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1、目 录第 1 章 需求分析- 31.1 设计题目- 31.2 设计要求- 31.3 系统功能分析- 3第 2 章 原理分析和设计- 42.1 理论分析和计算- 4第 3 章 详细设计- 53.1 算法设计思路- 53.2 对应的详细程序清单及程序注释说明- 6第 4 章 调试分析过程描述- 104.1 测试数据、测试输出结果- 104.2 程序调试过程中存在的问题以及对问题的思考- 13第 5 章 总 结- 15数字信号处理课程设计 ctystol第 2 页 共 15 页第 1 章 需求分析1.1 设计题目在 Matlab 环境中，利用编程方法对 FDMA 通信模型进行仿真研究1.2 设计要求
2、1.2.1 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。1.2.2 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。1.2.3 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。1.2.4 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。1.2.5 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。1.3 系统功能分析频分多址接入 FDMA
3、，简称频分多址，是按频率分配地址的多路通信系统，即不同地址的用户使用不同的载波频率。在全球卫星通信系统中最早使用的就是这种体制。在这种体制中，地球站向卫星上的转发器发射一个或多个规定频率的信号，卫星转发器接受这些信号后，经过放大、变频，再转发回地面。各地球站可以有选择地接收某些频率的信号。下面以一个 3 路频分复用通信系统为例，来说明 FDMA 通信系统模型，该通信系统的原理框图如下图所示：图 1 频分复用原理框图相乘 调制到频率f1高频载波 f1相乘 调制到频率f2高频载波 f2相乘高频载波 f3调制到频率f3频分复用信号st带通滤波器 1带通滤波器 2带同滤波器 3解调 f1并低通滤波解调
4、 f2并低通滤波解调 f3并低通滤波信号1信号2信号3输出1输出2输出3数字信号处理课程设计 ctystol第 3 页 共 15 页第 2 章 原理分析和设计2.1 理论分析和计算对照图 1 频分复用原理框图，对 FDMA 通信系统进行理论分析和计算：假设系统传输一连续非周期信号 ，其频域表征为傅立叶变换，则该信号的傅立叶变换为)(tx（1）+=dtexeXjj)(为了有效地进行 FDMA 通信，需将一高频载波信号（ ）与原信号相乘，即信道传输的信号变为)cos(0t，该信号的傅立叶变换为)cos0t（2）()cos( )(0 00 jjjj eXedttxeT比较（1）式和（2）式可见，原始
5、信号与载波信号相乘后，其频谱被搬移到载波频谱的两侧。基于上述分析，假设系统现在同时传输 n 路信号，则所传输的信号可表示为 )(2cos()(2cos)(cos)(1 txftxftxft n+=式中： ， ， 为原始信号； ， ， 为载波频率1x2n1f由于各高频载波把信号频谱移到不同的频率段，复用信号频谱为各信号频谱的叠加，因此，只需传输复用信号便可在同一信道上实现 n 路信号的同时传输，传输完成后，通过 n 个合适的带通滤波器，即可获得 n 个已调信号，然后，通过解调、低通滤波器滤波便可恢复原始信号。设载波信号为余弦信号 ，调制信号为 ，则传输信号为双边带调幅信号 ，即：cuuDSBu（
6、3）tUuccmos=（4）（5）2)cos()cos(coss ttUttmmcDSB 由（5）式可见，调制信号的频谱被线性搬移到载频两边，上边频为 ，下边频为 ，频+c宽为 。假设需传输 3 路同频宽的余弦信号，频宽为 ，为了防止传输过程中的频谱间干扰，载波频2 率间间隔应该大于 。语音信号的频率范围为：300 Hz 3400 Hz载波信号的频率可选择为：4 kHz 、8kHz 、12kHz ，这是理论分析的结果，实际设计过程中根据实际的语音信号的频率特性的实际情况来选择合适的载波信号。数字信号处理课程设计 ctystol第 4 页 共 15 页第 3 章 详细设计3.1 算法设计思路3.
7、1.1 Matlab 支持麦克风，可直接进行声音的录制，获取 3 路语音信号 ， ， ；)(1tx2t)(3tx音频文件的 I/O 命令：wavread 读.wav 声音文件wavwrite 写.wav 声音文件wavrecord 录入.wav 声音文件wavplay 播放.awv 声音文件 3.1.2 对 3 路语音信号进行频谱分析，得到其频率特性 ， ， ；)(1jeX)(2j)(3jeX频谱分析所用到函数：y,w=freqz(y);stem(w/pi,abs(y);3.1.3 根据语音信号的频率特性选择合适的载波信号的载波频率 ， ， 对语音信号进行调制1cf23cf得到调制信号 ， ，
8、 ；并对 3 路调制信号进行频谱分析，得到其频率特性 ，)(1tx2t)(3tx )(1jeXT， ；)(2jeXT3je信号调制所用函数：y=modulate(x,Fc,Fs,am)；3.1.4 将调制后的 3 路语音信号叠加，得到频率复用信号 ，并对复用信)()(321txttxts+=号进行频谱分析，得到其频谱特性 ；)(jeST3.1.5 根据复用信号的频谱特性选择合适的带同滤波器 ， ， 对 3 个特定频率段的信号进行1H2提取，得到 3 路滤波后的信号 ， ， ；1tyo2to)(3tyo带通滤波函数：n,Wn=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs)b,a=cheby2(n,R
9、s,Wn)；y=filter(b,a,x)；3.1.6 对滤波后的信号进行解调得到解调信号 ， ， ；)(1tyo)(2to)(3tyo信号解调所用函数：y=demod(x,Fc,Fs,am)；3.1.7 解调后的语音信号含有高频成分，通过低通滤波器滤除高频成分后就可得到恢复后的语音信号， ， ；)(1ty2t)(3ty低通滤波函数：n,Wn=cheb2ord(Wp,Ws,Rp,Rs)；b,a=cheby2(n,Rs,Wn)；y=filter(b,a,x)；数字信号处理课程设计 ctystol第 5 页 共 15 页3.2 对应的详细程序清单及程序注释说明%语音信号的录入Fs=44100;%采
10、样频率t=3;%录音时间fprintf(请录入声音 1:n);x1=wavrecord(t*Fs,Fs);wavplay(x1,Fs);subplot(3,1,1);plot(x1);title(语音信号 1);pause(3); %等待语音信号 1 播放完毕之后再次录入fprintf(请录入声音 2:n);x2=wavrecord(t*Fs,Fs);wavplay(x2,Fs);subplot(3,1,2);plot(x2);title(语音信号 2);pause(3); %等待语音信号 2 播放完毕之后再次录入fprintf(请录入声音 3:n);x3=wavrecord(t*Fs,Fs)
11、;wavplay(x3,Fs);subplot(3,1,3);plot(x3);title(语音信号 3);%语音信号的频谱分析figure;xf1,w1=freqz(x1);subplot(3,1,1);stem(w1/pi,abs(xf1);title(语音信号 1 的频谱);xlabel(Hz);ylabel(幅度);xf2,w2=freqz(x2);subplot(3,1,2);stem(w2/pi,abs(xf2);数字信号处理课程设计 ctystol第 6 页 共 15 页title(语音信号 2 的频谱);xlabel(Hz);ylabel(幅度);xf3,w3=freqz(x3
12、);subplot(3,1,3);stem(w3/pi,abs(xf3);title(语音信号 3 的频谱);xlabel(Hz);ylabel(幅度);%根据频谱分析选择合适的载波信号对语音信号进行调制Fc1=4000;Fc2=12000;Fc3=19000;xt1=modulate(x1,Fc1,Fs,am);xt2=modulate(x2,Fc2,Fs,am);xt3=modulate(x3,Fc3,Fs,am);figure;xtf1,wt1=freqz(xt1);subplot(3,1,1);stem(wt1/pi,abs(xtf1);title(调制后的语音信号的频谱);subpl
13、ot(3,1,2);xtf2,wt2=freqz(xt2);stem(wt2/pi,abs(xtf2);subplot(3,1,3);xtf3,wt3=freqz(xt3);stem(wt3/pi,abs(xtf3);%信号的叠加%st 叠加复用的调制信号figure;st=xt1+xt2+xt3;stf,w=freqz(st);subplot(2,1,1);数字信号处理课程设计 ctystol第 7 页 共 15 页plot(st);title(语音信号的叠加);subplot(2,1,2);stem(w/pi,abs(stf);title(复用信号频谱);%通过带通滤波器对复用信号进行滤波%提取信号段 1Rp=3;Rs=40;Wp1=0.1 0.3;Ws1=0.05 0.35;n1,Wn1=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);b1,a1=cheby2(n1,Rs,Wn1);yo1=filter(b1,a1,st);%提取信号段 2Wp2=0.4 0.7;Ws2=0.35 0.75;n2,Wn2=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs);b2,a2=cheby2(n2,
