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时分复用（TDM ）一、教学目标：知道时分复用的原理。
二、教学重点、难点：时分复用的原理。
三、教学过程设计：1 时分复用原理时分复用(Time division Multiplexing-TDM)是利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的一种方法。
在FDM 系统中，各信号在频域上是分开的而在时域上是混叠在一起的；在TDM 系统中，各信号在时域上是分开的， 而在频域上是混叠在一起的。
图 10 - 7 给出了两个基带信号进行时分复用的原理图。
图中，对m1(t)和m2(t)按相同的时间周期进行采样，只要采样脉冲宽度足够窄， 在两个采样值之间就会留有一定的时间空隙。
图 10- 7 两个基带信号时分复用原理如果另外一路信号的采样时刻在时间空隙，则两路信号的采样值在时间上将不发生重叠。
在接收端只要在时间上与发送端同步，则两个信号就能分别正确恢复。
上述概念也可以推广到n 个信号进行时分复用。
图10-8 给出了一个具有三个模拟信源的时分复用PCM 系统原理图。
首先，抽样电子开关以适当的速率交替对输入的三路基带信号分别进行自然抽样，得到TDM-PAM 波形。
TDM-PAM 脉冲波形宽度为s sa f T T 313==图 10 –8 三路模拟信号的TDM-PCM 系统原理图式中，Ts 为每路信号的抽样时间间隔，满足奈奎斯特间隔。
然后对PAM 波形进行编码，得到TDM-PCM 信号。
TDM-PCM 信号脉冲宽度为 n T n T T sa b 3==式中，n 为PCM 中编码位数。
在接收端，输入的TDM-PCM 信号经过译码器输出TDM-PAM 波形，与发送端抽样开关相同步的接收抽样开关对输入的TDM-PAM 波形同步抽样并正确分路。
于是，三路信号得到分离，各分离后的PAM 信号通过低通滤波器， 从而恢复出发送的三路基带信号。
在时分复用系统中，除了采用PCM 方式编码外，还可以采用增量调制方式编码，从而构成TDM-ΔM 系统。
（1）N路信号频分复用系统的设计与建模；（2人）参数：1)每路信号占用带宽尽可能窄；信道总带宽20kHz；2)SSB-FDM-FM方式；3)3路信号，频率300Hz~3400Hz；4)保护带宽1Hz；要求：1)设定噪声类型和参数，且参数方便可调；2)设3个观测点，分别观察SSB、FDM、FM信号；3)设定载频；4)完成发送端和接收端仿真，观察接收到的信号，分析结果（2）N路信号时分复用系统的设计与建模；（2人）要求：1)设计信号源模块，产生三种连续信号；频率300Hz~3400Hz2)FM+TDM方式；（也可以是其它调制方式+TDM）；3)对时隙、带宽等各项指标记录数值；4)设计三路信号合路器模块，完成发送端仿真；5)设计三路信号分路器模块，完成接收端仿真；6)设置观测点，观测TDM信号；观察接收端恢复的信号，分析仿真结果一、射频遥控门铃（1人）按发射部分按键（只按一下），接收部分门铃（蜂鸣器）响，延时30秒自动停止。
（3）MFSK数字信号频带传输系统的设计与建模；（2人）要求：1)设计M进制基带信号生成模块，产生M进制基带信号；2)设计MFSK调制模块；3)设计信道模块，加性白噪声信道，噪声功率可调；4)设计MFSK解调模块；5)构成传输系统，设定测试点，观察各点波形，记录相关数据并分析；（4）QPSK数字信号频带传输系统的设计与建模；（1人）要求：1)用两种方法产生QPSK信号（相位选择法、直接调相法）；2)设计信道模块，信道噪声可调；测试不同噪声下解调系统性能，记录相关数据并分析仿真结果二、两路遥控开关（1人）发射部分有两个按键，当按下某一键时（只按一下），接收部分相应的继电器接通，同时指示灯亮，需要关断时，在发射部分可再按下相应键（启动键，只按一下），就可关断，在接收部分也有对应的关断键。
（5）第I类部分响应系统设计与建模；（1人）要求：1)设计信号产生模块，产生二进制基带信号（码元）2)设计预编码-相关编码模块（程序）；记录编码结果3)设计新到模块，噪声可调；4)设计抽样判决模块，恢复原是基带信号（码元）5)绘制眼图（6）DQPSK数字信号频带传输系统的设计与建模（1人）要求：1)设计绝对码相对码转换电路；2)设计信道模块，信道噪声可调；3)测试不同噪声下解调系统性能，记录相关数据并分析仿真结果三、遥控彩灯控制电路（1人）由发射部分控制接收部分彩灯（灯数自定）旋转。
无线移动通信中的OFDM系统参数设计方法OFDM（Orthogonal Frequency Division Multiplexing，正交频分复用）是一种广泛应用于无线移动通信系统的调制技术。
在OFDM系统中，将高速数据流划分成多个较低速的子载波进行调制，通过频分复用将它们同时发送到接收设备，从而提高了系统的容量和抗干扰性。
OFDM系统的性能很大程度上取决于参数的设计，下面将介绍几种常用的OFDM系统参数设计方法。
1.子载波数量的选择：OFDM系统中的数据流被分配到多个子载波上进行传输，因此子载波数量的选择对系统性能起着重要作用。
较多的子载波数量可以提高带宽利用率和频谱效率，但同时也会增加系统的复杂度。
较少的子载波数量则能减少系统的复杂度，但频谱效率会下降。
因此，在选择子载波数量时需要在系统性能和复杂度之间进行权衡。
2.子载波间隔的选择：子载波的间隔决定了系统的频带利用效率和抗多径干扰能力。
较小的子载波间隔可以提高频带利用效率和系统的容量，但同时也会增加接收端对多径信道的抗干扰能力要求。
较大的子载波间隔则可以提高抗多径干扰能力，但频带利用效率会下降。
因此，在选择子载波间隔时需要在频带利用效率和抗多径干扰能力之间进行平衡。
3.周期前缀长度的选择：周期前缀是OFDM系统中用来消除多径干扰的一种技术。
在发送端将OFDM符号进行调制后，需要在每个OFDM符号之前插入一段长度为CP的循环冗余前缀，从而避免符号间干扰。
周期前缀长度的选择与多径信道的时延扩展性有关。
较长的周期前缀可以提高系统对多径信道的抗干扰能力，但同时也会降低系统的信道容量。
较短的周期前缀则能提高系统的容量，但也会对多径信道的抗干扰能力要求更高。
因此，在选择周期前缀长度时需要在系统容量和对多径信道的抗干扰能力之间进行权衡。
4.编码方法的选择：对于无线移动通信系统，误码性能是一个关键的指标。
在OFDM系统中，可以采用不同的编码方法来提高系统的误码性能。
目录第1章需求分析----------------------------------------------------- 3 1.1设计题目------------------------------------------------------------------ 3 1.2设计要求------------------------------------------------------------------ 3 1.3系统功能分析-------------------------------------------------------------- 3第2章原理分析和设计-------------------------------------------- 4 2.1理论分析和计算------------------------------------------------------------ 4第3章详细设计----------------------------------------------------- 5 3.1算法设计思路-------------------------------------------------------------- 5 3.2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---------------------------------------- 10 4.1测试数据、测试输出结果--------------------------------------------------- 10 4.2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. 课程设计目的综合运用信号与系统、数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，通过理论推导得出相应结论，再利用MATLAB 作为编程工具进行计算机实现从而加深对所学知识的理解，建立概念。
2. 课程设计的基本要求①熟悉离散时间信号与系统的时域特性；②掌握数字信号处理的基本概念，基本理论和基本方法；③掌握序列快速傅里叶变换方法，利用序列傅里叶变换对离散信号和系统的响应进行频域分析；④学会MATLAB 的使用，掌握MATLAB 的程序设计方法；⑤掌握MATLAB 设计各种熟悉滤波器的方法和对信号进行滤波的方法。
3. 课程设计的内容选择三个不同频段的信号对其进行频谱分析，根据信号的频谱特征设计三个不同的数字滤波器，将三路信号合成一路信号，分析合成信号的时域和频域特点，然后将合成信号分别通过设计好的三个数字滤波器，分离出原来的三路信号，分析得到的三路信号的时域波形和频谱，与原始信号进行比较，说明频分复用的特点。
频分复用结构如图所示][1n y ][3n y ][2n y4. 课程设计实现步骤（1） 产生三路信号利用MATLAB 语言产生三个不同频段的信号。
（2） 对三路信号进行频谱分析画出三路信号时域波形，然后对信号进行频谱分析，在MATLAB 中，可以利用函数fft 对信号进行快速傅里叶变换，得到信号的频谱特性。
（3） 设计数字滤波器并画出频率响应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数字滤波器。
在MATLAB 中，可以利用函数fir1设计FIR 滤波器，利用函数butte、cheby1和ellip 设计IIR 滤波器；最后利用MATLAB 中的函数freqz 画出个滤波器的频率响应。
（4） 信号合成将三路信号进行叠加为一路信号。
（5） 用滤波器对信号进行滤波要求学生用自己设计的滤波器对采集的信号进行滤波。
在MATLAB中，FIR滤波器利用函数fftfilt对信号进行滤波，IIR滤波器利用函数filter对信号进行滤波。
多通道通信系统的设计与实现在现代社会中，通信技术越来越发达，多通道通信系统也逐渐成为了人们日常生活和工作中必不可少的一部分。
多通道通信系统指的是利用多条电信道同时传输数据的系统，它能够快速高效地传输大量信息，并且在通信质量方面也有着更为出色的表现。
接下来，我们将介绍如何设计和实现一套高效的多通道通信系统。
一、系统设计的基础要设计出一套高效的多通道通信系统，首先需要了解其基础结构和原理。
在通信系统中，每个通信通道都有一个独立的收发器，同时还需要一个集线器（Hub）或交换机（Switch），将各个通道集成为一个整体。
通信数据通过集线器或交换机传输，同时也可以实现不同通道之间的数据交换和共享。
多通道通信系统的主要优点在于其能够同时传输多个数据流，从而实现更高效率的数据交换与共享。
二、系统设计的要点在设计一套多通道通信系统时，需要考虑到以下几个要点：1. 数据传输速率：通信系统的传输速率越高，可以传输的数据就越多。
因此，在设计系统时需要考虑到传输速率的优化。
2. 通道数目：在系统设计时，需要考虑通道数目与传输速率之间的平衡。
过多的通道可能会影响系统的传输速率，而过少的通道则可能会影响系统的稳定性。
3. 数据安全性：由于多通道通信系统通常涉及大量的敏感信息的传输，因此数据安全性也是设计需要考虑的一个要点。
三、系统实现的方法多通道通信系统的实现方法有多种，如下所示：1. 分时复用（TDM）：这种方法将数据按照时间分片的方式发送到每个通道，各通道在规定的时间内接收或发送数据。
由于每个通道的数据传输时间相互错开，因此这种方式可以最大程度地利用每个通道，实现高效的数据传输和共享。
2. 分波复用（FDM）：这种方法将信号波分频后发送到不同的通道。
各通道分别接收自己的信号波，并将其还原为原始数据，从而实现了数据共享。
3. 频分复用（OFDM）：这种方法可以将数据分为多个独立的数据流，并将每个数据流进行频率划分。
将划分后的数据流发送到各通道，各通道接收对应的数据流，并恢复原始数据。
通信系统课程设计报告基于MATLAB的N路信号频分复用系统的设计[摘要］【目的】在通信技术的发展中，通信系统的仿真技术是一个重点.尤其是通信技术在生活中的应用，更是必不可少的，因而研究和改善通信工程的应用是十分必要的。
【方法】本次课程设计主要运用MATLAB集成环境下的M文件编程仿真平台进行N路信号占用频分复用系统的设计与建模。
主要是对多路信号进行SSB及FM调制，叠加，然后再进行解调，恢复出基带信号。
【结果】程序运行的结果展现了产生的信号，以及后续信号的调制、加高斯白噪声、叠加、解调及滤波等，在误差允许的范围为内，结果是正确的.【结论】所设计的频分复用系统,可靠性好,稳定性高，抗噪声强,以后具有良好的应用前景。
[关键词］频分复用;调制及解调；滤波[abstract]【objective 】in the development of communication technology，the communication system simulation technology is a key。
Communication technology in the application of life, in particular, is more essential，thus research and application is very necessary to improve communication engineering。
【method 】the course design of the main use of MATLAB M file programming simulation platform of integrated environment is N signal takes the design and modeling of frequency division multiplexing system。
《电子信息系统仿真》课程设计届电子信息工程专业班级题目频分多址技术的建模设计与仿真姓名学号指导教师职称二О一年月日引言频分多址是将通信的频段划分成若干等间隔的信道频率,每对通信的设备工作在某个分配（或者是指定）的信道上，即不同的通信用户是靠不同的频率划分来实现通信的，称为频分多址。
早期的无线通信系统，包括现在的无线电广播、短波、大多数专用通信网都是采用频分多址技术来完成的。
频分多址通信设备的主要技术要求是：频率准确、稳定，信号占用的频带宽度在信道范围以内。
频分多址技术FDMA是数据通信中的一种技术，即不同的用户分配在时隙相同而频率不同的信道上。
按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。
同固定分配系统相比，频分多址使通道容量可根据要求动态地进行交换。
在FDMA系统中，分配给用户一个信道，即一对频谱，一个频谱用作前向信道即基站向移动台方向的信道，另一个则用作反向信道即移动台向基站方向的信道。
这种通信系统的基站必须同时发射和接收多个不同频率的信号，任意两个移动用户之间进行通信都必须经过基站的中转，因而必须同时占用2个信道(2对频谱)才能实现双工通信。
关键字：通信系统频分多址滤波器解调一《频分多址系统建模与仿真》课程设计的目的通过对频分多址系统的建模与仿真，实现了3路信号的频分复用并得到了仿真结果。
综合运用本课程的理论知识进行频谱分析以及滤波器设计，通过理论推导出相应的结果，并用MATLAB作为编程工具进行计算机实现，从而复习巩固课堂所学的论知识，提高了对所学知识的综合应用能力，并从实践上实现了对数字信号的处理。
二课程设计内容及要求2.1设计内容：在Matlab 环境中，利用编程方法对FDMA通信模型进行仿真研究。
2.2 设计要求用麦克风进行声音的录制，录制3路不同人的语音信号，并对录制的信号进行采样；画出采样后语音信号的时域波形和频谱图接着画出复用信号的频谱图。
设计合适数字滤波器，并画出带通滤波器的频率响应。
摘要摘要综合课题毕业设计包括8个设计课题：频分复用、霍夫曼编码、网络流量、Web Server、DSK语音、同步与定时和串行通信。
传输专题要求理解通信各个环节的电路以及功率和带宽的计算，然后利用Protel绘制出各个单元电路，例如振荡电路、调制电路、分频电路等等。
霍夫曼编码是在充分理解了霍夫曼编码的原理之后编写一个软件来实现霍夫曼编码的功能，并分析压缩率。
网络流量课题的设计目的是通过从不同的角度对数据进行分析，得到结论，然后利用网络知识解释分析流量变化原因。
Web Server专题要求了解嵌入式系统开发环境，通过服务器端程序的编写了解基本的动态网站的设计方法。
DSK语音设计要求理解DSK语音在工程实现上的方法。
根据设计要求，给出一种语音编解码的实现方案，基于TI公司提供的TMS320VC5416 DSK给出实现结果；通过本实验体会并初步学会DSP技术的实现方法及开发流程。
同步与定时专题要求设计AD9959的外围电路，然后设计一个软件来控制AD9959使之输出我们需要的频率。
串行通信专题要求进一步了解串行通信的基本原理；掌握串行接口芯片的工作原理和编程方法。
关键词：频分复用，霍夫曼编码，网络流量，Web Server，DSK语音，同步与定时，串行通信ⅠABSTRACTAbstractThis diploma design contains eight projects: FDM, Huffman code, Network flux, Web server, DSK voice process, DDS and Serial communicate.FDM project requires deep understanding of the process of communication, then design some important parts of the circuit.In Huffman code project, I design a software which help us to make Huffman code come true.Network flux project let us analyze the flux between two nets.Web server project’s aim is make us know the basic method of how to design a website based on C/S.DSK voice process offers a solution to transmit voice through DSP’ process.In DDS design we design circuit for AD9959, and then we use VB to write a program to control the AD9959 to generate the frequency we desire.Keywords: FDM, Huffman code, Network flux, Web server, DSK voice process, DDS and Serial communicateⅡ目录第一章传输专题（频分复用） (1)1.1设计原理 (1)1.2系统的带宽和功率计算 (2)1.2.1功率计算 (2)1.2.2带宽计算 (2)1.3单元电路设计 (3)1.3.1振荡电路 (3)1.3.2同向输入放大器 (4)1.3.3加法器 (4)1.3.4 调制电路 (5)1.3.5 滤波器 (5)1.3.7 四—二转换器电路 (6)1.3.8 频率合成器 (7)1.4系统总电路图 (8)1.5总结和体会 (12)第二章霍夫曼编码 (13)2.1设计目的与要求 (13)2.2设计原理 (13)2.3设计过程 (14)2.3.1霍夫曼编码的软件流程 (15)2.3.2 设计结果 (15)2.4设计结果分析 (16)2.4.1生成测试文件 (16)2.4.2随机文件读取 (17)2.4总结 (19)第三章网络流量监测及分析 (21)3.1 设计背景和目的 (21)3.2 设计要求 (21)3.3监测及分析的原理 (22)Ⅲ3.3.1监测的原理 (22)3.3.2监测软件Sniffer (22)3.4 方法与过程 (22)3.5数据包分析 (23)3.6全天数据总流量变化图 (27)3.7流量分析 (27)3.7.1 网络进出流量分析 (27)3.7.3 TCP和UDP流量分析 (28)3.7.4 FTP流量分析 (29)3.8安全漏洞 (29)3.9结论与体会 (30)第四章WEB SERVER (31)4.1设计目的 (31)4.2设计环境 (31)4.2.1硬件环境 (31)4.2.2软件环境 (32)4.2.2.1 Linux系统 (32)4.2.2.2虚拟机 (32)4.3基本操作 (32)4.5HTTP协议简介 (33)4.5.1 报文 (33)4.5.2 请求报文 (34)4.5.3 响应报文 (34)4.5.4 首部 (35)4.6TCP通信流程 (36)4.7 程序功能实现 (37)4.7.1功能实现设计思想 (37)4.7.2程序中相关代码解释 (38)4.8程序最终效果 (41)4.9总结 (42)第五章 DSK语音 (43)Ⅳ目录5.1设计目的 (43)5.2设计环境 (43)5.2.1硬件设备 (43)5.2.2软件 (44)5.3设计原理 (45)5.3.1DSK语音编解码原理： (45)5.3.2PCM3002的结构框图如下图： (45)5.4设计步骤 (45)5.4.1PCM3002C ODEC API介绍 (45)5.4.2为设计好的方案画各部分的流程图。
三路信号的频分复用一：实验目的：1：在学会GUI界面基本设计后，设计一个相对复杂点的系统，实现三路信号的频分复用；2：重点在于进一步学习频分复用系统中所涉及到的数字信号处理的知识，加深对该课程知识的理解。
二：实验内容：借助于GUI界面实现三路语音的频分复用，尤其研究如何更好的恢复原信号。
一：频分复用原理按频率分割信号的方法称为频分复用，频分复用(FDM)就是将用于传输信道的总带宽划分成若干个子频带(或称子信道)，每一个子信道传输1路信号。
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(条件之一)。
三：本实验所用滤波器的设计问题关键分析：由于语音信号时随着时间变化的，通常认为，语音是一个受准周期脉冲或随机噪声源激励的线性系统的输出。
输出频谱是声道系统频率响应与激励源频谱的乘积。
因此系统的频率响应及激励源都是随时间变化的，因此一般标准的傅里叶表示虽然适用于周期及平稳随机信号的表示，但不能直接用于语音信号。
由于语音信号可以认为在短时间内，近似不变，因而可以采用短时分析法。
语音信号（模拟信号），用FFT进行谱分析时，首先必须对信号进行采样，使之变成离散信号，然后就可用FFT来对连续信号进行谱分析。
按采样定理，采样频率Fs应大于2倍信号的最高频率，为了满足采样定理，一般在采样之前要设置一个抗混叠低通滤波器。
语音信号的频域分析信号的傅里叶表示在信号的分析和处理中起着重要的作用。
因为对于线性系统来说，可以很方便地确定其对正弦或复指数和的响应，所以傅里叶分析方法能完善地解决许多信号分析和处理问题。
另外，傅里叶表示使信号的某些特性变得更明显，因此它能更深入地说明信号的各种物理现象。
程序测试：[x1,fs,bits]=wavread('8K_1.wav');figure(1);plot(x1);%做原始语音信号的时域图形title('原始语音信号');xlabel('时间 t');ylabel('音量 n');figure(2);y1=fft(x1);%做length(x1)点的FFTy1=fftshift(y1); %平移，是频率中心为0derta_fs = fs/length(x1); %设置频谱的间隔，分辨率plot([-fs/2:derta_fs: fs/2-derta_fs],abs(y1));%画出原始语音信号的频谱图title('原始语音信号的频谱');grid on;设计低通滤波器恢复原语音信号%低通滤波：截止频率4000，阻带衰减20dB，过渡带宽0.1πfc1=4000;N1=2*pi*0.9/(0.1*pi)wc1=2*pi*fc1/fs;if rem(N1,2)==0N1=N1+1;endWindow= boxcar (N1+1); %长度为N1的矩形窗Windowb1=fir1(N1,wc1/pi,Window);figure(3);freqz(b1,1,512);title('低通滤波器的频率响应');x1_low = filter(b1,1,x1);%对信号进行低通滤波figure(4);plot(x1_low);title('信号经过低通滤波器(时域)');figure(5);plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(fft(x1_low))));title('信号经过低通滤波器（频域）');从上图可以看出语音信号（300-3400HZ）恢复较好，该程序能实现预期要求；设计带通滤波器恢复原语音信号%带通滤波：下截止频率4000，上截止频率8000，阻带衰减20dB,过渡带宽度0.1πf1=4000;f2=8000; %带通滤波器的通带范围w1=2*pi*f1/fs;w3=w1+0.1*pi;w2=2*pi*f2/fs;w4=w2-0.1*pi;w=[(w1+w3)/2,(w2+w4)/2];B=0.1*pi;N3=ceil(2*0.9*pi/B);N3=N3+mod(N3,2);Window=boxcar(N3+1);b3=fir1(N3,w/pi,'stop',Window);%带通滤波器figure(9);freqz(b3,1,512);%数字滤波器频率响应title('带通滤波器的频率响应');x1_daitong = filter(b3,1,x1);%对信号进行带通滤波figure(10);plot(x1_daitong);title('信号经过带通滤波器(时域)');figure(11);plot([-fs/2:derta_fs:fs/2-derta_fs],abs(fftshift(fft(x1_daitong)))); title('信号经过带通滤波器（频域）');从上图可以看出语音信号（300-3400HZ）恢复较好，该程序能实现预期要求；程序测试中所遇问题在带通滤波器的设计时老是报错，但同样的用法在低通滤波器中就可以实现b2=fir1(N2,wc2/pi,'high',Window);??? Error using ==> fir1The window length must be the same as the filter length.其要求在fir函数中所选用的窗长要和滤波器长度一致。
*****************实践教学*******************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：刘旺春学号：10250423指导教师：王维芳成绩：摘要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。
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信道上同时传输的复合信号的方法。
可以把它们的频谱调制到不同的频段，合并在一起而不会相互影响，并能在接收端彼此分离开来。
按频率区分信号的方法叫频分复用。
在生活中，我们接触到的大部分都是模拟信号，而计算机只能对数字信号进行处理。
通过FFT变换，通过对模拟信号采样，我们可以使其变成数字信号，本次设计是通过FFT来实现的。
先产生三个信号，接着对其进行FFT变换，然后将三个叠加。
接着设计三个滤波器进行滤波，还原出原始信号。
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，以及在生活中的应用。
关键词：频分复用；FFT；Matlab；频谱分析目录一设计任务目的及要求 (1)1.1设计目的及意义 (1)1.2设计要求 (1)二原理与模块介绍 (3)2.1 频分复用通信系统模型建立 (3)2.2 语音信号采样 (6)2.3 语音信号的调制 (8)2.4滤波器的设计 (9)2.4.1 巴特沃斯滤波器 (9)2.4.2 切比雪夫I型滤波器 (10)2.4.3 椭圆滤波器 (11)2.5 信道噪声 (13)三设计内容 (16)3.1 设计流程图 (16)3.2 语音信号的时域和频域仿真 (16)3.2.1 信号的时域仿真 (16)3.2.2信号频域仿真 (17)3.3 复用信号的频谱仿真 (17)3.4传输信号的仿真 (18)3.5 解调信号的频谱仿真 (19)3.6恢复信号的时域与频域仿真 (20)总结 (22)参考文献 (24)附录 (25)一设计任务目的及要求1.1设计目的及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设计要求1.2.1课程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，并对各个信号进行时域和频域分析。
1.2.2课程设计的要求与数据（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。
11.2.3课程设计应完成的工作（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。
23 二 原理与模块介绍2.1 频分复用通信系统模型建立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）4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 2混频原理图 3 双边带频谱结构从图（3）可以看出上、下边带所包含的信息相同，所以恢复原始数据信息5 只要上边带和下边带的其中之一即可。
另外，混频器本身不是线性设备。
线性设备的输出与输入信号具有相同的频率成分，只以幅度和相位的不同来区分。
但是，混频器所对应的调制方式之所以称之为“线性调制”，主要是由于从频谱的角度只进行了简单的搬移。
在FDMA 通信系统中，首先把传输频带划分为若干个较窄的且互不重叠的子频带，每个用户分配带一个固定子频带，按频带区分用户，如图（4）所示。
信号调制到该子频带内，各用户信号同时传送，接收时分别按频带提取信号，实现多址通信。
所以FDMA 实现的是频率域上的正交性。
其中FDMA 的正交分割条件为：⎩⎨⎧≠==⎰m n m n df f x f x n f f m ，，01)()(21 (2)如果用理想滤波器分割各用户信号，不需要保护间隔也能满足正交分割条件。
但是，理想滤波器在工程上是不可能实现的，则各信号间总存在一定的相关性，总会有一定的干扰。
因此各频带之间需留有一定的保护间隔以减少各频带之间的串扰。
FDMA 有采用模拟调制的，也有采用数字调制方式的，可以由一组模拟信号用频分复用方式（FDM/FDMA ）或一组数字信号用时分复用方式（TDM/FDMA ）占用一个较宽的频带，调制到相应的子频带后传送到同一个地址。
图 4 频分多址的子频带划分通过前面的分析可以得出FDMA 通信系统之所以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，其核心的思想是频分复用。
即不同的信号运6 用不同的载波进行调制，而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。
而接收端通过不同的带通滤波器将各路不同的信号提取出来，再通过解调和低通滤波器，进而恢复原始信号。
从而可以得到如图（5）所示的简化FDMA 通信模型。
2.2 语音信号采样语音信号的采样即为信号的抽样过程，是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号，其实质就是用一固定频率的抽样信号周期性的读出或测量该连续时间模拟信号。
设抽样信号的频率为s f ，则抽样周期为s T 。
抽样以后的信号仍为模拟量，只不过是时间上离散的脉冲调制信号。
如图（6）所示，f(t)为输入的被抽样信号，p(t)为抽样信号，而f 0(t)为抽样后输出信号。
理想的抽样应是冲激序列，但实际抽样通常是平顶抽样或自然抽样。
图5 频分复用通信系统模型7图 6 抽样过程波形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f 0(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f 0(t)能完全恢复连续信号f(t)，抽样信号重复频率s f 必须大于等于2倍的H f ，H f 为包含任何干扰在内的信号f(t)的最高有效频率，即H s f f 2≥ （3） 其中，H s f f 2=为奈奎斯特频率。
由于实际滤波器特性的不理想，抽样频率s f 通常都有高于H f ，一般取3到5倍H f 。
语音信号频谱在300—3400Hz 内，由（3）式可知语音采样频率s f 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 。
8 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。
2.3 语音信号的调制语音信号的调制即为频分复用的混频过程，该过程关键是对各路语音信号载波频率的选取。
混频过程的时域表示式如前面的（1）式所示，为双边带信号（DSB ），它的带宽是基带信号带宽Hf 的2倍，即调制后的带宽为：Hf B 2= （4）为了使各个信号不会相互干扰，各个载频的间隔既要大于调制后带宽B ，设各载波的频率间隔为gf ，由于kHzf H 4.3=，所以kHzkHz f B f H g 8.64.322=⨯==≥ （5）另外，在选取各路信号载波频率时，还需要考虑混叠频率af 。
