīng)過(guò)快速傅里葉變換后信號(hào)的振幅。最后用MATLAB中stem命令對(duì)于得到的離散序列實(shí)現(xiàn)其頻譜圖的繪制?？梢缘玫饺鐖D（10）所示的聲音信號(hào)頻譜分析圖。4.2 復(fù)用信號(hào)的頻譜仿真在MATLAB軟件中將采樣的3路語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)過(guò)混頻處理得到3路已調(diào)信號(hào)x1、x2和x3，再通過(guò)加法器將3路信號(hào)變?yōu)橐宦窂?fù)用信號(hào)s，通過(guò)MATLAB軟件中stem(t,abs(fft(s),'.')命令對(duì)復(fù)用信號(hào)s進(jìn)行了頻譜分析，其頻譜分析如圖（11）所示。圖10 聲音樣本的頻譜分析圖11 復(fù)用信號(hào)的頻譜分析4.

21、3傳輸信號(hào)的仿真我們都知道FDMA通信系統(tǒng)的復(fù)用信號(hào)傳輸是通過(guò)空氣介質(zhì)傳輸?shù)?，?fù)用信號(hào)在空氣傳輸中會(huì)有很多的噪聲，其中主要是以高斯白噪聲為主，所以在信號(hào)傳輸?shù)脑O(shè)計(jì)仿真中，主要對(duì)復(fù)用信號(hào)加入高斯白噪聲。在MATLAB中可以通過(guò)awgn函數(shù)在某一信號(hào)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(hào)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(guò)前面的調(diào)制和信號(hào)復(fù)用設(shè)計(jì)后，得到了復(fù)用信號(hào)s，使用MATLAB中的awgn函數(shù)加入高斯白噪聲后復(fù)用信號(hào)變?yōu)閥s。為了使后面能夠較好的恢復(fù)語(yǔ)音信號(hào)，所以在這里加入白噪聲時(shí)，信噪

22、比不能設(shè)置的太小。仿真發(fā)現(xiàn)大于20dB時(shí)失真比較小。圖（12）為加入高斯白噪聲后，復(fù)用信號(hào)ys的頻譜圖。圖12 加入高斯白噪聲后復(fù)用信號(hào)的頻譜分析4.4 解調(diào)信號(hào)的頻譜仿真 信號(hào)解調(diào)前，首先通過(guò)3個(gè)帶通濾波器對(duì)復(fù)用信號(hào)s進(jìn)行濾波，得到3路調(diào)制的語(yǔ)音信息y1、y2和y3，然后在對(duì)這三路信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，解調(diào)過(guò)程與調(diào)制的過(guò)程相同，使用與原來(lái)調(diào)制載波相同的信號(hào)分別與濾波后的3路信號(hào)相乘。得到3路解調(diào)信號(hào)y01、y02和y03。然后對(duì)各路信號(hào)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(guò)MATLAB軟件，得到的3路解調(diào)信號(hào)的頻譜如圖（13）所示。圖13 解調(diào)后信號(hào)的頻譜圖4.5恢復(fù)信號(hào)的

23、時(shí)域與頻域仿真語(yǔ)音信號(hào)的恢復(fù)就是將前面解調(diào)所得到的3路信號(hào)y01、y02和y03再通過(guò)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(yǔ)音信號(hào)。然后調(diào)用MATLAB中的plot(t,yy1)函數(shù)和subplot函數(shù)對(duì)恢復(fù)的3路語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行時(shí)域分析，其時(shí)域分析波形如圖（14）所示。圖14 恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形圖15 恢復(fù)信號(hào)的頻譜圖同樣調(diào)用MATLAB中的stem(t,abs(fft(yy1)函數(shù)和subplot函數(shù)對(duì)恢復(fù)的3路語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行頻譜分析，其頻譜如圖（15）所示。程序的最后為語(yǔ)音的再現(xiàn)，與前面語(yǔ)音播放一樣，可以直接使用MATLAB中wavplay(yy1,fs)函數(shù)對(duì)語(yǔ)音1進(jìn)行播

24、放，其它兩路信號(hào)播放方式相同。5 心得體會(huì) 經(jīng)這次課程設(shè)計(jì)，我不僅復(fù)習(xí)鞏固了課堂所學(xué)的理論知識(shí)，還提高了對(duì)所學(xué)知識(shí)的綜合應(yīng)用。同時(shí)，在以前課本學(xué)習(xí)中沒(méi)有弄懂的問(wèn)題，通過(guò)這次課程設(shè)計(jì)，我都有了更深入的理解。比如通信原理中的時(shí)域采樣定理、濾波器參數(shù)設(shè)計(jì)等。在設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)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(guò)調(diào)試和解調(diào)后的信號(hào)與原來(lái)相比較為接近。我覺(jué)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(jì)。另外在低通濾波階段，得到的恢復(fù)信號(hào)與原始信號(hào)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(hào)頻譜混疊部分均為高頻部分，恢復(fù)信號(hào)在

25、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?yàn)殇浺羝陂g引入頻率高于語(yǔ)音信號(hào)的噪聲，所以如果在完全無(wú)噪音的環(huán)境中進(jìn)行錄音，可得無(wú)失真的恢復(fù)信號(hào)。仿真結(jié)果分析表明，信號(hào)在頻分復(fù)用時(shí)還存在著頻間干擾的問(wèn)題，對(duì)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(wèn)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。6 附錄%（1）獲取錄音文件 pause fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1Khz duration=1; %錄音時(shí)間為3s fprintf('按任意鍵開始錄音1：n'); pause fprintf('錄音中?n'); s

26、d1=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次獲得總的采樣數(shù)為132300，保存聲音文件名為sd1 fprintf('放音中?n'); wavplay(sd1,fs); fprintf('錄音1播放完畢。n'); wavwrite(sd1,fs,'sound1.wav'); %將錄音文件保存為WAV格式的聲音文件 fprintf('按任意鍵開始錄音2：n'); pause fprintf('錄音中?n'); sd2=wavrecord(duration*fs,fs); fp

27、rintf('放音中?n'); wavplay(sd2,fs); fprintf('錄音2播放完畢。n'); wavwrite(sd2,fs,'sound2.wav'); fprintf('按任意鍵開始錄音3：n'); pause fprintf('錄音中?n'); sd3=wavrecord(duration*fs,fs); fprintf('放音中?n'); wavplay(sd3,fs); fprintf('錄音3播放完畢。n'); wavwrite(sd3,fs,'s

28、ound3.wav');fprintf('按任意鍵開始錄音4：n'); pause fprintf('錄音中?n'); sd4=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次獲得總的采樣數(shù)為132300，保存聲音文件名為sd1 fprintf('放音中?n'); wavplay(sd4,fs); fprintf('錄音4播放完畢。n'); wavwrite(sd4,fs,'sound4.wav'); fprintf('按任意鍵開始錄音5：n'); paus

29、e fprintf('錄音中?n'); sd5=wavrecord(duration*fs,fs); %duration*fs每次獲得總的采樣數(shù)為132300，保存聲音文件名為sd1 fprintf('放音中?n'); wavplay(sd5,fs); fprintf('錄音5播放完畢。n'); wavwrite(sd5,fs,'sound5.wav'); %（2）聲音樣本的時(shí)域和頻域分析 fprintf('按任意鍵開始聲音樣本的時(shí)域分析：n'); pause fs=44100; %聲音的采樣頻率為44.1Khz

30、duration=1; t=0:duration*fs-1; %總的采樣數(shù) sd1,fs=wavread('sound1.wav'); %打開保存的錄音文件 sd2,fs=wavread('sound2.wav'); sd3,fs=wavread('sound3.wav');sd4,fs=wavread('sound4.wav');sd5,fs=wavread('sound5.wav'); figure(1) %圖一為5個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形 subplot(511) plot(t,sd1);xlabel('

31、單位：s');ylabel('幅度'); title('五個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形'); subplot(512) plot(t,sd2);xlabel('單位：s');ylabel('幅度'); subplot(513) plot(t,sd3);xlabel('單位：s');ylabel('幅度'); subplot(514) plot(t,sd4);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');subplot(515) plot(t,sd5);xla

32、bel('單位：s');ylabel('幅度'); fprintf('按任意鍵開始聲音樣本的頻域分析：n'); pause figure(2) %圖二為5個(gè)聲音樣本的頻譜分析 subplot(511) stem(t,abs(fft(sd1),'.'); %fft對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉變換xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度'); title('五個(gè)聲音樣本的頻譜分析'); subplot(512) stem(t,abs(fft(sd2),'.');x

33、label('單位：Hz');ylabel('幅度'); subplot(513) stem(t,abs(fft(sd3),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(514) stem(t,abs(fft(sd4),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(515) stem(t,abs(fft(sd5),'.');xlabel('單位：Hz');yla

34、bel('幅度'); %（3）調(diào)制，將5個(gè)聲音信號(hào)用高頻載波進(jìn)行調(diào)制 fprintf('按任意鍵開始信號(hào)的調(diào)制和復(fù)用信號(hào)頻域分析：n'); pause x1=4*sd1'.*cos(2*pi*4000*t/fs); x2=4*sd2'.*cos(2*pi*8000*t/fs); x3=4*sd3'.*cos(2*pi*12000*t/fs); x4=4*sd3'.*cos(2*pi*16000*t/fs);x5=4*sd3'.*cos(2*pi*20000*t/fs); s=x1+x2+x3+x4+x5; figure(3

35、) stem(t,abs(fft(s),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度'); title('復(fù)用信號(hào)的頻譜分析'); %（4）信號(hào)傳輸仿真設(shè)計(jì) fprintf('按任意鍵開始信道仿真設(shè)計(jì)：n'); %加入高斯白噪聲 pause ys=awgn(s,20); snr=10*log10(s*s')/(s-ys)*(s-ys)'); snr %計(jì)算信噪比 figure(4) stem(t,abs(fft(ys),'.');xlabel('單位：Hz&

36、#39;);ylabel('幅度'); title('加入高斯白噪聲后復(fù)用信號(hào)的頻譜分析'); %（5）帶通濾波器的設(shè)計(jì) fprintf('按任意鍵開始帶通濾波器的設(shè)計(jì)：n'); pause Rp=0.5; Rs=40; Wp1=4000 8000/22050; Ws1=3800 8500/22050; n1,Wn1=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);%求濾波器最小階數(shù)，截止頻率 b1,a1=cheby2(n1,Rs,Wn1);%分子系數(shù)，分母系數(shù) h1,w1=freqz(b1,a1); mag1=abs(h1); db1=20*l

37、og10(mag1+eps)/max(mag1); Wp2=9000 13000/22050; Ws2=8000 14000/22050; n2,Wn2=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs); b2,a2=cheby2(n2,Rs,Wn2); h2,w2=freqz(b2,a2); mag2=abs(h2); db2=20*log10(mag2+eps)/max(mag2); Wp3=14500 18500/22050; Ws3=14000 19000/22050; n3,Wn3=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs); b3,a3=cheby2(n3,Rs,Wn3); h3

38、,w3=freqz(b3,a3); mag3=abs(h3); db3=20*log10(mag3+eps)/max(mag3);Wp4=16000 19000/22050; Ws4=15500 19500/22050; n4,Wn4=cheb2ord(Wp4,Ws4,Rp,Rs); b4,a4=cheby2(n4,Rs,Wn4); h4,w4=freqz(b4,a4); mag4=abs(h4); db4=20*log10(mag4+eps)/max(mag4);Wp5=17500 20500/22050; Ws5=16000 21500/22050; n5,Wn5=cheb2ord(Wp5

39、,Ws5,Rp,Rs); b5,a5=cheby2(n5,Rs,Wn5); h5,w5=freqz(b5,a5); mag5=abs(h5); db5=20*log10(mag5+eps)/max(mag5); figure(5); subplot(5,1,1); plot(w1/pi,db1);axis(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); title('用切比雪夫2型設(shè)計(jì)五個(gè)帶通濾波器'); subplot(5,1,2); plot(w2/pi,db2);axis(0 1 -50

40、 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); subplot(5,1,3); plot(w3/pi,db3);axis(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');subplot(5,1,4); plot(w4/pi,db4);axis(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');subplot(5,1,5); plot(w5/pi,db5);ax

41、is(0 1 -50 20);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|'); y1=filter(b1,a1,ys); y2=filter(b2,a2,ys); y3=filter(b3,a3,ys);y4=filter(b4,a4,ys);y5=filter(b5,a5,ys); %(6)解調(diào) fprintf('按任意鍵開始信號(hào)的解調(diào)和3路信號(hào)頻域分析：n'); pause fs=44100; y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs); y02=y2.*cos(2*pi*8000*t/fs); y03

42、=y3.*cos(2*pi*12000*t/fs); y04=y4.*cos(2*pi*16000*t/fs); y05=y5.*cos(2*pi*20000*t/fs); figure(6) subplot(511) stem(t,abs(fft(y01),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度'); title('解調(diào)后的5路信號(hào)各自的頻譜圖'); subplot(512) stem(t,abs(fft(y02),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel(&

43、#39;幅度'); subplot(513) stem(t,abs(fft(y03),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(514) stem(t,abs(fft(y04),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(515) stem(t,abs(fft(y05),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度'); %（7）低通濾波 fprintf('按任意鍵開始低通濾波器的設(shè)計(jì)：n'); pause Rp=0.5; Rs=40; Wp1=1700/22050; Ws1=4000/22050; n1,Wn1=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs); b1,a1=cheby2(n1,Rs,Wn1); h1,w1=freqz(b1,a1); mag1=abs(h1); db1=20*log10(mag1+eps)/max(mag1); figure(7); plot(w1/pi,db1); axis(0 1 -50 20); xlabel('w/pi'); ylabel('