FDMA系统设计及simulinkf仿真课程设计报告Word格式文档下载.docx
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基于simulink的FDMA通信系统仿真
FDMA〔FrequencyDivisionMultipleAccess〕是数据通信中的一种技术，也是现在移动通信中使用最大的一种通信方式。
FDMA通信技术可以使不同的用户分配在时隙一样而频率不同的信道上传输。
按照这种技术，把在频分多路传输系统中集中控制的频段根据要求分配给用户。
同固定分配系统相比，FDMA使通道容量可根据要求动态地进展交换。
本次课程设计通过Matlab软件对FDMA系统进展仿真研究，可以加深对FDMA通信系统的理解和掌握。
通过这次课程设计可到达以下的目的：
〔1〕稳固课本所学的有关理论知识。
〔2〕加深对FDMA通信系统的理解和掌握相关知识。
〔3〕掌握带通滤波器和低通滤波器的设计
〔4〕掌握Matlab软件的根本使用。
〔5〕学会运用Matlab软件进展一些仿真和设计。
2.1寻址方式的概念
为了提高通信系统信道的利用率，通常多路信号共享同一信道进展信号的传输。
为此，引入信道多址寻址的概念。
多址寻址是指在同一信道上传输多路信号而互不干扰的一种技术。
目前的多址寻址方式是基于常规通信中的多路复用模式所创立的，最常用的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，按频带区分信号的方法是频分多址〔FDMA〕；
按时隙区分信号的方法是时分多址〔TDMA〕；
按相互正交的码字区分信号的方法是码分多址〔CDMA〕。
2.2频分多址的根本工作原理
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〕，复用是一种将假设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，在通信系统中，语音信号频谱在300—3400Hz，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，并且能再接收端此别离开。
混频过程的时域表示式为：
〔1〕
图1频分复用的子频带划分
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。
其双边带频谱构造如图〔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双边带频谱构造
从图〔3〕可以看出上、下边带所包含的信息一样，所以恢复原始数据信息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一样的频率成分，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展了简单的搬移。
在FDMA通信系统中，首先把传输频带划分为假设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，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：
（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一样而频率不同的信道上传输，其核心的思想是频分复用。
即不同的信号运用不同的载波进展调制，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。
图5频分复用通信系统模型
频分复用技术除传统意义上的频分复用〔FDMA〕外，还有一种是正交频分复用〔OFDM〕。
〔1〕传统的频分复用
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。
〔2〕正交频分复用
OFDM〔OrthogonalFrequencyDivisionMultiple*ing〕实际是一种多载波数字调制技术。
OFDM全部载波频率有相等的频率间隔，它们是一个根本振荡频率的整数倍，正交指各个载波的信号频谱是正交的。
OFDM系统比FDMA系统要求的带宽要小得多。
由于OFDM使用无干扰正交载波技术，单个载波间无需保护频带，这样使得可用频谱的使用效率更高。
另外，OFDM技术可动态分配在子信道中的数据，为获得最大的数据吞吐量，多载波调制器可以智能地分配更多的数据到噪声小的子信道上。
目前OFDM技术已被广泛应用于播送式的音频和视频领域以及民用通信系统中，主要的应用包括：
非对称的数字用户环线〔ADSL〕、数字视频播送〔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。
频分复用系统最大的优点是信道复用率高，允许的复用路数较多，同时分路也很方便，是模拟通信中主要的一种复用方式，在有线和微波通信中应用十分广泛。
频分复用的缺点是设备生产较为复杂，同时因滤波性能不够理想，及信道存在的非线性容易产生路间干扰。
2.3FDMA系统各模块设计
频分多址〔FDMA〕输入模块如图1.2所示。
图1.2频分多址〔FDMA〕输入模块
利用Simulink中的三个信号发生器〔SignalGenerator〕，产生幅度为1，频率为4Hz的正弦信号，4Hz频率的方波信号，以及频率为3Hz的锯齿波信号.
Matlab中模块位置，及参数设置：
SignalGenerator:
Simulink——Sources
Add:
Simulink——MathOperations
波形
幅度〔V〕
频率〔Hz〕
SignalGenerator1
Sine
1
4
SignalGenerator2
Square
SignalGenerator3
Sawtooth
频分多址〔FDMA〕调制与解调模块如图1.3所示。
〔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〕ModulatorPassband的作用是双边带调制/解调模块，采用的是正弦载波信号。
这里三个信号发生器产生的分别是4Hz的正弦、0。
5Hz的方波和1Hz的锯齿波，因此为了实现频分复用，必须将它们分别调制到不同的频段上去，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。
Zero-orderhold：
Simulink——Discrete，参数设置为0.001
DSBAM：
municationsBlockset——Modulation——Analog
Inputoffset
Carrierfreq
Initialphase
DSBAMModulatorPassband1
40
DSBAMModulatorPassband2
DSBAMModulatorPassband3
DSBAMDemodulatorPassband的设置与上面类似。
〔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。
图1.4频分多址〔FDMA〕带通滤波模块
输入信号分别被调制到40Hz、60Hz、80Hz的频率上。
因此前三个模拟滤波器〔AnalogFilter〕的作用是划分信道，将它们各自的频带限制在一定的围，防止互相发生混叠。
另一方面，添加了高斯白噪声的信号在被解调前必须别离出来，因此后三个模拟滤波器的作用就是分别滤出这三个频段上的信号。
这样就能保证各路信号互不干扰。
根据各对滤波器的工作原理及各信号特点选择滤波器的参数，对于滤波器1，4由于载波的频率是40Hz，变换后应该设置的滤波围应该在35~45Hz⨯2π左右；
同理，，对于滤波器2，5，滤波器3，6，参数可自行设置。
Analogfilter：
Signalprocessingblockset——filtering——filterdesign
AWGNChannel:
municationsBlockset——Channels
Scope：
Simulink——monlyUsedBlocks
Initialseed
Mode
Variance
AWGNChannel
67
Variancefrommask
0.01
Designmethod
Filtertype
Filterorder
频率1
频率2
Analogfilter1
Butterworth
Bandpass
35*2pi
40*2pi
Analogfilter2
Analogfilter3
1.4FDMA系统框图设计
在发射局部，三个信号发生器，产生正弦信号，方波信号，锯齿波信号，分别进入载频不同的双边带幅度调制模块，然后各自进入与调制模块载频相应的模拟滤波器模块。
三路信号在加法器中合成后馈入加性高斯白噪声传输环境。
在承受局部，三路并联的和路器分别工作在上述的三个载频上，带通滤波器后面连着载频与带通滤波器中心频率一样的双边带解调模块。
解调出信号在和路器中与各自的原始信号集合，然后进入示波器。
系统框图如图1.5所示。
图1.5频分多址〔FDMA〕系统仿真框图
在MATLAB命令窗口中输入simulinSIMULINK是MATLAB软件的扩展，它是实现动态系统建模和仿真的一个软件包，它与MATLAB语言的主要区别在于，其与用户交互接
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