頻分復(fù)用系統(tǒng)設(shè)計(jì)報(bào)告

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軟件采集兩路以上的語(yǔ)音信號(hào)，選Matlab進(jìn)行仿真，并對(duì)各個(gè)信號(hào)進(jìn)行時(shí)域和頻域分析。1.3設(shè)計(jì)要求（1）使用Matlab軟件畫出采樣后語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。（2）選擇合適的高頻載波，對(duì)采樣信號(hào)進(jìn)行調(diào)制。（3）使用Matlab軟件畫出復(fù)用信號(hào)的頻譜圖。（4）設(shè)計(jì)合適的帶通濾波器，并畫出帶通濾波器的頻率響應(yīng)。（5）對(duì)濾波后的信號(hào)進(jìn)行解調(diào)，畫出解調(diào)后各路信號(hào)的頻譜圖。（6）設(shè)計(jì)低通濾波器，畫出低通濾波器的頻率響應(yīng)?；謴?fù)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜圖。2s(t)x(t)cos(2ft)0圖3圖圖xmn14圖圖5量該連續(xù)時(shí)間模擬信號(hào)。設(shè)抽樣信號(hào)的頻率為f，則抽樣周期為T。抽樣以后ss樣信號(hào)f(t)能完全恢復(fù)連續(xù)信號(hào)f必須大于等于2倍sfHHfsH6武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告其中，f2f為奈奎斯特頻率。sHf通常都有高于。ffsHHf必須大于6.8KHz。s用Windows音頻輸入設(shè)備記錄聲音,其調(diào)用形式為:recObj=audiorecorder(Fs,nBits,nChannels)利用Windows音頻輸入設(shè)備記錄nBits的音頻采樣,頻率為FsHz,通道數(shù)為nChannels本次設(shè)計(jì)中取語(yǔ)音信號(hào)的采用頻率為44100Hz，該采樣頻率為語(yǔ)音信號(hào)CD音質(zhì)。信號(hào)。3.2語(yǔ)音調(diào)制信號(hào)它的帶寬是基帶信號(hào)帶寬f的2倍，即調(diào)制后的帶寬為：HB2f（4）H為了使各個(gè)信號(hào)不會(huì)相互干擾，各個(gè)載頻的間隔既要大于調(diào)制后帶寬B，設(shè)各載波的頻率間隔為f，由于f3.4，所以HgfB2f23.4kHz6.8kHz（5）gH另外，在選取各路信號(hào)載波頻率時(shí)，還需要考慮混疊頻率f。所謂混疊頻a率，就是當(dāng)利用一個(gè)抽樣頻率為f的離散時(shí)間系統(tǒng)進(jìn)行信號(hào)處理時(shí)信號(hào)所允許s的最高頻率。任何大于f的分量都將重疊起來(lái)而不能恢復(fù)，并使正規(guī)頻帶內(nèi)的a信號(hào)也變得模糊起來(lái)。根據(jù)抽樣定理可知：1ffa（6）2s由于前面語(yǔ)音信號(hào)采樣頻率fkHz，所以混疊頻率：s711ffkHz22.05kHz22as最高載波頻率要小于f為1路語(yǔ)音信號(hào)的載波頻率af為2路信號(hào)的載波頻率f為3路信號(hào)的載波頻率1c2f為18000Hz。同時(shí)滿足最高載波頻率ff的要求。c3c3a圖為二元矢量時(shí)，為帶通或帶阻濾波器。8武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告為[41007600]。設(shè)計(jì)的是帶通濾波器，所以通帶邊界頻率Wp和阻帶邊界頻率Ws為二元矢量。信號(hào)的采樣頻率為44100Hz時(shí)，可取通帶的邊界頻率Wp1和阻帶的邊界頻率Ws1分別為：Wp1=[42007500]/22050Ws1=[41007600]/22050在確定了帶通濾波器的4MATLAB軟件中的cheb2ord函數(shù)可以求出第一個(gè)濾波器的最小階數(shù)n和截止頻率Wn調(diào)用形式為：[n,（8）通過(guò)式（8）得到了濾波器的最小階數(shù)n和截止頻率Wn后，再調(diào)用MATLAB軟件中的cheby2函數(shù)，進(jìn)一步求出濾波器傳遞函數(shù)的分子系數(shù)b和濾波器傳遞函數(shù)的分母系數(shù)a。該函數(shù)的調(diào)用形式為：[b,a]（9）通過(guò)式（9）所示的函數(shù)得到了濾波器的傳遞函數(shù)的分子系數(shù)b和分母系數(shù)MATLAB軟件中的filtery(b,a,s)（10）式中的s為濾波后的信號(hào)。同樣，可以設(shè)計(jì)出其它所需的兩路帶通濾波器和低通濾波器。3.4信道噪聲e(t)和輸出端i電壓e(t)間的關(guān)系可以用下式表示：oe(t)f[e(t)]n(t)（11）oie(t)e(t)nt)為io9if[e(t)]k(t)e(t)，即信道的作用相當(dāng)于對(duì)輸入信號(hào)乘一個(gè)系數(shù)kt)。這樣，式ii（11）就可以改寫為：oi圖104.1語(yǔ)音信號(hào)的時(shí)域和頻域仿真（2）信號(hào)頻域仿真圖其頻譜分析如圖4.3所示。圖圖圖圖圖17武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告5心得體會(huì)經(jīng)這次課程設(shè)計(jì)，我不僅復(fù)習(xí)鞏固了課堂所學(xué)的理論知識(shí)，還提高了對(duì)所等。在設(shè)計(jì)經(jīng)過(guò)不斷的修改調(diào)試，在MATLAB上仿真頻分多址通信技術(shù)取得了得仿真的成功關(guān)鍵在于載波頻率的選擇以及帶通和低通濾波器的參數(shù)設(shè)計(jì)。另外在低通濾波階段，得到的恢復(fù)信號(hào)與原始信號(hào)基本一致，但是在t=0附近有期間引入頻率高于語(yǔ)音信號(hào)的噪聲，所以如果在完全無(wú)噪音的環(huán)境中進(jìn)行錄音，解決至于完全消除頻譜間的干擾，還有待進(jìn)一步研究與完善。18武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告附錄I源程序fprintf('仿真開(kāi)始\n');%采集3路聲音樣本信號(hào)pausefs=44100;fprintf('按任意鍵開(kāi)始錄音1：\n');pauserecObj=audiorecorder(fs,16,1);%get(recObj);sd1=recObj;disp('錄音中…');recordblocking(sd1,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd1);playblocking(player);disp('錄音1播放結(jié)束');sound1=getaudiodata(sd1);fprintf('\n');fprintf('按任意鍵開(kāi)始錄音2：\n');pausesd2=recObj;disp('錄音中…');recordblocking(sd2,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd2);playblocking(player);disp('錄音2播放結(jié)束');sound2=getaudiodata(sd2);fprintf('\n');fprintf('按任意鍵開(kāi)始錄音3：\n');pausesd3=recObj;disp('錄音中…');recordblocking(sd3,3);disp('放音中…');player=audioplayer(sd3);playblocking(player);disp('錄音3播放結(jié)束');sound3=getaudiodata(sd3);19武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告fprintf('\n');%聲音樣本的時(shí)域和頻域分析fprintf('按任意鍵開(kāi)始聲音樣本的時(shí)域分析：\n');pausefs=44100;duration=3;t=0:duration*fs-1;figure(1)subplot(311)%三個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形plot(t,sound1);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');title('三個(gè)聲音樣本的時(shí)域波形');subplot(312)plot(t,sound2);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');subplot(313)plot(t,sound3);xlabel('單位：s');ylabel('幅度');fprintf('\n');fprintf('按任意鍵開(kāi)始聲音樣本的頻域分析：\n');pausefigure(2)subplot(311)變換%三個(gè)聲音樣本的頻譜分析%fft對(duì)聲音信號(hào)進(jìn)行快速傅里葉stem(t,abs(fft(sound1)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('三個(gè)聲音樣本的頻譜分析');subplot(312)stem(t,abs(fft(sound2)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(sound3)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');fprintf('\n');%調(diào)制，將三個(gè)聲音信號(hào)用高頻載波進(jìn)行調(diào)制fprintf('按任意鍵開(kāi)始信號(hào)的調(diào)制和復(fù)用信號(hào)頻域分析：\n');pausex1=4*sound1'.*cos(2*pi*4000*t/fs);x2=4*sound2'.*cos(2*pi*11000*t/fs);x3=4*sound3'.*cos(2*pi*18000*t/fs);s=x1+x2+x3;figure(3)stem(t,abs(fft(s)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('復(fù)用信號(hào)的頻譜分析');fprintf('\n');%信號(hào)傳輸仿真設(shè)計(jì)20武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告fprintf('按任意鍵開(kāi)始信道仿真設(shè)計(jì)：\n');pauseys=awgn(s,20);%加入高斯白噪聲snr=10*log10((s*s')/((s-ys)*(s-ys)'));%計(jì)算信噪比f(wàn)igure(4)stem(t,abs(fft(ys)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('加入高斯白噪聲后復(fù)用信號(hào)的頻譜分析');fprintf('\n');%帶通濾波器的設(shè)計(jì)fprintf('按任意鍵開(kāi)始帶通濾波器的設(shè)計(jì)：\n');pauseRp=0.5;Rs=40;Wp1=[40008000]/22050;Ws1=[38008500]/22050;[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1);[h1,w1]=freqz(b1,a1);mag1=abs(h1);db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));Wp2=[900013000]/22050;Ws2=[800014000]/22050;[n2,Wn2]=cheb2ord(Wp2,Ws2,Rp,Rs);[b2,a2]=cheby2(n2,Rs,Wn2);[h2,w2]=freqz(b2,a2);mag2=abs(h2);db2=20*log10((mag2+eps)/max(mag2));Wp3=[1450018500]/22050;Ws3=[1400019000]/22050;[n3,Wn3]=cheb2ord(Wp3,Ws3,Rp,Rs);[b3,a3]=cheby2(n3,Rs,Wn3);[h3,w3]=freqz(b3,a3);mag3=abs(h3);db3=20*log10((mag3+eps)/max(mag3));figure(5);subplot(3,1,1);plot(w1/pi,db1);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');title('用切比雪夫2型設(shè)計(jì)三個(gè)帶通濾波器');subplot(3,1,2);plot(w2/pi,db2);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');subplot(3,1,3);21武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告plot(w3/pi,db3);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');y1=filter(b1,a1,ys);y2=filter(b2,a2,ys);y3=filter(b3,a3,ys);fprintf('\n');%解調(diào)fprintf('按任意鍵開(kāi)始信號(hào)的解調(diào)和解調(diào)后信號(hào)頻域分析：\n');pausefs=44100;y01=y1.*cos(2*pi*4000*t/fs);y02=y2.*cos(2*pi*11000*t/fs);y03=y3.*cos(2*pi*18000*t/fs);figure(6)subplot(311)stem(t,abs(fft(y01)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');title('解調(diào)后的3路信號(hào)各自的頻譜圖');subplot(312)stem(t,abs(fft(y02)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');subplot(313)stem(t,abs(fft(y03)),'.');xlabel('單位：Hz');ylabel('幅度');fprintf('\n');%低通濾波器設(shè)計(jì)fprintf('按任意鍵開(kāi)始低通濾波器的設(shè)計(jì)：\n');pauseRp=0.5;Rs=40;Wp1=3400/22050;Ws1=4000/22050;[n1,Wn1]=cheb2ord(Wp1,Ws1,Rp,Rs);[b1,a1]=cheby2(n1,Rs,Wn1);[h1,w1]=freqz(b1,a1);mag1=abs(h1);db1=20*log10((mag1+eps)/max(mag1));figure(7);plot(w1/pi,db1);axis([01-5020]);xlabel('w/pi');ylabel('20lg|H(ejw)|');title('低通濾波器的頻率響應(yīng)');fprintf('\n');22武漢理工大學(xué)《信息處理課群綜合訓(xùn)練與設(shè)計(jì)》報(bào)告%恢復(fù)信號(hào)的時(shí)域波形和頻譜分析f