频分多路复用系统设计

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实践教学

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兰州理工大学

计算机与通信学院

2015年春季学期

信号处理课程设计

题目：频分多路复用系统的设计

专业班级：通信工程

姓名：

学号：

指导教师：

成绩：

摘要

频分复用是一种用频率来划分信道的复用方式。在FDM中，信道的带宽被划分成很多个互不重叠的频率段（子通道），每路信号占据其中一个字信道，并且各路之间必须留有未被占用的频段（防护频带）进行隔离，以防止信号重叠。在接收端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出来所需要的信号。

本次以“频分多路复用系统的防真设计”为题目的《信号处理》课程设计，在MATLAB 仿真环境为基础，利用STMULINK仿真工具，根据频分复用的原理，仿真频分多路复用系统。并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。最后通过系统的仿真波形图对系统进行分析。

通过本次《信号处理》课程设计，再次熟悉了频分复用的相关理论知识，对如何通过SIMULINK仿真工具进行系统仿真也有了更清晰的认识和掌握。

关键词：频分复用；FFT；Matlab；频谱分析

前言 (1)

一、概述 (2)

二、基本原理 (3)

3.1 语音信号采样 (6)

3.2 语音信号的调制 (7)

3.3滤波器的设计 (8)

3.4 信道噪声 (10)

四、仿真及实验分析 (12)

4.1 设计流程图 (12)

4.2 语音信号的时域和频域仿真 (12)

4.2.1 信号的时域仿真 (12)

4.2.2信号频域仿真 (13)

4.3 复用信号的频谱仿真 (13)

4.4传输信号的仿真 (14)

4.5 解调信号的频谱仿真 (15)

4.6恢复信号的时域与频域仿真 (16)

五、总结 (18)

致谢 (19)

参考文献 (20)

附录 (21)

依据频分复用的复用原理运用MATLAB仿真软件采集4路语音信号通过合适的高频载波调制，然后设计必要的带通滤波器和低通滤波器把得到的复用信号恢复成所采样的语音信号。在整个设计过程中运用MATLAB仿真软件进行仿真，对采样的语音信号进行频域和时域的分析。通过本次设计可以加深我们FDMA系统的认识和掌握学会对信道噪声的干扰进行分析和消除，同时学会MATLAB软件的基本使用及对软件的设计和仿真掌握低通和带通滤波器的设计。在低通滤波阶段，得到的恢复信号与原始信号基本一致，但是频谱在0Hz附近有所失真，这是由于频谱混叠所致，各信号频谱混叠部分均为高频部分，即频率最高的区域，引起高频部分失真，这是因为传输期间引入频率高于模拟信号的噪声，所以如果在完全无噪声的环境中进行传输，可得无失真的恢复信号。仿真结果分析表明，信号在频分复用时还存在着频间干扰的问题，对此，采用了适当加大保护频带的方法，在较大程度上使该问题得以解决，至于完全消除频谱间的干扰，还有待进一步研究与完善。

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一、概述

1.1 研究背景和意义

要求学生独立应用所学知识，对通信系统中的典型部件电路进行方案设计、分析制作

与调测电路。通过本专题设计，掌握频分复用的原理，熟悉简单复用系统的设计方法。

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。频分复用是通信中广泛使用的一种通信方式。频分复用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。本次课程设计要求设计三路频分复用系统。通过这次课程设计欲达到以下目的：巩固课程所学的有关理论知识；加深对频分复用系统的理解和掌握；掌握带通滤波器和低通滤波器的设计；掌握MATLAB软件的基本使用；学会使用MATLAB软件

进行一些仿真和设计。

1.2 MATLAB简介

MATLAB（矩阵实验室）是MATrix LABoratory的缩写，是一款由美国The MathWorks 公司出品的商业数学软件。MATLAB是一种用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境。除了矩阵运算、绘制函数/数据图像等常用功能外，MATLAB还可以用来创建用户界面及与调用其它语言（包括C，C++和FORTRAN）编写的程序。

尽管MATLAB主要用于数值运算，但利用为数众多的附加工具箱（Toolbox）它也适合不同领域的应用，例如控制系统设计与分析、图像处理、信号处理与通讯、金融建模和分析等。另外还有一个配套软件包Simulink，提供了一个可视化开发环境，常用于系统模拟、动态/嵌入式系统开发等方面。

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二、基本原理 传统的频分复用典型的应用莫过于广电HFC 网络电视信号的传输了，不管是模拟电视信号还是数字电视信号都是如此，因为对于数字电视信号而言，尽管在每一个频道(8MHz)以内是时分复用传输的，但各个频道之间仍然是以频分复用的方式传输的。

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（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）所示。

混频过程的时域表示式为：

)2cos()()(0t f t x t s π⋅= （1）

图 1 频分复用的子频带划分

其双边带频谱结构如图（3）所示。其中，下边带也称为反转边带，从低到高的频率分