FDMA通信系统的设计Word文档下载推荐.docx
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OFDM(OrthogonalFrequencyDivisionMultiplexing)实际是一种多载波数字调制技术。
OFDM全部载波频率有相等的频率间隔,它们是一个基本振荡频率的整数倍,正交指各个载波的信号频谱是正交的。
OFDM系统比FDMA系统要求的带宽要小得多。
由于OFDM使用无干扰正交载波技术,单个载波间无需保护频带,这样使得可用频谱的使用效率更高。
另外,OFDM技术可动态分配在子信道中的数据,为获得最大的数据吞吐量,多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。
目前OFDM技术已被广泛应用于广播式的音频和视频领域以及民用通信系统中,主要的应用包括:
非对称的数字用户环线(ADSL)、数字视频广播(DVB)、高清晰度电视(HDTV)、无线局域网(WLAN)和第4代(4G)移动通信系统等。
频分复用系统最大的优点是信道复用率高,允许的复用路数较多,同时分路也很方便,是模拟通信中主要的一种复用方式,在有线和微波通信中应用十分广泛。
频分复用的缺点是设备生产较为复杂,同时因滤波性能不够理想,及信道内存在的非线性容易产生路间干扰。
2、FDMA通信系统的原理
FDMA通信系统模型如图8-2所示。
WDMA和FDMA基本上都基于相同原理,所不同的是,WDMA应用于光纤信道上的数字化光波传输过程,而FDMA应用于模拟传输,诸如双绞线话路传输、电缆接入、峰窝、无线电以及TV通信等。
一直以来,TDMA、CDMA也是结合FDMA共同作用的。
图8-2FDMA通信系统模型
二、实验涉及的Matlab函数
1.fft():
对信号进行谱分析。
2.ifft():
对信号进行傅里叶反变换。
3.fir1():
窗函数法设计FIR数字滤波器。
4.fir2():
频率采样法设计FIR数字滤波器
5.buttord():
设计巴特沃思型的IIR数字滤波器。
还有cheb1ord()、cheb2ord()、ellipord()设计切比雪夫和椭圆型的IIR数字滤波。
6.filter():
IIR数字滤波器实现滤波。
7.fftfilt():
FIR数字滤波器实现滤波。
8.[y,fs,nbits]=wavread(file):
采样值放在向量y中,fs表示采样频率(Hz),nbits表示采样位数。
y=wavread(file,N):
读取前N点的采样值放在向量y中。
9.sound(x,fs,bits):
将x的数据通过声卡转化为声音。
三、实验内容
在Matlab环境中,利用编程方法对FDMA通信模型进行仿真研究。
1、设计要求:
(1)Matlab支持麦克风,可直接进行声音的录制,要求至少获取3路语音信号。
(2)对各路语音信号进行频谱分析。
(3)将各路语音信号分别与各自的高频载波信号相乘,由于各高频载波信号将各语音信号频谱移到不同频段,复用信号频谱为各信号频谱的叠加,因此,只需传输该复用信号便可在同一信道上实现各路语音信号的同时传输。
(4)传输完成后,通过选择合适的带通滤波器,即可获得各个已调信号。
(5)再进行解调,即将各个已调信号分别乘以各自的高频载波信号,这样,原始低频信号被移到低频段。
(6)最后通过选择合适的低通滤波器恢复出各原始语音信号,从而实现FDMA通信传输。
2、实验代码
1、获取录音文件
fs=44100;
%声音的采样频率为44.1khz
duration=3;
%录音的时间
fprintf('
按任意键开始录音1:
\n'
);
pause
录音中……\n'
sd1=wavrecord(duration*fs,fs);
%duration*fs每次获得总的采样数为132300,保存声音
放音中……\n'
%文件名为s1,以下类同.
wavplay(sd1,fs);
录音1播放完毕。
wavwrite(sd1,fs,'
sound1.wav'
%将录音文件保存为wav格式的声音文件,下同
按任意键开始录音2:
sd2=wavrecord(duration*fs,fs);
wavplay(sd2,fs);
录音2播放完毕。
wavwrite(sd2,fs,'
sound2.wav'
按任意键开始录音3:
sd3=wavrecord(duration*fs,fs);
wavplay(sd3,fs);
录音3播放完毕。
wavwrite(sd3,fs,'
sound3.wav'
三个声音的时域波形
2、声音样本的时域和频域分析
t=0:
duration*fs-1;
%总的采样数
[s1,fs]=wavread('
%打开保存的录音文件
[s2,fs]=wavread('
[s3,fs]=wavread('
figure
(1)%图一为三个声音样本的时域波形
subplot(311)
plot(t,s1);
xlabel('
单位:
s'
ylabel('
幅度'
title('
三个声音样本的时域波形'
subplot(312)
plot(t,s2);
subplot(313)
plot(t,s3);
figure
(2)%图二为三个声音样本的频谱分析
stem(t,abs(fft(s1)),'
.'
单位:
Hz'
%fft对声音信号进行快速傅里叶变换
三个声音样本的频谱分析'
stem(t,abs(fft(s2)),'
stem(t,abs(fft(s3)),'
三个声音的频谱分析
3、调制,将三个声音信号用高频载波
x1=4*s1'
.*cos(2*pi*4000*t/fs);
x2=4*s2'
.*cos(2*pi*11000*t/fs);
x3=4*s3'
.*cos(2*pi*18000*t/fs);
s=x1+x2+x3;
%复用信号频谱为各信号频谱的叠加
figure(3)%图三为复用信号的频谱分析
stem(t,abs(fft(s)),'
复用信号的频谱分析'
复用信号的频谱分析
4、带通滤波器设计
Rp=0.5;
Rs=40;
%用切比雪夫设计带通滤波器1;
Wp1=[40008000]/22050;
%fs/2=22050
Ws1=[38008500]/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));
Wp2=[900013000]/22050;
%用切比雪夫设计带通滤波器2;
Ws2=[800014000]/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=[1450018500]/22050;
%用切比雪夫设计带通滤波器3;
Ws3=[1400019000]/22050;
[n3,Wn3]=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs);
[b3,a3]=cheby2(n3,Rs,Wn3);
[h3,w3]=freqz(b3,a3);
mag3=abs(h3);
db3=20*log10((mag3+eps)/max(mag3));
figure(4);
subplot(3,1,1);
plot(w1/pi,db1);
axis([01-5020]);
w/pi'
20lg|H(ejw)|'
用切比雪夫2型设计三个带通滤波器'
subplot(3,1,2);
plot(w2/pi,db2);
subplot(3,1,3);
plot(w3/pi,db3);
y1=filter(b1,a1,s);
%滤出三路未解调信号
y2=filter(b1,a1,s);
y3=filter(b1,a1,s);
利用切比雪夫设计的3个带通滤波器
5、解调
fs=44100
y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs);
%各个已调信号分别乘以各自
y02=y2.*cos(2*pi*11000*t/fs);
%的高频载波信号
y03=y3.*cos(2*pi*18000*t/fs);
figure(5)%图五为解调后3路信号各自的频谱图
stem(t,abs(fft(y01)),'
解调后3路信号各自的频谱图'
stem(t,abs(fft(y02)),'
stem(t,abs(fft(y03)),'
解调后的信号频谱分析
6、低通滤波
%低通滤波器参数选择
Wp1=3400/(22050);
Ws1=4000/(22050);
%采用切比雪夫2型(cheby2)带通滤波器
figure(6)%图六为低通滤波器的频率响应
低通滤波器的频率响应'
低通滤波器的频率响应
7、回复信号的时域波形和频谱分析
yy1=filter(b1,a1,y01);
yy2=filter(b1,a1,y02);
yy3=filter(b1,a1,y03);
figure(7)%图七为恢复信号的时域波形
subplot(311)
plot(t,yy1);
plot(t,yy2);
plot(t,yy3);
恢复信号的时域波形'
figure(8)%图八为恢复信号的频谱分析
stem(t,abs(fft(yy1)));
stem(t,abs(fft(yy2)));
stem(t,abs(fft(yy3)));
恢复信号的频谱分析'
wavplay(yy1,fs);
%恢复声音信号的再现
wavplay(yy2,fs);
wavplay(yy3,fs);
恢复信号的时域波形
恢复信号的频谱分析
四、结果分析
三路语音信号经过调制,调制频率分别为4000Hz,11000Hz,18000Hz,然后在三路信号叠加,经传输后,再用不同的切比雪夫2型带通滤波器滤波,然后再分别解调,再通过低通滤波器,即可分别还原出原来的三路语音信号。
由开始录入的3路信号波形图和最后恢复出的3路信号波形图进行比较可以看出,它们的时域波形图基本相同(figure
(1)和figure(8)),频谱图也基本相同(figure
(2)和figure(9))。
通过wavplay函数听取还原出的的三路信号,基本可以听清楚,和开始的三路信号的声音基本相同,由此了、可以证明此简单的FDMA通信模型工作状况基本良好。
五、总结
通过这次研究,我加深对调制与解调原理及过程的理解,能将调制与解调原理应用到FDMA通信系统中,理解了滤波器滤波特性,掌握了FDMA通信系统的原理,对我今后的学习帮助很大。
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- 关 键 词:
- FDMA 通信 系统 设计