频分复用系统设计报告

《信息处理课群综合训练与设计》任务书学生姓名：黄在勇专业班级：通信1104班指导教师：周建新工作单位：信息工程学院题目: 频分复用初始条件：Matlab软件、信号与系统、通信处理等。

要求完成的主要任务:根据频分复用的通信原理，用matlab采集两路以上的信号（如语音信号），选择合适的高频载波进行调制，得到复用信号。

然后设计合适的带通滤波器、低通滤波器，从复用信号中恢复出所采集的语音信号。

设计中各个信号均需进行时域和频域的分析。

参考书：[1]陈慧慧、郑宾. 频分多址接入模型设计及MATLAB仿真计算（第三版）.高等教育出版社，北京: 2000[2]李建新、刘乃安、刘继平. 现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工具箱. 西安电子科技大学出版社，西安: 2000[3]邓华等. MATLAB通信仿真及应用实例详. 人民邮电出版社，北京: 2003时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为2周。

（1）理解相关技术原理，确定技术方案，时间2天；（2）选择仿真工具，进行仿真设计与分析，时间6天；（3）总结结果，完成课程设计报告，时间2天。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要 (I)Abstract (II)1绪论 (1)1.1设计目的 (1)1.2设计内容 (2)1.3设计要求 (2)2频分复用通信系统模型 (3)3频分复用系统方案设计 (6)3.1语音信号采样 (6)3.2语音调制信号 (7)3.3 系统的滤波器设计 (8)3.4信道噪声 (9)4频分复用原理实现与仿真 (11)4.1 语音信号的时域和频域仿真 (11)4.2 复用信号的频谱仿真 (12)4.3 传输信号的仿真 (13)4.4 解调信号的频谱仿真 (14)4.5恢复信号的时域与频域仿真 (16)5 心得体会 (18)附录I 源程序 (19)附录II 参考文献 (24)摘要在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。

如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。

在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后分别解调接收。

本设计是用FFT实现对三个同频带信号的频分复用，就是通过Matlab语言来实现的。

关键字：频分复用频段MatlabAbstractIn the communication system, the channel bandwidth can be provided typically much wider than the bandwidth required to transmit one signal. If a channel signal is transmitted only wasteful way, in order to take full advantage of the bandwidth of the channel, using frequency division multiplexing can be used for the method.In a frequency division multiplexing system, the available frequency channels are divided into a plurality of mutually non-overlapping bands, each with one of the signal transmission bands, and therefore they can be used to filter out were filtered off, and then demodulates received.This design is used to achieve the three FFT band signal with frequency division multiplexing, is through the Matlab language to achieve.Keywords：Frequency Division Multiplexing Band Matlab1绪论1.1设计目的FDMA（Frequency Division Multiple Access）是数据通信中的一种技术，也是现在移动通信中使用最大的一种通信方式。

FDMA通信技术可以使不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上传输。

按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。

同固定分配系统相比，FDMA使通道容量可根据要求动态地进行交换。

FDMA具有以下特点：优点•有效减少多径及频率选择性信道造成接收端误码率上升的影响•接收端可利用简单一阶均衡器补偿信道传输的失真•频谱效率上升缺点•传送与接收端需要精确的同步•对于多普勒效应频率漂移敏感•峰均比高•循环前缀（Cyclic Prefix）造成的负荷优势•允许多个用户并行传送低速数据流•能够避免脉冲载波•可以灵活调整低速率用户的发射功率•时延固定且比较小•简化了多址接入的防碰撞实现机制•更好地抵御信号衰落和干扰本次课程设计通过Matlab软件对FDMA系统进行仿真研究，可以加深对FDMA 通信系统的理解和掌握。

通过这次课程设计可达到以下的目的：（1）巩固课本所学的有关理论知识。

（2）加深对FDMA通信系统的理解和掌握相关知识。

（3）掌握带通滤波器和低通滤波器的设计（4）掌握Matlab软件的基本使用。

（5）学会运用Matlab软件进行一些仿真和设计。

1.2设计内容根据频分复用的通信原理，运用Matlab软件采集两路以上的语音信号，选择合适的高频载波进行调制，得到复用信号。

然后设计必要的带通滤波器、低通滤波器，从复用信号中恢复所采集的语音信号。

整个过程运用Matlab进行仿真，并对各个信号进行时域和频域分析。

1.3设计要求（1）使用Matlab软件画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。

（2）选择合适的高频载波，对采样信号进行调制。

（3）使用Matlab软件画出复用信号的频谱图。

（4）设计合适的带通滤波器，并画出带通滤波器的频率响应。

（5）对滤波后的信号进行解调，画出解调后各路信号的频谱图。

（6）设计低通滤波器，画出低通滤波器的频率响应。

恢复信号的时域波形和频谱图。

2频分复用通信系统模型频分多址（FDMA ）是使用最早、目前使用较多的一种多址接入方式，广泛应用于卫星通信、移动通信、一点多址微波通信系统中。

FDMA 通信系统核心的思想是频分复用（FDM ），复用是一种将若干个彼此独立的信号合并为一个可在同一个信道上传送的复合信号的方法。

例如，在电话通信系统中，语音信号频谱在300—3400Hz 内，而一条干线的通信资源往往远大于传送一路语音信号所需的带宽。

这时，如果用一条干线只传一路语音信号会使资源大大的浪费，所以常用的方法是“复用”，使一条干线上同时传输几路电话信号，提高资源利用率。

频分复用（FDM ）是信道复用按频率区分信号，即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，如图2.1所示。

然后把需要在同一信道上同时传输的多个信号的频谱调制到不同的频带上，合并在一起不会相互影响，并且能再接收端彼此分离开。

频分复用的关键技术是频谱搬移技术，该技术是用混频来实现的。

混频的原理，如图2.2所示。

混频过程的时域表示式为：)2cos()()(0t f t x t s π⋅= （1）图 2.1 频分复用的子频带划分其双边带频谱结构如图2.3所示。

其中，下边带也称为反转边带，从低到高的频率分量是基带频率分量的翻转，双边带频谱经过低通滤波就可以得到下边带；上边带也称为正立边带，从低到高频率分量与基带频率分量一致，双边带频谱经过高通滤波就可以得到上边带。

图 2.2 混频原理图2.3 双边带频谱结构从图2.3可以看出上、下边带所包含的信息相同，所以恢复原始数据信息只要上边带和下边带的其中之一即可。

另外，混频器本身不是线性设备。

线性设备的输出与输入信号具有相同的频率成分，只以幅度和相位的不同来区分。

但是，混频器所对应的调制方式之所以称之为“线性调制”，主要是由于从频谱的角度只进行了简单的搬移。

在FDMA 通信系统中，首先把传输频带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带，每个用户分配带一个固定子频带，按频带区分用户，如图2.4所示。

信号调制到该子频带内，各用户信号同时传送，接收时分别按频带提取信号，实现多址通信。

所以FDMA 实现的是频率域上的正交性。

其中FDMA 的正交分割条件为：⎩⎨⎧≠==⎰mn m n df f x f x n f f m ，，01)()(21 (2)如果用理想滤波器分割各用户信号，不需要保护间隔也能满足正交分割条件。

但是，理想滤波器在工程上是不可能实现的，则各信号间总存在一定的相关性，总会有一定的干扰。

因此各频带之间需留有一定的保护间隔以减少各频带之间的串扰。

FDMA有采用模拟调制的，也有采用数字调制方式的，可以由一组模拟信号用频分复用方式（FDM/FDMA）或一组数字信号用时分复用方式（TDM/FDMA）占用一个较宽的频带，调制到相应的子频带后传送到同一个地址。

图2.4 频分多址的子频带划分通过前面的分析可以得出FDMA通信系统之所以可以使不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上传输，其核心的思想是频分复用。

即不同的信号运用不同的载波进行调制，而载波带宽被划分为多种不同频带的子信道，每个子信道可以并行传送一路信号。

而接收端通过不同的带通滤波器将各路不同的信号提取出来，再通过解调和低通滤波器，进而恢复原始信号。

从而可以得到如图2.5所示的简化FDMA通信模型。

图2.5 频分复用通信系统模型3频分复用系统方案设计3.1语音信号采样语音信号的采样即为信号的抽样过程，是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号，其实质就是用一固定频率的抽样信号周期性的读出或测量该连续时间模拟信号。

设抽样信号的频率为s f ，则抽样周期为s T 。

抽样以后的信号仍为模拟量，只不过是时间上离散的脉冲调制信号。

如图3.1所示，f(t)为输入的被抽样信号，p(t)为抽样信号，而f 0(t)为抽样后输出信号。

理想的抽样应是冲激序列，但实际抽样通常是平顶抽样或自然抽样。

图3.1 抽样过程波形抽样的理论基础是抽烟定理，它说明在什么条件下能从抽样输出信号f 0(t)中恢复输入信号f(t)。

根据频谱分析理论，只有抽样信号的频率不发生重叠现象时，抽样的频谱才能与信号频谱相一致。