1、 电子产品辅助设计与仿真课程考核报告基于 MATLAB 频分复用系统的研究与仿真设计1完 成 日 期 2013 年 12 月目 录1 引言 .12 课程设计要求 .22.1 课程设计题目 .22.2 课程设计目的 .22.3 设计要求 .23 设计过程及原理 .33.1 频分复用通信系统模型建立 .33.2 频分复用通信系统理论原理 .44 MATLAB 仿真 .54.1 语音信号的时域和频域仿真 .54.2 复用信号的频谱仿真 .64.3 传输信号的仿真 .64.4 解调信号的频谱仿真 .74.5 恢复信号的时域与频域仿真 .85 体会与收获 .9参考文献 .10附录 .11基于 MATLA
2、B 频分复用系统的研究与仿真设计121 引言MATLAB 是 matrix&laboratory 两个词的组合，意为矩阵工厂（矩阵实验室 MATLAB 工作界面）。是由美国 mathworks 公司发布的主要面对科学计算、可视化以及交互式程序设计的高科技计算环境。它将数值分析、矩阵计算、科学数据可视化以及非线性动态系统的建模和仿真等诸多强大功能集成在一个易于使用的视窗环境中，为科学研究、工程设计以及必须进行有效数值计算的众多科学领域提供了一种全面的解决方案，并在很大程度上摆脱了传统非交互式程序设计语言（如 C、Fortran）的编辑模式，代表了当今国际科学计算软件的先进水平。MATLAB 和
3、Mathematica、Maple 并称为三大数学软件。它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。MATLAB 可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。MATLAB 的基本数据单位是矩阵，它的指令表达式与数学、工程中常用的形式十分相似，故用 MATLAB 来解算问题要比用 C，FORTRAN等语言完成相同的事情简捷得多，并且 MATLAB 也吸收了像 Maple 等软件的优点，使 MATLAB 成为一个强大的数学软件。在新的版本中也加入了对 C，FORT
4、RAN，C+ ，JAVA 的支持。可以直接调用，用户也可以将自己编写的实用程序导入到 MATLAB 函数库中方便自己以后调用，此外许多的 MATLAB 爱好者都编写了一些经典的程序，用户可以直接进行下载就可以用。基于 MATLAB 频分复用系统的研究与仿真设计32 课程设计要求2.1 课程设计题目基于 MATLAB 频分复用系统的研究与仿真设计2.2 课程设计目的通过本次综合设计，运用已学的课程知识，根据题目要求，使用Matlab 软件进行通信系统的设计和仿真,对电子产品辅助设计与仿真课程中涉及的知识原理等方面有一定的感性认识和实践操作能力，从而加深对本课程知识点的理解，使学生应用知识能力、设
5、计能力、调试能力以及报告撰写能力等方面有显著提高。2.3 设计要求用 Matlab 设计一个通信系统，调用 M 文件编程界面完成设计，M 文件编程中可以调用 Matlab 通信模块内置的功能模块，也可以自己编写功能模块。设计完成后，点击 M 文件界面上的运行按钮，可进行必要的交互式操作，最终通过绘图能显示运行结果。（1）使用 Matlab 软件画出采样后语音信号的时域波形和频谱图。（2）选择合适的高频载波，对采样信号进行调制。（3）使用 Matlab 软件画出复用信号的频谱图。（4）设计合适的带通滤波器，并画出带通滤波器的频率响应。（5）对滤波后的信号进行解调，画出解调后各路信号的频谱图。4（
6、6）设计低通滤波器，画出低通滤波器的频率响应。恢复信号的时域波形和频谱图。基于 MATLAB 频分复用系统的研究与仿真设计53 设计过程及原理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 3003400Hz 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
7、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 3.1 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。混频过程的时域表示式为： （3-1）)2cos()(0tftxs6图 3.1 频分复用的子频带划分3.2 频分复用通信系统理论原理抽样的理论基础是抽烟定理，它说明在什么条件下能从抽样输出信号f0(t)中恢复输入信号 f(t)。根据频谱分析理论，只有抽样信号的频率不发生重叠现象时，抽样
8、的频谱才能与信号频谱相一致。因此，抽样定理可表述为：为了使抽样信号 f0(t)能完全恢复连续信号 f(t)，抽样信号重复频率 必须大于等于 2 倍的 ， 为包含任何干扰在内的信号 f(t)的最高有效频率。由于实际滤波器特性的不理想，抽样频率 通常都有高于 ，一般取 3到 5 倍 。语音信号频谱在 3003400Hz 内，语音采样频率 必须大于6.8KHz。在 MATLAB 数据采集箱中提供语音采集 wavrecord 命令，wavrecord 命令利用 Windows 音频输入设备记录声音,其调用形式为:wavrecord (n ,fs ,ch)。利用 Windows 音频输入设备记录 n 个音频采样, 频率为 fs Hz ,通道数为 ch。采样值返回到一个大小为 n*ch 的矩阵中。缺省时,fs = 11025 ,ch = 1。其中 MATLAB 提供的标准音频采样频率有:8000、11025、22050 和 44100Hz。为了保证语音的质量，本次设计中取语音信号的采用频率为 44100Hz，该采样频率为语音信号 CD 音质。语音信号采集后，可以用 MATLAB 数据采集箱中 wavwrite 命令保存采集的语音信号。如图 3.2 所示基于 MATLAB 频分复用系统的研究与仿真设计7图 3.2 抽样过程波形
