FDMA系统设计实施方案及simulinkf仿真课程设计实施方案报告

1、个人收集整理仅供参考学习1、设计作用及其目地2、FDMA系统及其原理1.1 寻址方式地概念1.2 频分多址地基本工作原理1.3 FDMA系统各模块设计(1)输入信号地产生(2)调制与解调模块(3)带通滤波器设计1.4 FDMA系统框图设计3、simulink 简介3、基于Simulink地FDMA仿真4、参数设置5、频谱波形分析6、心得及体会7、参考文献29 / 27基于simulink地FDMA通信系统仿真1、设计作用及其目地FDMA( Frequency Division Multiple Access)是数据通信中地一种技术，也是现在移动通信中使用最大地一种通信方 式.FDMAffi信技

2、术可以使不同地用户分配在时隙相同而频率不同 地信道上传输.按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控 制地频段根据要求分配给用户.同固定分配系统相比，FDMAS通 道容量可根据要求动态地进行交换.本次课程设计通过Matlab软 件对FDM源统进行仿真研究，可以加深对FDMA!信系统地理解 和掌握.b5E2RGbCAP通过这次课程设计可达到以下地目地：(1)巩固课本所学地有关理论知识.(2)加深对FDMAS信系统地理解和掌握相关知识.(3)掌握带通滤波器和低通滤波器地设计(4)掌握Matlab软件地基本使用.(5)学会运用Matlab软件进行一些仿真和设计.2、FDMA系统及其原理2.1 寻址方

3、式地概念为了提高通信系统信道地利用率，通常多路信号共享同一信 道进行信号地传输.为此，引入信道多址寻址地概念.多址寻址是 指在同一信道上传输多路信号而互不干扰地一种技术.目前地多 址寻址方式是基于常规通信中地多路复用模式所创建地， 最常用 地多路复用有频分复用（FDM、时分复用（TDM和码分复用（CDM. 进而在多址寻址分类中，按频带区分信号地方法是频分多址（FDMA;按时隙区分信号地方法是时分多址（TDM六按相互正 交地码字区分信号地方法是码分多址（CDMA.plEanqFDPw2.2 频分多址地基本工作原理频分多址（FDMA是使用最早、目前使用较多地一种多址接 入方式，广泛应用于卫星通信、

4、移动通信、一点多址微波通信系 统中.DXDiTa9E3dFDMAS信系统核心地思想是频分复用（FDM,复用是一种将 若干个彼此独立地信号合并为一个可在同一个信道上传送地复 合信号地方法.例如，在电话通信系统中，语音信号频谱在3003400Hz内，而一条干线地通信资源往往远大于传送一路语音信 号所需地带宽.这时，如果用一条干线只传一路语音信号会使资 源大大地浪费，所以常用地方法是“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.RTCrpUDGiT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地频率，如图（1） 所示.然后把需要在同一信道

5、上同时传输地多个信号地频谱调制 到不同地频带上，合并在一起不会相互影响，并且能再接收端此 分离开.5PCzVD7HxA混频过程地时域表示式为：(1)图1频分复用地子频带划分s(t) =x(t) cos(2二f0t)频分复用地关键技术是频谱搬移技术，该技术是用混频来实 现地.混频地原理，如图（2）所示.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，从低到高地频率分量是基带频率分量地翻转，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.jLBHrnAILg图3双边带频谱结构从图（3）可

6、以看出上、下边带所包含地信息相同，所以恢 复原始数据信息只要上边带和下边带地其中之一即可.另外，混 频器本身不是线性设备.线性设备地输出与输入信号具有相同地 频率成分，只以幅度和相位地不同来区分.但是，混频器所对应 地调制方式之所以称之为“线性调制”，主要是由于从频谱地角 度只进行了简单地搬移.XHAQX74J0X在FDMA!信系统中，首先把传输频带划分为若干个较窄地 且互不重叠地子频带，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 实现地是频率域上地正交性.其中FDMA地正交分

7、割条件为：LDAYtRyKfEf21, n = mX Xm(f)Xn(f)df =坂(2)f10), n # m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地， 则各信号间总存在一定地相关性，总会有一定地干扰.因此各频 带之间需留有一定地保护间隔以减少各频带之间地用 扰.Zzz6ZB2LtkFDMAT采用模拟调制地，也有采用数字调制方式地，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占用一个较宽地频带，调制到相应地子 频带后传送到同一个地址.dvzfvkwMII图4频分多址地子

8、频带划分通过前面地分析可以得出FDMA!信系统之所以可以使不同地用 户分配在时隙相同而频率不同地信道上传输，其核心地思想是频 分复用.即不同地信号运用不同地载波进行调制， 而载波带宽 被划分为多种不同频带地子信道，每个子信道可以并行传送一路信号.而接收端通过不同地带通滤波器将各路不同地信号提取出来，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）所示地简化FDMA通信模型.载波信号L部海信号载波信号H载波信号Nrqyn14ZNXI图5频分复用通信系统模型频分复用技术除传统意义上地频分复用（FDMA）外，还有 一种是正交频分复用（OFDM）.（1）传统地频分复用传统地频分复用典

9、型地应用莫过于广电 HFC网络电视信号 地传输了，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（8 MHz）以内是 时分复用传输地，但各个频道之间仍然是以频分复用地方式传输 地.EmxvxOtOco（2）正交频分复用OFDM （Orthogonal Frequency Division Multiplexing ）实际是 一种多载波数字调制技术.OFDM全部载波频率有相等地频率问隔，它们是一个基本振荡频率地整数倍，正交指各个载波地信号 频谱是正交地.SixE2yXPq5OFDM系统比FDMA系统要求地带宽要小得多.由于OFDM使 用无干扰正交载波技术

10、，单个载波间无需保护频带，这样使得可 用频谱地使用效率更高.另外，OFDM技术可动态分配在子信道中 地数据，为获得最大地数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分 配更多地数据到噪声小地子信道上.目前OFDM技术已被广泛应 用于广播式地音频和视频领域以及民用通信系统中，主要地应用 包括：非对称地数字用户环线（ADSL）、数字视频广播（DVB）、 高清晰度电视（HDTV）、无线局域网（WLAN ）和第4代（4G） 移动通信系统等.6ewMyirQFL频分复用系统最大地优点是信道复用率高，允许地复用路数 较多，同时分路也很方便，是模拟通信中主要地一种复用方式， 在有线和微波通信中应用十分广泛.频分复用地

11、缺点是设备生产 较为复杂，同时因滤波性能不够理想，及信道内存在地非线性容 易产生路间干扰.kavU42VRUs2.3 FDMA系统各模块设计2.4 输入信号地产生频分多址（FDMA输入模块如图1.2所示.Signji Gmnwratnr2图1.2频分多址（FDMA输入模块利用Simulink中地三个信号发生器（Signal Generator ）, 产生幅度为1,频率为4Hz地正弦信号，4Hz频率地方波信号， 以及频率为3Hz地锯齿波信号.y6V3ALOS89Matlab中模块位置，及参数设置：Signal Generator: SimulinkSourcesAdd: SimulinkMath

12、 Operations波形幅度（V）所（Hz）Signal Generator 1Sine14Signal Generator 2SquareSignal Generator 3Sawtooth（2）调制与解调模块频分多址（FDMA调制与解调模块如图1.3所示.HoldX日 aiwDemodulatorPassbandlHold2OS® AMDemodulator（a）频分多址（FDMA调制模块（b）频分多址（FDMA解调模块图1.3频分多址（FDMA调制与解调模块模块DSBAM （De） Modulator Passband地作用是双边带调 制/解调模块，采用地是正弦载波信号.这里

13、三个信号发生器产生 地分别是4Hz地正弦、0.5Hz地方波和1Hz地锯齿波，因此为了 实现频分复用，必须将它们分别调制到不同地频段上去，使它们 互不重叠，这样就可以复用同一信道传输，载波频率分别为40Hz, 60Hz, 80Hz.M2ub6vSTnPMatlab中模块位置，及参数设置：Zero-order hold : SimulinkDiscrete ,参数设置为0.001DSB AM Communications BlocksetModulationAnalogInput offsetCarrier freqInitial phaseDSB AMModulator Passband 114

14、00DSB AMModulator Passband 2DSB AMModulator Passband 3DSB AM Demodulator Passband 地设置与上卸类似.(3)带通滤波器设计频分多址(FDMA带通滤波模块如图1.4所示.输入信号分别被调制到40Hz、60Hz、80Hz地频率上.因此前 三个模拟滤波器(Analog Filter )地作用是划分信道，将它们 各自地频带限制在一定地范围内，避免互相发生混叠.另一方面， 添加了高斯白噪声地信号在被解调前必须分离出来，因此后三个模拟滤波器地作用就是分别滤出这三个频段上地信号.这样就能 保证各路信号互不干扰.0YujCfmUC

15、w根据各对滤波器地工作原理及各信号特点选择滤波器地参数,对于滤波器1, 4由于载波地频率是40Hz,变换后应该设置 地滤波范围应该在3545Hz2冗左右；同理，对于滤波器2, 5, 滤波器3, 6,参数可自行设置.eUts8ZQVRdMatlab中模块位置，及参数设置：Analog filter : Signal processing blocksetfiltering filter designsQsAEJkW5TAWGN Channel: Communications BlocksetChannelsScope： SimulinkCommonly Used BlocksInitial se

16、edModeVarianceAWGN Channel67Variance from mask0.01Design methodFilter typeFilterorder频率1频率2Analog filter1ButterworthBandpass435*2p i40*2p iAnalog filter2ButterworthBandpassAnalog filter3ButterworthBandpass1.4 FDMA系统框图设计在发射部分，三个信号发生器，产生正弦信号，方波信号，锯齿波信号，分别进入载频不同地双边带幅度调制模块，然后各自进入与调制模块载频相应地模拟滤波器模块.三路信号在加

17、法 器中合成后馈入加性高斯白噪声传输环境.在接受部分，三路并 联地和路器分别工作在上述地三个载频上，带通滤波器后面连着 载频与带通滤波器中心频率相同地双边带解调模块.解调出信号在和路器中与各自地原始信号汇合，然后进入示波器.系统框图如图 1.5 所示.GMsIasNXkA图1.5频分多址（FDMA系统仿真框图2、图中六个M疝喈胤自5$四造波器的作用是件幺，椎器一致的摹教谩扰他们的拿数, 然后城行热蜿的耳，记就下三个Scr灯中显示的波形,解二调制后的信号通过谑波器是为了限制信号的频带，防止不同频带的信号相互影响；解调 前信号通过注泄器是为了提取出解调频带内的信号，防止信号的串扰，另外，这两种造波

18、器 都具有减少噪声的作用,3、simulink 简介在 MATLAB令窗口 中输入 simulinSIMULINK 是 MATLABC件 地扩展，它是实现动态系统建模和仿真地一个软件包，它与 MATLAB!言地主要区别在于，其与用户交互接口是基于 Windows 地模型化图形输入，其结果是使得用户可以把更多地精力投入到 系统模型地构建，而非语言地编程上.TIrRGchYzg所谓模型化图形输入是指 SIMULINK提供了一些按功能分类 地基本地系统模块，用户只需要知道这些模块地输入输出及模块 地功能，而不必考察模块内部是如何实现地，通过对这些基本模 块地调用，再将它们连接起来就可以构成所需要地系

19、统模型(以.mdl文件进行存取)，进而进行仿真与分析.7EqZcWLZNXSIMULINK地最新版本是 SIMULINK4.0 (包含在 MATLAB6.0 里)，MATLAB5.31地版本为3.0版，它们地变化不大.lzq7IGf02E(1) SIMULINK1启动结果是在桌面上出现一个称为Simulink Library Browser地窗口，在这个窗口中列出了按功能分类地各种模块地名称.也可以通过 MATLABi窗口地快捷按钮来打开 Simulink Library Browser 窗口 . zvpgeqJ1hkSIMULINK 启动在MATLABT令窗口中输入simulink3结果是在

20、桌面上出现一个用图标形式显示地 Library :simulink3 地 Simulink 模块库窗口. NrpoJac3v1两种模块库窗口界面只是不同地显示形式， 用户可以根据各 人喜好进行选用，一般说来第二种窗口直观、形象，易于初学者， 但使用时会打开太多地子窗口 . 1nowfTG4KI4、基于Simulink地FDMA仿真(1)搭建仿真框图(2)利用simulink中地相应模块，搭建系统仿真框图并设置相应参数，框图如下:5、参数设置另外回发现DSB AM ModulatorPassband地输入输出需要 0阶保持抽样，否则系统会报错.fjnFLDa5Zo0阶保持地采样率统一设为0.00

21、1 ,而SpectrumScope钱地临界抽样保持设为0.001各个模块地参数设置如下：Signal Generator:选择正弦信号，幅度为 1,频率为4Hz.Signal Generator2：选择方波信号，幅度为 1,频率为4Hz.Signal Generator3:选择锯齿波信号，幅度为 1,频率为3Hz.0阶保持模块(11,12,13,14) :Sample Time (采样时间)设为0.001;其他0 阶保持模块地采样时间设为0.005.tfnNhnE6e5调制模块：DSB AM Modulator passband 设为：Input signal offset: 1 ； HbmV

22、N777sL Carrier frequency (Hz)： 40 Hz; Intialphase (rad): 0.DSB AM Modulator passband 设为：Input signal offset: 1 ； V7l4jRB8HsCarrier frequency (Hz)： 6 0 Hz; Intialphase (rad): 0.DSBAM Modulatorpassband 设为：Inputsignal offset：1 ；83icPA59W9Carrier frequency (Hz): 8 0 Hz; Intial phase (rad): 0.DSBAM Modul

23、atorpassband 设为：Inputsignal offset ：1;mZkklkzaaP解调模块：DSB AM DemodulatorAVktR43bpwpassband 设为：Input signal offset:0.5;Carrier frequencyDSB AM DemodulatorORjBnOwcEd(Hz): 40Hz; Intial phase (rad): 0.passband 设为：Input signal offset:0.5;Carrier frequency (Hz): 60Hz; Intial phase (rad): 0.DSB AM Demodulat

24、or passband 设为：Input signal offset:0.5;2MiJTy0dTTCarrier frequency (Hz): 80Hz; Intial phase (rad): 0. 加法器：List: + ;采样时间;0.001.AWGN通道：Initial seed : 67(为初始状态)Variance： 0.01.示波器1:Number of axes:2Time range:autoTick tables:bottom axis onlySample time :0.01 (采样时间)示波器2:Number of axes:2Time range:autoTick

25、 tables:bottom axis onlySample time :0.01 (采样时间)示波器3:Number of axes:2Time range:autoTick tables:bottom axis onlySample time :0.01 (采样时间)频谱示波器：Buffer size： 512Buffer overlap : 128FFT length : 1024Number of spectral averages : 2各个滤波器参数设置如下：数字滤波器1,4：类型：巴特沃斯；带通； Filter order:4;带通上限（单位（rad/sec）: 220;带通下限

26、：280数字滤波器2, 5：类型：巴特沃斯；带通； Filter order:4; 带通上限（单位（rad/sec）: 310;带通下限：440数字滤波器3, 6:类型：巴特沃斯；带通； Filter order:4;带通上限（单位（rad/sec）: 440;带通下限：570其中各个参数地计算方法如下：数字滤波器1'4最低频率：（40-4） *2pi=226.19rad/s 取 220rad/s最高频率：（40+4） *2pi=276.46rad/s 取 280rad/s数字滤波器2'5最低频率：（60-10） *2pi=314.16rad/s 取 310rad/s最高频率：

27、（60+10） *2pi=439.82rad/s 取 440rad/s数字滤波器3'6最低频率：（80-10） *2pi=439.82rad/s 取 440rad/s最高频率：（80+10） *2pi=565.49rad/s 取 570rad/s6、频谱波形分析三个Scope中显示的波形如下:Scopel:可见正弦信号得到了很好的保持，但信号幅度有所损失,解调后的信号存在直流分量, 这是因为调制时加入了直流分量。Scope2:可见方波信号损失非常严重v这主要由于信适被驻波器进行了限制，所以高频分量被送除.由此出现了古布斯现象。同时信号幅度也有所损失。Scape3;可见信号的损失同样很严

28、重：原因和上面一样.要使方波或三角波的损失戒少，适当扩 大通频范也即可，但要防止信号之间量生频率混叠口之OOM" 1的一怀曲伟可见信号的损失同祥根严里：廨因和上面一峰。要使方波或三角装的损失减少,适当扑 大通频范联即可，但要防止怙号之间覆生频率混叠口孔 变或用SpiTtEE Script讨华新号进行"i口分钟,.解:实际侏典过程中，发现晒书上的设置皿论加号为512, bufferoverlap256,最 转的皴谱比较粗糙，因此我把它们分别设置为102451N对正弦信号进行胤谱分析: 原培信号：mp -P巴？ M心骂七匚曾三10Frequency (Hz)0 5 0 52 .

29、1 1mp -p*JJEnbM£pnlic口口 £ ID 1520 2S 30 3S 40Frame: Z0Frequency (HzJ原的信号为drtz的正茏信号，因出蹈率集中在4H工附近，由于缶H精度的限制，其谱不 是一个严格的脉冲.调制后信号；Frune 20经过调制后，信号被“撤移二到3&W和44H咻近，40年的脉冲是调制信号。廨调后信号；200划1欧_师肖件mp sllns-&pnw.Bs10203040SO60Frame 20Frequency (Hz)可卬J3期后信号又回到了4H工时近，但信号帼度有所下降，解酒时有一定的旌量损失*对方装信号进行

30、频谱分折：f勒个参数设置为工四生1024) 原始信号：mp -PMJIEflbln,pn.'ssudE，51015203035#04550Frane. 10Frequency (Hz)可见方波信号M潇较宽，各个短率都有能，但衰渡也比较快.调制后信号：0 5 0 52 11里 Ts*EnM&pnw=Es;Frame 10Fraquiflcy |H上调制后的信号变成了L#50H2为中心向两侧逐渐衰减的信号.这个信号经过带通谑浪器 55-65 H工意外的分量就被滤去.解调后信号：斛涧后诧号的带克眼用在5HE以内，回S-后再较大的物失.5 0 5 0 52 2 11mp -P幽-rnb

31、m,田pnuKHEW混合信施中三个信号在糊域上分并.互不干扰:皿。后壮由nM-wnuuEs由于芾然R设置了5Hr,借条后的信号就属闱在5H工以内，过也决定了恢时的信号中K 娘外严变里尖，液医牲生很大晌畸曼.前三蔺豉信号选行邦调分折：原钻齿号：号 p*-nnbmuc?王-20Frkrttt 1Q同有有推务高就寻«调制荷憎号叫 转 的 聃 巾 吗 凰 时 切 蛉 1WFnr*"修一W*调制后情号条中在的H册近.端调后信号:Frequency (Hz)5 Q 5 Q 52 2- 1 1mp dff-EnbM«-pn;E6E5Frame 1。窜洞后信号的带宽限制在5W以内

32、, 回复后有较大的损失.mp 中prl=IUBEIAI10203040 SO 60708090Frarrier 10Frequency (Hz)混合信道中三个信号在驳域上分弁，互不于扰；7、心得及体会经这次课程设计，我不仅复习巩固了课堂所学地理论知识， 还提高了对所学知识地综合应用.同时，在以前课本学习中没有弄 懂地问题，通过这次课程设计，我都有了更深入地理解.比如通信 原理中地时域采样定理、滤波器参数设计等.gliSpiue7A在设计经过不断地修改调试，在 simulink上仿真频分多址通 信技术取得了较好地效果.当然在设计及仿真地过程中，也遇到了 很多问题，在老师及同组成员地指导下，最终解

33、决了一系列问题， 达到了比较理想地仿真效果.uEh0U1Yfmh8、参考文献陈慧慧、郑宾主编，频分多址接入模型设计及 MATLAB 仿真计算第三版，北京，高等教育出版社，20001Ag9qLsgBX李建新、刘乃安、刘继平主编，现代通信系统分析与仿 真MATLAB通信工具箱 西安，西安电子科技大学出 版社，2000WwghWvVhPE邓华等主编，MATLAB通信仿真及应用实例详解，北 京，人民邮电出版社，2003 通信原理第六版，樊昌信著，国防工业出版社，2012.1重E|3 asfpsfpi4k 现代通信原理，曹志刚著，清华大学出版社，1992.8 ooeyYZTjj1 移动通信第四版，李建东著，西安电子科技大学出 版社，2006.12 （2011.11 重印）BkeGuInkxI版权申明本文部分内容，包括文字、图片、以及设计等在网上搜集整理.版权为个人所有This article includes some parts, includingtext, pictures, and design.