三路频分复用系统设计分解

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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

2013年春季学期

信号处理课程设计

题目：三路频分复用系统的设计

专业班级：通信工程

姓名：张亚东

学号：10250407

指导教师：王维芳

成绩：

摘要

频分多路复用，是指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的一种多路复用技术。FDM常用于模拟传输的宽带网络中。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。本设计报告分析了数字信号处理课程设计的过程。用Matlab进行数字信号处理课程设计的思路，并阐述了课程设计的具体方法、步骤和内容。

关键词：滤波器设计；频分复用；频谱分析

目录

摘要................................................................ I

一.设计目的及意义 (1)

二.设计任务及要求 (2)

2.1设计的内容 (2)

2.2课程设计任务 (2)

2.3设计要求 (2)

三. 原理与模块介绍 (3)

3.1 频分复用通信系统模型建立 (3)

3.2 语音信号采样 (5)

3.3 语音信号的调制 (7)

3.4 系统的滤波器设计 (8)

3.5 信道噪声 (9)

四. 设计内容 (10)

4.1 设计流程图 (10)

4.2 语音信号的时域和频域仿真 (10)

4.3 复用信号的频谱仿真 (11)

4.4传输信号的仿真 (12)

4.5 解调信号的频谱仿真 (13)

4.6加入滤波器的仿真 (14)

4.7恢复信号的时域与频域仿真 (15)

五.附录 (17)

六.参考文献 (22)

一.设计目的及意义

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：

1）巩固课程所学的有关理论知识。

2）加深对频分复用系统的理解和掌握。

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）学会使用MATLAB软件进行一些仿真和设计。

二.设计任务及要求

2.1设计的内容

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，对各个信号进行时域和频域分析。

2.2课程设计任务

（1）利用MATLAB语言产生三个不同频段的信号。

（2）对产生的三个信号进行FFT变换。

（3）将三路信号叠加为一路信号。

（4）根据三路信号的频谱特点得到性能指标，由性能指标设计三个滤波器。（5）用设计的滤波器对信号进行滤波，并对其频谱图进行分析。

（6）分析得到信号的频谱，并画出滤波后信号的时域波形和频谱。

2.3设计要求

（1）根据频分复用原理，设计三路频分复用系统。

（2）使用MATLAB语言产生三个不同频段的信号，画出三个信号的时域波形。（3）对产生的三个信号进行频谱分析。

（4）将三路信号叠加为一路信号。

（5）根据三路信号的频谱特点设计三个合适的带通滤波器。

（6）用设计的滤波器对信号进行滤波。

（7）分析得到的信号的频谱，并画出滤波后的信号的时域波形和频谱图。

三. 原理与模块介绍

3.1 频分复用通信系统模型建立

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。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（1）所示。

混频过程的时域表示式为：

)2cos()()(0t f t x t s π⋅= （1）

其双边带频谱结构如图（2）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 1 混频原理