FDM频分复用实验分析报告
SC-FDMA报告
SC-FDMA学习报告多址技术是指处于不同地点的多个用户接入一个公共用户的传输媒质实现各个用户之间相互通信的技术。
复用技术是指在一条物理通信线路上建立多条逻辑通信信道，同时传输若干路互不相干的信号技术。
多址接入的过程需要采用复用技术，通过使用不同的多址方案，可以将多个信号复合，复合后的信号经过无线信道传输后在接收端再进行信号分离。
在宽带无线通信系统中，由多径传输引起的频率选择性衰落会引起符号间干扰，严重影响通信的可靠性。
目前最有效的解决方案有两种，频分复用技术（OFDM）和带频域聚的单载波调制技术（SC-FDE）。
SC-FDMA多址技术融合了OFDM和SC-FDE的优点。
1 LTE上行采用SC-FDMA的原因（即技术特点）LTE的上行多址接入选择了单载波频分多址（Single-Carrier Frequency Division Multiple Access，SC-FDMA）方案。
为什么没有沿用UMTS（国际标准化组织3GPP制定的全球3G标准之一）上行技术：（1）相对于UMTS采用的DS-CDMA（直接序列码分多址），SC-FDMA主要优点是可以使小区内多用户保持正交，避免用户间的较强干扰从而可以保证系统容量以及利用自适应调剂技术。
（2）此外DS-CDMA场景下单个终端使用多码传输时PAPR/CM(峰值/平均功率比,PAPR是由于多载波在频域叠加引起)会显著增大。
（3）C-FDMA技术结合了SC-FDE技术的低PAPR值和发送端复杂较低等优点。
为什么没有沿用LTE下行技术：（1）没有采用OFDM原因是OFDM会带来较大的PAPR，这是终端功率放大的设计带来很大的麻烦。
（2）SC-FDMA结合了OFDM技术抗多径衰落。
（3）SC-FDMA多址技术相对于OFDMA多址技术增加了一个DFT预编码的过程，因此可以看作是基于DFT（傅里叶变换）的OFDMA多址技术。
【注：OFDM的缺点主要有两个：①对信道产生的频率偏移和相位噪声很敏感；②信号PAPR/CM （峰值功率和平均功率的比值）较大，这将会降低射频功率放大器的效率。
正交频分复用
正交频分复用(OFDM)是多载波传输技术之一，近年来受到广泛关注。
目前，这项技术已在许多高速信息传输领域得到应用，并且有可能成为下一代蜂窝移动通信系统的物理层传输技术。
本讲座将分3讲来介绍OFDM技术的基本原理及其应用。
第1讲首先介绍OFDM的基本原理，第2讲介绍OFDM中的相关信号处理技术，第3讲介绍OFDM中的多址方式及其在通信系统中的应用情况。
1 引言近些年来，以正交频分复用(OFDM)为代表的多载波传输技术受到了人们的广泛关注。
多载波传输把数据流分解为若干个独立的子比特流，每个子数据流将具有低得多的比特速率。
用这样低比特率形成的低速率多状态符号去调制相应的子载波，就构成了多个低速率符号并行发送的传输系统。
OFDM是多载波传输方案的实现方式之一，在许多文献中，OFDM 也被称为离散多音(DMT)调制。
OFDM利用逆快速傅立叶变换(IFFT)和快速傅立叶变换(FFT)来分别实现调制和解调，是实现复杂度最低、应用最广的一种多载波传输方案。
除了OFDM方式之外，人们还提出了许多其他的实现多载波调制的方式，如矢量变换方式、基于小波变换的离散小波多音频调制（DWMT）方式等，但这些方式与OFDM相比，实现复杂度相对较高，因而在实际系统中很少采用。
OFDM的思想最早可以追溯到20世纪50年代末期。
60年代，人们对多载波调制作了许多理论上的工作，论证了在存在符号间干扰的带限信道上采用多载波调制可以优化系统的传输性能；1970年1月有关OFDM的专利被首次公开发表；1971年，Weinstein和Ebert在IEEE杂志上发表了用离散傅立叶变换实现多载波调制的方法；80年代，人们对多载波调制在高速调制解调器、数字移动通信等领域中的应用进行了较为深入的研究，但是由于当时技术条件的限制，多载波调制没有得到广泛的应用；90年代，由于数字信号处理技术和大规模集成电路技术的进步，OFDM技术在高速数据传输领域受到了人们的广泛关注。
FDMA频分复用系统设计
山东轻工业学院课程设计任务书学院电子信息与控制工程学院专业通信工程姓名班级学号题目频分复用系统设计主要内容：综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，从而加深对所学知识的理解，建立概念，加深理解滤波、FDM等的综合应用。
设计5~8路基带信号（带宽相同）进行FDM传输的一个系统，调制方式可以选择DSB、SSB、AM或VSB，也可以采用多采样率系统实现；在接收端进行解复用和解调，恢复出原始的各路基带信号。
基本要求（1）掌握数字信号处理的基本概念、基本原理和基本方法；掌握DFT对模拟信号进行频谱分析的方法；掌握设计FIR和IIR数字滤波器的方法；（2）掌握FDM系统的原理及简单实现方法（3）设计出系统模块图，记录仿真结果；（4）对结果进行分析，写出设计报告。
主要参考资料[1]高西全，丁玉美. 数字信号处理(第三版). 西安电子科技大学出版社. 2009.01[2]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗. 离散时间数字信号处理.(第二版) . 西安交通大学出版社. 2004.09[3]胡广书. 数字信号处理. 清华大学出版社.[4]matlab数字信号处理的相关资料[5]樊昌信. 通信原理. 国防工业出版社. 2008完成期限：自 2012 年 6 月 28 日至 2012年 7 月 13 日指导教师：张凯丽教研室主任：目录1 设计任务及要求1.1 设计任务1.2 设计要求2 设计作用及其目的3 设计过程及原理3.1 频分复用通信系统模型建立3.2 信号的调制3.3 系统的滤波器设计3.4 信道噪声4.基于simulink的FDMA仿真5参数设置6频谱波形分析7实验心得及体会8 参考文献主要内容：综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，从而加深对所学知识的理解，建立概念，加深理解滤波、FDM等的综合应用。
设计5~8路基带信号（带宽相同）进行FDM传输的一个系统，调制方式可以选择DSB、SSB、AM或VSB，也可以采用多采样率系统实现；在接收端进行解复用和解调，恢复出原始的各路基带信号。
时分复用和频分复用
时分复用和频分复用时分复用频分复用简介数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。
采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。
频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。
举个例最简单的例子：从A地到B地坐公交2块。
打车要20块为什么坐公交便宜呢这里所讲的就是“多路复用”的原理。
频分复用(FDM) 频分复用按频谱划分信道，多路基带信号被调制在不同的频谱上。
因此它们在频谱上不会重叠，即在频率上正交，但在时间上是重叠的，可以同时在一个信道内传输。
在频分复用系统中，发送端的各路信号m1(t)，m2(t)，…,mn(t)经各自的低通滤波器分别对各路载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)进行调制,再由各路带通滤波器滤出相应的边带（载波电话通常采用单边带调制），相加后便形成频分多路信号。
在接收端，各路的带通滤波器将各路信号分开，并分别与各路的载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)相乘，实现相干解调,便可恢复各路信号,实现频分多路通信。
为了构造大容量的频分复用设备，现代大容量载波系列的频谱是按模块结构由各种基础群组合而成。
根据国际电报电话咨询委员会(CCITT)建议,基础群分为前群、基群、超群和主群。
①前群，又称3路群。
它由3个话路经变频后组成。
各话路变频的载频分别为12，16，20千赫。
取上边带，得到频谱为12～24千赫的前群信号。
②基群,又称12路群。
它由4个前群经变频后组成。
各前群变频的载频分别为84，96，108，120千赫。
取下边带，得到频谱为 60～108千赫的基群信号。
SDM(空分复用)FDM(频分多路复用)TDM(时分多路复用)WDM(波分多路复用)CDMA(码分多址)
时分复用(TDM，Time Division Multiplexing)就是将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片(简称时隙)，并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。时分复用技术的特点是时隙事先规划分配好且固定不变，所以有时也叫同步时分复用。其优点是时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率。时分复用技术与频分复用技术一样，有着非常广泛的应用，电话就是其中最经典的例子，此外时分复用技术在广电也同样取得了广泛地应用，如SDH，ATM，IP和 HFC网络中CM与CMTS的通信都是利用了时分复用的技术。
CDMA是采用数字技术的分支——扩频通信技术发展起来的一种崭新而成熟的无线通信技术，它是在FDM和TDM的基础上发展起来的。FDM的特点是信道不独占，而时间资源共享，每一子信道使用的频带互不重叠；TDM的特点是独占时隙，而信道资源共享，每一个子信道使用的时隙不重叠；CDMA的特点是所有子信道在同一时间可以使用整个信道进行数据传输，它在信道与时间资源上均为共享，因此，信道的效率高，系统的容量大。CDMA的技术原理是基于扩频技术，即将需传送的具有一定信号带宽的信息数据用一个带宽远大于信号带宽的高速伪随机码(PN)进行调制，使原数据信号的带宽被扩展，再经载波调制并发送出去；接收端使用完全相同的伪随机码，与接收的带宽信号作相关处理，把宽带信号换成原信息数据的窄带信号即解扩，以实现信息通信。CDMA码分多址技术完全适合现代移动通信网所要求的大容量、高质量、综合业务、软切换等，正受到越来越多的运营商和用户的青睐。
频分复用(FDM，Frequency Division Multiplexing)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰(条件之一)。频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。频分复用技术除传统意义上的频分 复用(FDM)外，还有一种是正交频分复用(OFDM)。
实验四 多路信号的复用与解复用
实验四多路信号的复用与解复用一、实验目的了解多路信号的复用与解复用原理，能使用Systemview对多路信号建立模型并对其进行仿真分析。
二、实验原理数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往会超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信号,这就是所谓的多路复用技术(MultiplexiI1g)。
采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。
频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision MultiplexiIIg)是两种最常用的多路复用技术。
(FDM) 频分复用按频谱划分信道，多路基带信号被调制在不同的频谱上。
因此它们在频谱上不会重叠，即在频率上正交，但在时间上是重叠的，可以同时在一个信道内传输。
在频分复用系统中，发送端的各路信号m1(t)，m2(t)，…,mn(t)经各自的低通滤波器分别对各路载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)进行调制,再由各路带通滤波器滤出相应的边带（载波电话通常采用单边带调制），相加后便形成频分多路信号。
在接收端，各路的带通滤波器将各路信号分开，并分别与各路的载波f1(t)，f2(t)，…，fn(t)相乘，实现相干解调,便可恢复各路信号,实现频分多路通信。
为了构造大容量的频分复用设备，现代大容量载波系列的频谱是按模块结构由各种基础群组合而成。
根据国际电报电话咨询委员会(CCITT)建议,基础群分为前群、基群、超群和主群。
①前群，又称3路群。
它由3个话路经变频后组成。
各话路变频的载频分别为12，16，20千赫。
取上边带，得到频谱为12～24千赫的前群信号。
②基群,又称12路群。
它由4个前群经变频后组成。
各前群变频的载频分别为84，96，108，120千赫。
取下边带，得到频谱为60～108千赫的基群信号。
频分复用及应用实例
频分复用及应用实例
频分复用
频分复用（FDM，Frequency Division Multiplexing）就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带（或称子信道），每一个子信道传输1路信号。
频分复用要求总频率宽度大于各个子信道频率之和，同时为了保证各子信道中所传输的信号互不干扰，应在各子信道之间设立隔离带，这样就保证了各路信号互不干扰（条件之一）。
频分复用技术的特点是所有子信道传输的信号以并行的方式工作，每一路信号传输时可不考虑传输时延，因而频分复用技术取得了非常广泛的应用。
频分复用技术除传统意义上的频分复用（FDM）外，还有一种是正交频分复用（OFDM）。
频分复用及应用实例
一、频分复用
概念：多路复用是将若干路彼此无关的消息信号合并在一起，在一个信道中进行传输。
通信实验二FDM
实验二FDM频分复用通信系统实验一、实验目的1、掌握FDM系统的基本原理2、理解实验电路的工作过程3、了解各模块电路在系统中的作用二、实验内容1、熟悉FDM系统的原理2、测量各中间测试点的波形3、根据系统结构组成框图进行系统电气连接4、测量各信号源输出信号的波形，了解信号源输出信号的参数变化对系统传输的影响三、实验设备1、20MHZ示波器一台2、实验模块：RC-ZHTX-10模块、RC-ZHTX-14模块、RC-ZHTX-15模块、RC-ZHTX-16模块、RC-ZHTX-17模块四、基本原理我们将两路话音信号在两个不同的频率区里进行传送，即频分复用（FDM）。
图2-1所示的是一个频分复用的电话系统组成方框图。
由图可见，复用的信号共有ｎ路，每路信号首先通过低通滤波器（LPF），以便限制路信号的最高角频率ωm。
为简单起见，这里假定各路的ωm都相等，例如，若各路都是话音信号，则每路信号的最高频率均为 3.4K。
然后，各路信号通过各自的调制器，它们的电路可以是相同的，但所用的载波频率则不同。
调制的方式可以任意选择，可以是SSB、DSB 等。
在选择载频里，应考虑到边带的频谱宽度。
同时，为了防止邻路信号间的相互干扰，还应留有一定的防护频带，即f c(i+1)=f c i+(f m+f g),i=1,2,…,n式中，f c i与f c(i+1)——分别为第i路与第（i+1）路的载频的频率；f m——每一路的最高频率；f g——邻路间隔防护频带。
显然，若f g越大，则在邻路信号干扰指标相同的情况下，对边带滤波器的技术指标要求允许放宽些。
但这时占用总的频带要加宽，这对提高信道复用率不利。
因此，实际中我们宁愿提高边带滤波器技术指标，以使f g尽量缩小。
目前，按CCITT标准，防护频带间隔应为900HZ，这样，可以使邻路干扰电平低于-40dB以下。
LPF LPFLPF LPF×DBF1×DBF2×DBFn-1×DBFn相加器信道ωc1ωc2ωcn-1ωcnm1(t) m2(t)m n-1(t) m n(t)LPF LPFLPF LPF×BPF1×BPF2×BPFn-1×BPFn ωc1ωc2ωcn-1ωcnm1(t)m2(t)m n-1(t)m n(t)图22-1频分复用系统组成方框图经过调制后的各路信号，在频率位置上就被分开了。
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FDM频分复用实验报告
————————————————————————————————作者：————————————————————————————————日期：
实验课程名称现代通信原理
专业班级 13级通信工程本科班
学生姓名陈勇
学号 134090201048 指导教师曹老师
2015至2016学年第1学期第12至13周
《FDM频分复用》实验报告
2015至2016学年第一学期
姓名陈勇系别计科系实验地点综合楼401教室
13级通信工程
实验时间2015年11月24日学号134090201048 年级、班
本科班
实验项目FDM频分复用实验
一、实验目的
1、掌握FDM复用的基本原理。
2、掌握FDM解复用的常用方法。
二、实验环境（条件）
1、信号与系统实验箱一台（主板）。
2、FDM频分复用传输系统实验模块一块。
3、20M双踪示波器一台。
三、实验内容及步骤：
(一) 实验内容
1、观察复用信号的波形。
2、观察解复用信号的波形。
3、观察调制信号与解调信号的波形。
（二）实验原理
在信道上（例如无线信道）将若干路信号以某种方式汇合，统一在同一信道中进行传输称之为多路复用。
在近代通信系统中普遍采用多路复用技术，如频分复用技术。
频繁复用要求设备在发送端将各路信号频谱搬移到各个不相同的频率范围内，使它们互不重叠，这样就可复用同一信道传输。
(三)实验步骤
1、打开20M双踪示波器，校正示波器。
2、把FDM频分复用传输系统实验模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接
入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并打开此模块的
电源开关。
3、载波信号和调制信号的产生：（其频率均可用主板上的频率计进行测量）
载波：在主板上，分别产生16K、31K的正弦信号（具体操作见实验一和实验四），作载波信号，调节其幅度（用“幅度调节”电位器进行调节），使两载波信号
的峰峰值均为3V。
调制信号：FDM频分复用传输系统模块的“200Hz调制信号”输出一峰峰值为2V左右，频率为200Hz作业的正弦信号；FDM频分复用传输系统模块的“500Hz
调制信号”输出一峰峰值为2V左右，频率为500Hz作业的正弦信号。
4、调制单元：
第一路调制波形的产生（调制单元上部分）：y(t)=s(t)*x(t)，调制在31KHz
的载频上。
（1）将31KHz的正弦信号作为发送载波，通过连接线将其与第一路调制单元的
“载波2”端相连。
（2）将“调制信号”接地，然后观察“已调信号”输出端，观察输出端是否有
信号输出，如果有，然后再调节“FDM频分复用传输系统模块”第一路调制信号的
“调制深度调节”电位器，使“已调信号”输出信号为0。
(3)通过连接线将“FDM频分复用传输系统模块”的“500Hz调制信号”输出端
（500Hz正弦信号），连接到第一路调制单元的“调制信号”端，观察“已调信号”
输出端波形，即为第一路调制波形。
第二路调制波形的产生（调制单元下部分）：y(t)=s(t)*x(t)，调制在16KHz
的载频上。
（1）将16KHz的正弦信号作为发送载波，通过连接线将其与第二路调制单元的
“载波1”端相连。
（2）将“调制信号”接地，然后观察“已调信号”输出端，观察输出端是否有信号输
出，如果有，然后在调节“FDM频分复用传输系统模块”第二路调制信号的“调制深
度调节”电位器，使“已调信号”输出信号为0。
（3）通过连接线将“FDM频分复用传输系统模块”的“200Hz调制信号”输出
端（200Hz正弦信号），连接到第二路调制单元的“调制信号”端，观察“已调信
号”输出端波形，即为第二路调制的波形。
5、两路已调信号的复用：
将第一路“已调信号”用连接导线接入到上端的“复用输入”，将第二路“已调信号”用连接导线接入到上端的“复用输入”，观察“复用”端测试钩的波形，
即两路已调信号的复用到信道中。
6、复用信号的解复用：
将实验步骤5所获得的复用信号（“复用”输出端），用连接线同时连接到上下端的“解复用输入”端，并观察解复用输出端“X”和“Y”的波形，其应分别和两
路“已调信号”波形基本一致。
其中“X”“Y”分别代表第一路和第二路解复用信号。
7、解调单元：
（1）“载波2”和“载波1”端分别接31K和16K的载波信号（与调制单元的载波信号相同，也称同步信号）。
（2）将解复用的输出信号“X”“Y”分别和解调单元的“X”“Y”，用连接线相连。
（3）观察两路信号的输出端，如果信号发生失真，调节各路“输出调节”电位器，使输出的波形更接近于正弦信号。
（4）如果波形仍有少许的失真可以轻微调节载波的频率。
8、稍微对调制信号的频率进行改变（不超过1K），可以观察到输出信号的频率也在发生改变，二者的频率应该相等。
四、实验结果（反思）
不同的传输媒介具有不同的带宽(信号不失真传输的频率范围)。
频分多路复用技术对整个物理信道的可用带宽进行分割，并利用载波调式技术，实现原始信号的频谱迁移，使得多路信号在整个物理信道带宽允许的范围内，实现频谱上的不重叠，从而共用一个信道。
为了防止多路信号之间的相互干扰，使用隔离频带来隔离每个子信道。
实验完成情况：完成基本完成未完成。