2015届学士学位论文
频分复用原理及其应用研究
频分复用原理及其应用研究
摘要频分复用(FDM)是通信系统中信号多路复用方式中的一种，本质上是依据频率来分隔信道的。频分复用技术在当今通信领域有着很重要的地位。根据性质和特点的不同频分复用还可以被细分为传统的频分复用(FDM)和正交频分复用(OFDM)。
本论文主要由以下几个部分组成。第一部分介绍频分复用基本原理，系统实现以及其应用特点；第二部分介绍正交频分复用的基本原理及DFT的实现；第三部分主要介绍在实际应用中当载波频率接近时，频谱会发生重叠，传统的频分复用解调效果容易出现失真，正交频分复用由于其载波的正交性特点,在频谱发生重叠时可以保证解调效果；最后通过MATLAB程序中的SIMULINK仿真图来表现正交频分复用的优越之处。
关键词频分复用；正交频分复用；MA TLAB仿真
Frequency division multiplexing principle and its application
research
Abstract Frequency division multiplexing (FDM) is a kind of signal multiplexing mode in communication system, which is divided by frequency channel essentially. Frequency division multiplexing technology is very widely used in today's communication. Frequency division multiplexing can also be divided into the traditional frequency division multiple(FDM) and orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) depending on the nature and characteristics.
This paper consists of the following parts. The basic principle of frequency division multiplexing, system implementation and its application characteristics are introduced in the first part . The basic principle of orthogonal frequency division multiplexing and its realization of DFT are introduced in the second part .Due to its characteristics ,orthogonal frequency division multiplexing can guarantee the demodulation compare with the traditional frequency division multiplexing when the carrier frequency is close to in the practical application, spectrum overlap happens ,which is introduced in the third part .Finally by SIMULINK of MA TLAB simulation diagram to show the superiority of the orthogonal frequency division multiplexing.
Keywords Frequency division multiplexing; Orthogonal frequency division Multiplexing ;MA TLAB simulation
淮北师范大学2015届学士毕业论文频分复用原理及其应用
目录
1.引言 (1)
2频分复用基本原理及实现 (2)
2.1频分复用的基本原理 (2)
2.2 频分复用系统应用及其特点 (2)
3正交频分复用基本原理及实现 (4)
3.1正交频分复用原理 (4)
3.2 DFT的实现 (6)
3.3 正交频分复用的优缺点 (8)
4频分复用原理的应用 (9)
4.1系统仿真主要模块的介绍 (9)
4.2频分复用系统仿真的实际应用分析 (9)
4.3 仿真结果分析 (14)
结论 (15)
参考文献 (16)
致谢 (17)
淮北师范大学2015届学士毕业论文频分复用原理及其应用
1.引言
在通信系统中，一般情况下用来传输信号的物理信道的传输能力是比一路传输信号的需求要大的很多，这时候就可以让多路信号共同来利用该物理信道。这样一来通过多路信号共同使用一条物理信道就能够大大的提高信道的利用率，避免了大量资源的浪费。本文所讨论的频分复用就是根据就是利用这一原理来实现的，相比单载波信号传输它具有更高的效率和信道利用率。
随着社会科技的快速发展，人们之间的交流与联系进一步的加强，这使得对于通信功能，宽带服务的等要求进一步提高。但是因为现代社会的发展，无线传输环境却变得越来越恶劣，出现了很多很难解决的信号传输问题。这时候频分复用技术的提出给这些难题带来了解决的方法。伴随着DSP芯片技术的快速发展，结合正交频分复用的良好结合性，正交频分复用技术正在逐渐开始得到通信领域开发人员越来越多的关注和开发[1]。
现代通信宽带数字业务大量出现，传输的码元速率的要求不断再提高，传输带宽也需要更宽。传统的串行单载波调制除了实现设备复杂，浪费信道资源，在实际应用中还容易出现码间串扰问题。所以有后来有了FDM方式传输的提出，FDM是多载波传输方式，多载波传输的优点是可以使每路传输数据码元宽度变的更宽，有效改善码间干扰问题，如果进一步使用正交频分复用技术（OFDM），根据其特性可以让每一路载波信号间间隔相应地减小，从而使得整个信号传输系统在频带利用效率方面得到显著的改善[2]。
本论文由两大部分组成，第一部分是就频分复用原理和正交频分复用原理及其应用研究展开介绍与讨论，分析频分复用原理，研究它们的优缺点，了解它们的系统组成和实现过程。第二部分是采用MATLAB仿真来体现实际的应用过程中正交频分复用的频谱利用资源利用率更高优点，主要介绍其仿真图像，用图形的形式来表达它的优越性和效率性。频分复用原理的提出和正交频分复用的广泛应用，给通信原理的信号传输带来了新的活力，解决很多应用问题上遇到的难题,具有很强的理论和现实意义。
2频分复用基本原理及实现
2.1频分复用的基本原理
在通信系统信号传输过程中，因为要传送的信号带宽是有限的，而线路可使用的带宽则相对是比较大的。所以在信号传输过程可以通过将信道带宽划分成互不重叠的很多小频带，并且在相邻的两路之间留有未被使用的频带作为保护频带，每个小的频带能通过一路信号。下图可以简单地表现频分复用系统完整的应用过程。
图1 频分复用系统组成
2.2 频分复用系统应用及其特点
下面通过一个具体的实例来讲述频分复用的发送原理和接收原理，如图2所示这是一个三路信号的复用实例。整个原理框图由滤波器，调制器，传输信道以及解调器构成。三路输入信号分别是f 1(t),f 2(t),f 3(t)。三路信号在发送端首先经过信号调制实现频谱搬移，这里的LPF 功能是为了使输入信号频率不至于过宽，随后将调制后的载波合成再进行二次调制送入信道中去。分析可知第一次调制后上边带所合成的频谱是从W 01到W 03+Wm ，这里三路信号本身占有Wm 宽的频带，三路信号之间还设有空的频带用来防止三路信号频谱发生重叠。这是一个二级调制系统，第二次调制是为了让第一次调制后的合
f 3
LPF LPF LPF
LPF
LPF
LPF
调制器
调制器
调制器 BPF
BPF
BPF
BPF BPF BPF
解调器
解调器
解调器
信
道
CH1
CH2
CH3
f 1
f 2
f 1 f 2
f 3
成频谱再进行一次频谱的搬移，在这个过程中其频带宽度不会发生改变。接收端解调与发送端调制正好相互对应的，恢复各路调制信号，不会带来路间干扰。
图2 FDM 实例系统原理框图
在通信系统中频分复用技术模拟信号处理方面得到相当多的应用，其主要的优点是信道的利用率高，技术手段比较成熟；缺点是所使用的传输设备相对比较复杂，很多时候滤波器的设定是一个很难解决的问题，而且在信道复用和信号传输时候，调制解调等过程中出现非线性失真问题很难得到解决，当这一类问题出现时会使得传输信号出现彼此扰乱问题。
L P F L P F L P F
L P F
B P F L P F
L P F
B P F
B P F
B P F
B P F
B P F B P F
B P F
f 1(t)
f 3(t) (w m ) c 1(t) w 01 (w 01) (w 01) c 1(t)
(w m ) c 2(t) w 02 (w 02) (w 0) (w 0 )
(w 02) c 2(t) w 0 c(t) c(t) w 0(w 03) c 3(t)
(w m ) c 3(t) w 03 (w 03) f 2(t)
3正交频分复用基本原理及实现
3.1正交频分复用原理
OFDM 从实质上来说是一种特殊的频分复用形式，在同传统频分复用（FDM ）相比较可以总结出OFDM 有以下几个特点：
1.不需要设置空闲频带作为保护频带，子载波之间可以存在频谱重叠，这样一来在信号传输过程中传输速率和带宽利用效率有着显著的改善；
2.每路子载波的调制是多进制；
3.每路已调信号严格的正交以方便接收端能完全分离各路信号；
4.对子载波的调制制度是可以进行选择的，在实际应用过程中能够由各信道特性的差别来选择使用合适的制度，调制制度相当的灵活。
下面来证明正交频分复用体系里N 个子载波正交特性，通常子载波可以记作为： )2cos()(x k k k k t f B t ?π+= ）（1,,1,0k -=N （3-1）
（B k 表示载波的振幅；初始相位由K ?表示；f k 为频率） 因此下面的公式可以用来表示这N 路子信号的和：
)2c o s ()(x (s 1
1
k k N o
k K N k k t f B t t ?π+==∑∑-=-=） （3-2）
复数形式如下
k k t f j N K K e B t ?π+-=∑=21
0)(s （3-3）
若是想使这N 路信号在接收的时候可以彻底的分离开来，便需要它们各路子载波间满足正交正交性作为前提。这要求在码元持续时间T S 内有：
0)2c o s ()2(c o s 0
=++?i i T k k
t f t f
S
?π?π （3-4）
通
过
积
分
得
：
)f (f 2)
sin()f (f 2)sin()f (f 2])T f (f sin[2)f (f 2])T f (f sin[2i k i k i k s i k i k s i k =---++---+-+++++π??π??π??ππ??πi k i k i k i k 算的结果得
n
)f -(f )f (f k k ==+S i S i T m T ，
（m 和n 均为正横数） 因此有
s s T n m T n m 2/)(f 2/)(f i k -=+=， 即要求子载波频率满足
s T k 2/f k = （k 为整数） 子载波间的频率间隔 s T n /f f f i k =-=?
所以最小载频间隔为 s T /1f min =? 也可以说在频率间隔为最小频率间隔的整数倍的时候，载波间都是正交的。
图3 OFDM 信号的频谱
由图3观察易知，虽然它们之间有重叠部分，但从实际显示来看每路之间仍然存在正交性。所以在接收端仍然能够利用正交的性质轻松地分离出各路信号。同时可以看出各子信道之间不需要设定保护频带，所以这样会大大的提高传输频带的利用率
[1]
。
现在通过公式推理来具体了解一下OFDM 系统在频带资源利用方面的优越性。假设 在一个正交频分复用应用过程中子载波数一共有N 个，T 为一个码元的持续是时间，各路的子载波调制方式采用M 进制，所以有： Hz T N B OFDM /)1(+=
)/(log 11log 22/b Hz s b M N N
B T
M N OFDM OFDM ?+=?=
η （3-5）
由上面公式可知，当N 很大的时候 )/(log 2/b Hz s b M
O FD M ?≈η （3-6）
为了方便，设用单载波M 进制码元传输，如果要得到相同的传输速率，传输码元宽度必须缩短为
T/N ，占用带宽是
2N/T ，故有下面公式
)z /(log 2
1
2log 22/b H s b M N T T M N M ?=?=
η （3-7）
比较可得并行传输的OFDM 系统比串行FDM 单载波系统相比频带利用率有可增加约一倍
[2]
。
f
3.2 DFT 的实现
傅立叶变换是一种将时域频域二者联系在一起的桥梁，在数字信号处理方面有着不可取代的地位。实际对数字信号进行处理过程当中，人们可以根据实际情况来选择不同的变换方式来对信号进行处理。正交频分复用系统中的调制与解调过程就可以通过DFT 来完成。在信号与系统中我们知道，快速傅立叶变换FFT 在运算量较大系统中运算效率要比DFT 高得多，正是由于其运算快速的特性使得OFDM 技术在世界范围内得到了快速的发展
[3]
。
下面通过公式来推理如何通过IDFT 和DFT 完成系统的调制过程和解调过程。可以将OFDM 输出信号表示为：
)](2exp[)2/()(1
0s s N i i t t T
i
j T t t rect d t s ---=∑-=π
T t t t S S +≤≤ (3-8)
其中rect(t)=1 为了简便令 t s =0 则有
T t t T
i j d t s N i i ≤≤=∑-=0)2exp()(1
0π
（3-9）
对s(t)以T/N 速率进行抽样，设N kT t =)1,,1,0(-???=N k ，代入公式3-9得出下面公式：
??? ??=∑-=N ik j d t N i i k π2exp )(s 1
()10-≤≤N k （3-10）
公式3-10告诉我们对d i 求IDFT 得到的是s k 。推理可知如果在接收端，我们对s k 进行DFT 变换便可以将输入数据符号d i 还原出来，如此便能够由DFT 得到下面的公式表示：
)2exp(1
0N
ik
j
s d N k k i π-=∑-= ()10-≤≤N i （3-11）
通过对上面的三个公式的分析我们可知，正交频分复用技术应用过程中的信号处理是可以通过傅里叶变换对来实现的。公式3-10表示调制过程，将原始输入信号d i 转换成
OFDM 信号s k 。通过载波调制然后传送进入传输信道里。公式3-11表示解调过程，将OFDM 信号s k 恢复成原始的输入信号d i 。易知对于这里逆离散傅里叶变换所产生符号s k 是信道里N 子载波信号通过相加产生的[4]
。
在信号系统中我们了解到对N 点进行离散傅里叶逆变换运算是要通过进行N 2次复数乘法来实现的，而在选择快速离散傅里叶逆变换可以很大程度上减少运算量，使运算量从N 2减少到约NlogN,这里面的N 的含义是指子信道的数量
[5]
。所以在正交频分复用
系统的实际应用过程中，选择FFT 来完成系统的调制解调能够提高系统运行速度，简化系统的复杂程度。图4表示的是通过FFT 来实现OFDM 系统的原理框图。
图4 OFDM 系统构成图（采用IFFT/FFT 实现方式）
[6]
图4表示的是通过FFT 来实现OFDM 系统的原理框图。通过图可以看出首先对输入信号进行编码，在进行IFFT 变换前要进行串并转换，变换后需要添加循环前缀来载波信号正交，然后进行并串转换后通过窗函数，LPF 进行射频发射，在接收那一端进行发送端的逆处理就可以解调出发送的信号。
串/并转换
数字编码
IFFT
并/串转
数字解码
变频解调
A/D LPF
射频调制
FFT
添加 循环 前缀
串/并转
并/串转
窗函数
清除
循环 前缀
D/A LPF
同步处理
3.3 正交频分复用的优缺点
（1)正交频分复用优点
1.正交频分复用在数据传输可以很大程度的降低码间串扰问题，简化传输设备的复杂程度。
2.频谱资源方面的利用效率高，这对当今频带资源匮乏有着重要的意义。
3.由于大规模集成电路技术与DSP技术的迅猛发展，IFFT与FFT都是十分容易实现的，因此正交调制与解调不需要复杂设备，很容易实现。
4.因为OFDM体系的独特性，就能够经过利用不定数量的子信道来完成非对称高速率数据的传输。
5.正交频分复用技术具有良好的结合性能，因此在实际使用的过程中实现多个用户同时利用正交频分复用技术进行信息传送变得十分简单。
（2）正交频分复用缺点
1.在现实应用过程中，容易因为频率出现偏差而产生坏影响破坏子载波正交特性，使在解调端解调出现失真。
2.存在较高的峰值平均功率比[2]。
4频分复用原理的应用
4.1系统仿真主要模块的介绍
MATLAB软件是当今众多工程领域十分流行的软件之一。它强大的功能吸引了众多的使用者。本篇论文在仿真方面采用的是simulink模块来进行的。Simulink是MATLAB软件中应用较为广泛的一个部分，具有十分强大的功能[7]。下面来简单的介绍本次应用过程中将要使用到的一些主要模块：
Bernoulli Binary Generator：贝努利二进制序列发生器模块，可以随机的产生二进制序列码，产生0和1的概率取决参数设置；
BPSK Modulator Baseband：BPSK基带调制模块，对输入信号进行BPSK调制；
Complex to Real-Imag：将输入的复数信号分解成实数部分和虚数部分在进行分别的输出；
Add Cyclic Prefix:循环前缀添加模块，在变换后的输入序列中按一定规律添加前缀； Sine Wave：正弦波输出模块；
Product：乘积运算模块，可以将输入数据进行乘积运算后输出；
Spectrum Analyzer：频谱显示；
To Workspace：把仿真产生的数据按矩阵形式保存到Matlab工作空间中去；
AWGN Channel：信号传输通道，最基本的通道模型；
Digital Filter：数字滤波器模块；
Data Type Conversion：数据类型转换器；
Error Rate Calculation：误码率统计模块；
Scope：示波器，显示输入的信号波形；
Display：实时数值显示模块；
Random Integer Generator：随机整数发生器模块；
QPSK Modulator Baseband：QPSK基带调制模块，对输入信号进行QPSK调制；
IFFT：通过变换产生OFDM符号；
FFT：将OFDM符号转换成原始输入数据符号；
QPSK Demodulator Baseband：QPSK基带解调模块，对输入信号进行QPSK解调[8]。
4.2频分复用系统仿真的实际应用分析
在实际的应用过程中由于信道的带宽是一定的，所以在使用FDM方式调制的时候可能
会出现载波频率比较接近进而导致频谱发生较大的重叠，使得信号解调失真。然而根据OFDM技术的特点可知，各路已调信号之间是正交的，已调信号频谱发生部分的重叠是允许的，接收端能够完全分离各路信号。所以在出现频谱重叠的情况先可以通过OFDM技术来解决。下面将从两个应用仿真来展现实际应用过程中遇到此类问题时候两种仿真系统的应用效果并进行比较。
1.通过仿真软件构造FDM系统如下图：
仿真模型数据配置:Sample time :1/1e5 采用调制模式:BPSK 三种信号的码速率分别为：1Kbps、2Kbps、5Kbps 三种信号的载波频率分别为：10KHz、11.5KHz、13KHz
图5 FDM系统simulink仿真图
仿真结果图：
（1）合成信号频谱
F r e q u e n c y (k H z )
d B m
5101520
2530
35404550
-40
-30
-20
-10
10
20
RBW=48.8 Hz
由图观察可知载波频谱在合成过程中存在重叠现象
（2）第一路输入信号频谱
Frequency (Hz)
d B m
50100150200
250
300350400450500
-50
-40
-30
-20
-10
10
20
RBW=1.5 Hz
（3）第一路输出信号频谱
Frequency (Hz)
d B m
050100150200
250
300350400450500
-60
-50-40
-30-20
-10
10
20RBW=1.5 Hz
对比第一路输入输出信号频谱可知解调效果不理想出现失真现象 2.通过simulink 软件构造OFDM 通信模块如下图表示:
仿真模型数据配置:Sample time :1/8e3 Sample per frame:192,采用调制模式
:QPSK
图6 正交频分复用仿真模块原理图 仿真结果图：
（1）发送信号频谱实部
Frequency (kHz)
d B m
0.5
1
1.5
2
2.5
3
-65
-60-55-50-45-40-35
-30-25-20
-15RBW=6.51 Hz
（2）发送信号频谱虚部
Frequency (kHz)
d B m
0.51
1.52
2.53
-70
-60-50-40
-30
-20
RBW=6.51 Hz
（3）输入信号频谱
Frequency (kHz)
d B m / H z
1
2
3
4
5
6
7
8
-50
-40-30-20-10010
2030
40RBW=125.65 Hz
（4）输出信号频谱
Frequency (kHz)
d B m
123
4
5678
-50
-40-30
-20-10
1020
30RBW=125.65 Hz
对比输入输出图像可知输出信号频谱几乎未发生时真
4.3 仿真结果分析
在FDM 模块中载波频率比较接近，在占用较大带宽的情况下，频谱仍然发生很大的重叠进而使得在解调时出现失真现象；对于OFDM 模块，由于其特性允许频谱发生重叠，在占用很小的带宽情况下信号解调效果也较好，因此在会发生频谱重叠的情况下选择OFDM 方式能够很好的解决问题。
结论
在通信系统中频分复用技术在信号处理方面得到相当多的应用，其主要的优点是信道的利用率高，技术手段比较成熟，特别是正交频分复用的提出使得通信系统得到了快速的发展。同FDM相比而言，OFDM因为其性能特点不仅在频谱利用率方面有了更大提高，还可以利用DFT技术来实现对传输数据调制和解调，使得信号处理过程得到大大的简化。通过对FDM和OFDM的实际应用的对比分析，结合simulink仿真图对比可以很容易得出结论。在FDM系统应用过程中，当载波频率设定为10KHZ，11.5KHZ，13KHZ时，由于载波频率比较接近从合成信号频谱图可以看到，载波频谱发生重叠，这使得在解调端很难通过滤波器将载波完好的滤出，对比第一路输入输出信号频谱可以看到解调出现失真现象；在OFDM系统应用过程中，由于OFDM的技术特点允许子载波发生重叠现象，从发送信号实部和虚部频谱图知在发生频谱重叠时，对比输入输出信号频谱可以发现解调没有出现失真。实际应用过程中在会发生频谱重叠的情况下选择OFDM方式能够很好的解决问题。在当今对传输码率需求日益增高，传输的带宽不断增宽的社会里，正交频分复用技术的特点和优越点得到很大的体现。因此频分复用技术的进一步研究和发展将会是通信领域里一个非常重要也是具有相当大潜力的一个研究方向。
参考文献
[1]樊昌信，曹丽娜 .《通信原理》6版. [M].北京：国防工业出版社, 2006.
[2]王秉钧，冯玉珉，田宝玉 .《通信原理》[M].北京：清华大学出版社, 2006.
[3]高西全，丁玉美 .《数字信号处理》3版. [M].西安：西安电子科技大学出版社, 2008.
[4]李斯伟，张建超.正交频分复用的原理及应用[J]. 中国民航学院报,1999,17
（5）:35-39.
[5]朱月秀，林野.正交频分复用技术及应用研究 [J].杭州电子科技大学学报，2007，
27（5）:21-24.
[6]彭宏，李瑞麟.正交频分复用技术及应用[J].浙江工业大学学报，2003，31
（3）:248-251.
[7]郑阿奇，曹戈 .《MATLAB实用教程》3版. [M].北京：电子工业出版社,2012.
[8]张德丰.《MATLAB通信工程仿真》[M]. 北京：机械工业出版社, 2010.
正交频分复用通信系统设计及其性能研究 年级: 学号: 姓名: 专业: 指导老师: 二零一五年五月
摘要 由于OFDM技术出现了近四十年的时间，该技术在移动通信上已经得到快速发展。本论文主要研究OFDM系统的应用，介绍了OFDM技术的基本概念和发展历程，并简要阐述OFDM在无线移动技术中的发展前景。在介绍OFDM原理的同时，比较FDM与OFDM 的异同点，认识保护间隔和循环前缀对OFDM的意义，简述OFDM的优势和缺点，了解OFDM的关键技术，研究OFDM频域和时域的波形图，利用加窗技术来提高OFDM的功率谱密度。 关键字：正交频分复用；码间干扰；循环前缀；高斯白噪声
Abstract Because of OFDM technology emerged about forty years, it has developed rapidly in the field of mobile communications,This thesis mainly studies the application of OFDM system, introduces the basic concepts and development of the OFDM technology, besides, the thesis also describes the future development in wireless mobile technology. While introduce the principles of OFDM, comparing the similarities and differences between FDM and OFDM, understanding the significance of protection interval and cyclic prefix in OFDM,I described the advantages and disadvantages of OFDM briefly, and known the key technologies of OFDM,studied the domain waveform figure OFDM frequency domain and time domain, by using the window technology to improve the power spectral density of OFDM. Keywords: OFDM; ISI; CP; WGN
2015届学士学位论文 频分复用原理及其应用研究
频分复用原理及其应用研究 摘要频分复用(FDM)是通信系统中信号多路复用方式中的一种，本质上是依据频率来分隔信道的。频分复用技术在当今通信领域有着很重要的地位。根据性质和特点的不同频分复用还可以被细分为传统的频分复用(FDM)和正交频分复用(OFDM)。 本论文主要由以下几个部分组成。第一部分介绍频分复用基本原理，系统实现以及其应用特点；第二部分介绍正交频分复用的基本原理及DFT的实现；第三部分主要介绍在实际应用中当载波频率接近时，频谱会发生重叠，传统的频分复用解调效果容易出现失真，正交频分复用由于其载波的正交性特点,在频谱发生重叠时可以保证解调效果；最后通过MATLAB程序中的SIMULINK仿真图来表现正交频分复用的优越之处。 关键词频分复用；正交频分复用；MA TLAB仿真
Frequency division multiplexing principle and its application research Abstract Frequency division multiplexing (FDM) is a kind of signal multiplexing mode in communication system, which is divided by frequency channel essentially. Frequency division multiplexing technology is very widely used in today's communication. Frequency division multiplexing can also be divided into the traditional frequency division multiple(FDM) and orthogonal frequency division multiplexing(OFDM) depending on the nature and characteristics. This paper consists of the following parts. The basic principle of frequency division multiplexing, system implementation and its application characteristics are introduced in the first part . The basic principle of orthogonal frequency division multiplexing and its realization of DFT are introduced in the second part .Due to its characteristics ,orthogonal frequency division multiplexing can guarantee the demodulation compare with the traditional frequency division multiplexing when the carrier frequency is close to in the practical application, spectrum overlap happens ,which is introduced in the third part .Finally by SIMULINK of MA TLAB simulation diagram to show the superiority of the orthogonal frequency division multiplexing. Keywords Frequency division multiplexing; Orthogonal frequency division Multiplexing ;MA TLAB simulation
计算机网络应用频分多路复用 频分多路复用（Frequency Division Multiplexing，FDM）是指一种在信道上同时发送多个模拟信号的方法。它将具有一定带宽的信道划分成多条具有较窄带宽的子信道，各个子信道之间都保留一定宽度的隔离频带，每条子信道供一个用户使用。每条子信道具有各自的载波信号频率，各个子信道的中心频率互不重合，其模型如图2-30所示。 96KHz 图2-30 频分多路复用模型 频分多路复用技术最早是由电话公司在20世纪30年代开发的。它用来在一条电话线上传输多个语音信号。它可以用于语音、视频或数据信号，其常应用于无线电广播传输系统和有线电视系统中。例如，电话线的带宽达250kHz，而音频信号的有效带宽范围为300Hz~3400Hz，4000Hz的带宽就足够用来传输音频信号。为了使各信道之间保留一定的距离减少相互干扰，在CCITT（国际电报电话咨询委员会）标准中，60kHz~108kHz的带宽可以划分为12条载波电话的信道，每对电话用户都可以使用其中的一条信道进行通信。如图2-31所示，为6路频分多路复用的示意图。 D E F ’’’’’’ 图2-31 6路频分多路复用示意图 另外，ADSL（Asymmetric Digital Subscriber Line ，非对称数字用户环路）也是使用频分多路复用技术。它利用频分多路复用的方法，将PSTN（Public Switched Telephone Network，公共交换电话网络）使用的双绞线划分为3个频段，它们分别是0KHz~4KHz频段、20KHz~50KHz频段、150KHz~500KHz频段或140KHz~1100KHz频段。其中，0KHz~4KHz频段用来传送传统的语音信号；20KHz~50KHz频段用来传送计算机上载的数据信息；150KHz~500KHz频段或140KHz~1100KHz用来传送从服务器上下载的数据信息。
光波分复用系统的基本原理 本文简要介绍光波分复用系统的基本原理、结构组成、功能配置、关键技术部件和技术特点，说明光波分复用WDM系统是今后光通信发展的方向。 一、光波分复用（WDM）技术 光波分复用（Wavelength Division Multiplexing，WDM）技术是在一根光纤中同时同时多个波长的光载波信号，而每个光载波可以通过FDM或TDM方式，各自承载多路模拟或多路数字信号。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来（复用），并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将这些组合在一起的不同波长的信号分开（解复用），并作进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。因此将此项技术称为光波长分割复用，简称光波分复用技术。 WDM技术对网络的扩容升级，发展宽带业务，挖掘光纤带宽能力，实现超高速通信等均具有十分重要的意义，尤其是加上掺铒光纤放大器（EDFA）的WDM对现代信息网络更具有强大的吸引力。 二、WDM系统的基本构成 WDM系统的基本构成主要分双纤单向传输和单纤双向传输两种方式。单向WDM是指所有光通路同时在一根光纤上沿同一方向传送，在发送端将载有各种信息的具有不同波长的已调光信号通过光延长用器组合在一起，并在一根光纤中单向传输，由于各信号是通过不同波长的光携带的，所以彼此间不会混淆，在接收端通过光的复用器将不同波长的光信号分开，完成多路光信号的传输，而反方向则通过另一根光纤传送。双向WDM是指光通路在一要光纤上同时向两个不同的方向传输，所用的波长相互分开，以实现彼此双方全双工的通信联络。目前单向的WDM系统在开发和应用方面都比较广泛，而双向WDM由于在设计和应用时受各通道干扰、光反射影响、双向通路间的隔离和串话等因素的影响，目前实际应用较少。 三、双纤单向WDM系统的组成 以双纤单向WDM系统为例，一般而言，WDM系统主要由以下5部分组成：光发射机、光中继放大器、光接收机、光监控信道和网络管理系统。 1.光发射机 光发射机是WDM系统的核心，除了对WDM系统中发射激光器的中心波长有特殊的要求外，还应根据WDM系统的不同应用（主要是传输光纤的类型和传输距离）来选择具有一定色度色散容量的发射机。在发送端首先将来自终端设备输出的光信号利用光转发器把非特定波长的光信号转换成具有稳定的特定波长的信号，再利用合波器合成多通路光信号，通过光功率放大器（BA）放大输出。
《信息处理课群综合训练与设计》任务书学生姓名：黄在勇专业班级：通信1104班 指导教师：周建新工作单位：信息工程学院 题目: 频分复用 初始条件： Matlab软件、信号与系统、通信处理等。 要求完成的主要任务: 根据频分复用的通信原理，用matlab采集两路以上的信号（如语音信号），选择合适的高频载波进行调制，得到复用信号。然后设计合适的带通滤波器、低通滤波器，从复用信号中恢复出所采集的语音信号。设计中各个信号均需进行时域和频域的分析。 参考书： [1]陈慧慧、郑宾. 频分多址接入模型设计及MATLAB仿真计算（第三版）. 高等教育出版社，北京: 2000 [2]李建新、刘乃安、刘继平. 现代通信系统分析与仿真MATLAB通信工 具箱. 西安电子科技大学出版社，西安: 2000 [3]邓华等. MATLAB通信仿真及应用实例详. 人民邮电出版社，北京: 2003 时间安排： 1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料； 2、课程设计时间为2周。 （1）理解相关技术原理，确定技术方案，时间2天； （2）选择仿真工具，进行仿真设计与分析，时间6天； （3）总结结果，完成课程设计报告，时间2天。 指导教师签名：年月日 系主任（或责任教师）签名：年月日
目录 摘要........................................................................................................................ I Abstract ................................................................................................................. II 1绪论 (1) 1.1设计目的 (1) 1.2设计内容 (2) 1.3设计要求 (2) 2频分复用通信系统模型 (3) 3频分复用系统方案设计 (6) 3.1语音信号采样 (6) 3.2语音调制信号 (7) 3.3 系统的滤波器设计 (8) 3.4信道噪声 (9) 4频分复用原理实现与仿真 (11) 4.1 语音信号的时域和频域仿真 (11) 4.2 复用信号的频谱仿真 (12) 4.3 传输信号的仿真 (13) 4.4 解调信号的频谱仿真 (14) 4.5恢复信号的时域与频域仿真 (16) 5 心得体会 (18) 附录I 源程序 (19) 附录II 参考文献 (24)
山东轻工业学院 课程设计任务书 学院电子信息与控制工程学院专业通信工程 姓名班级学号 题目频分复用系统设计 主要内容： 综合运用数字信号处理的理论知识进行频谱分析和滤波器设计，从而加深对所学知识的理解，建立概念，加深理解滤波、FDM等的综合应用。设计5~8路基带信号（带宽相同）进行FDM传输的一个系统，调制方式可以选择DSB、SSB、AM或VSB，也可以采用多采样率系统实现；在接收端进行解复用和解调，恢复出原始的各路基带信号。 基本要求 （1）掌握数字信号处理的基本概念、基本原理和基本方法；掌握DFT对模拟信号进行频谱分析的方法；掌握设计FIR和IIR数字滤波器的方法； （2）掌握FDM系统的原理及简单实现方法 （3）设计出系统模块图，记录仿真结果； （4）对结果进行分析，写出设计报告。 主要参考资料 [1]高西全，丁玉美. 数字信号处理(第三版). 西安电子科技大学出版社. 2009.01 [2]A.V.奥本海姆，R.W.谢弗. 离散时间数字信号处理.(第二版) . 西安交通大学出版社. 2004.09 [3]胡广书. 数字信号处理. 清华大学出版社. [4]matlab数字信号处理的相关资料 [5]樊昌信. 通信原理. 国防工业出版社. 2008 完成期限：自 2012 年 6 月 28 日至 2012年 7 月 13 日 指导教师：张凯丽教研室主任：
目录 1 设计任务及要求 1.1 设计任务 1.2 设计要求 2 设计作用及其目的 3 设计过程及原理 3.1 频分复用通信系统模型建立3.2 信号的调制 3.3 系统的滤波器设计 3.4 信道噪声 4.基于simulink的FDMA仿真5参数设置 6频谱波形分析 7实验心得及体会 8 参考文献
计算机网络 多路复用技术 在计算机网络或数据通信系统中，传输介质的传输能力往往会超过传输单一信号的要求。为了提高通信线路的利用率，实现在一条通信线路上同时发送多个信号，使得一条通信线路可以由多个数据终端设备同时使用而互不影响，这就是多路复用技术。 常见的多路复用技术主要由两大类：一种是将带宽较大的信道分割成为多个子信道，即频分多路复用技术；另一种是将多个带宽较窄的信道组合成一个频率较大的信道，即时分多路复用技术。 1．频分多路复用技术 频分多路复用技术（Frequency Division Multiplexing ，FDM ）是一种在信道上同时发送多个模拟信号的方法。它将传输频带划分为若干个较窄的频带，每个频带构成一个子信道，每个子信道都有各自的载波信号，而且其载波信号的频率是唯一的。一个具有一定带宽的通信线路可以划分为若干个频率范围，互相之间没有重叠，且在每个频率范围的中心频率之间保留一段距离。这样，一条通信线路被划分成多个带宽较小的信道，每个信道能够为一对通信终端提供服务。 频分多路复用技术是在20世纪30年代由电话公司开发的，用来在一条电话线上传输多个语音信号。它可以用于语音、视频或数据信号，但是最常见的应用是无线电广播传输和有线电视。例如电话线的带宽达250kHz ，而音频信号的有效范围为300Hz~3400Hz ，4000Hz 的带宽就足够用来传输音频信号。为了使各信道之间保留一定的距离减少相互干扰，60kHz~108kHz 的带宽可以划分为12条载波电话的信道（此为CCITT 标准），每对电话用户都可以使用其中的一条信道进行通信。如图3-17所示，为6路频分多路复用的示意图。 D E F ’’’’’’ 图3-17 6路频分多路复用示意图 2．时分多路复 用技术 时分多路复用技术（Time Division Multiplexing ，TDM ）是一种多路传输数字信号的方法，它已经在现代数据网络中替代了频分多路复用技术。在通信序列中，时分多路复用技术将为在网络上交换信号的每一个设备分配一段时间或时间片。在这个时间片中，信道只能传输来自该交换信号设备的数据。 例如，在多台计算机连接在同一条公共传输通道上，多路复用器在通道信道中将会按一定的次序轮流为每台计算机分配一个时间片，当轮到某台计算机时，这台计算机与通信通道接通，进行数据交换。而其他计算机与通信通道的联系均被切断，待分配时间片用完后，则 提 示 由于频分多路复用技术是多路传输的一种较早、效率较低的形式。因此，该技术 在现代数据网络中的使用是有限的。
电力系统网络通信作 业答案
一、 1.通信系统的组成：通信系统由信息发送者(信源)、信息接收者(信宿)和处理、传输信息的各种设备共同组成。 2.通信网的组成：从物理结构或从硬件设施方面去看，它由终端设备、交换设备及传输链路三大要素组成。终端设备主要包括电话机、PC机、移动终端、手机和各种数字传输终端设备，如PDH端机、SDH光端机等。交换节点包括程控交换机、分组交换机、ATM交换机、移动交换机、路由器、集线器、网关、交叉连接设备等等。传输链路即为各种传输信道，如电缆信道、光缆信道、微波、卫星信道及其他无线传输信道等。 3.电力系统的主要通信方式：电力线载波通信：是利用高压输电线作为传输通路的载波通信方式，用于电力系统的调度通信、远动、保护、生产指挥、行政业务通信及各种信息传输。光纤通信：是以光波为载波，以光纤为传输媒介的一种通信方式。微波通信：是指利用微波(射频)作载波携带信息，通过无线电波空间进行中继（接力）的通信方式。卫星通信：是利用人造地球卫星作为中继站来转发无线电波，从而进行两个或多个地面站之间的通信。移动通信：是指通信的双方中至少有一方是在移动中进行信息交换的通信方式。 4.名词解释通信系统：从信息源节点（信源）到信息终节点（信宿）之间完成信息传送全过程的机、线设备的总体，包括通信终端设备及连接设备之间的传输线所构成的有机体系。 二、 1.数字通信系统模型： 2.根据是否采用调制，通信系统分为：基带传输系统和频带传输系统。
3.传输多路信号的复用方式有：频分复用（FDM）、时分复用（TDM）、码分复用(CDM)、波分复用(WDM)、空分复用（SDM）。 5.香农公式连续信道的信道容量取决于：信号的功率S；信道带宽B；信道信噪比S/N。 6.按照调制信号m(t)对载波信号c(t)不同参数的控制，调制方式分为：幅度调制、频率调制、相位调制。 7.调制的作用：（1）进行频谱搬移.把调制信号的频谱搬移到所希望的位置上，从而将调制信号转换成适合于信道传输的已调信号.（2）实现信道多路复用，提高信道的频带利用率.（3）通过选择不同的调制方式改善系统传输的可靠性。 8.比较调制方式中调幅（AM）、抑制载波的双边带调制(DSB)、单边带调制(SSB)的功率利用率和频带利用率：AM功率利用率低,信号频带较宽，频带利用率不高；DSB节省了载波功率，功率利用率提高了，但它的频带宽度仍是调制信号带宽的2倍，频带利用率不高；SSB的功率利用率和频带利用率都较高。 9.模拟信号数字化传输的编码方式分为：波形编码：脉冲编码调制(PCM)、自适应差分脉冲编码调制（ADPCM）、增量调制（ΔM）；参数编码：线性预测编码LP；混合编码：MPLPC和CELP 10.适合基带传输的常用码型是AMI和HDB3码，比较其特点：AMI码对应的基带信号是正负极性交替的脉冲序列，而0电位保持不变的规律，AMI的功率谱中不含有直流成分，高低频分量少，能量集中在频率为1/2码速处.AMI码的编译码电路简单，便于利用传号极性交替规律观察误码情况;HDB3码保持了AMI码的优点，同时使连“0”个数不超过3个。
波分复用系统(WDM),波分复用系统(WDM)结构原理和分类 波分复用系统简要介绍 光波分复用技术是在一根光纤中传输多波长光信号的一项技术。其基本原理是在发送端将不同波长的光信号组合起来(复用)，并耦合到光缆线路上的同一根光纤中进行传输，在接收端又将组合波长的光信号分开〔解复用)，并进一步处理，恢复出原信号后送入不同的终端。具体如下。 如图1所示。发送端内有N个发射机：发射机所发出的光的波长是不同的，它们的波长分别为波长1-N。每个光波承载1路信号。再把N个光发射机发出的光信号(光信号1-N)集中为1个光的群信号，送进光纤线路，直到接收端。若线路很长，光信号太弱，就加一光放大器，把光信号放大。在接收端有N个光滤波器(1-N)。滤波器1对载有信号1的光信号(波长1)有选择通过的作用，……滤波器N对载有信号N的光信号(波长N)有选择通过的作用。光接收机的作用是把载有信号的光信号还原为原信号。 光波分复用的关键器件 (1)分布反馈多量子阱激光器(DFB MQW—LD) (2)光滤波器 (3)光放大器
图1 波分复用系统原理 波分复用系统的发展与现状 WDM 波分复用并不是一个新概念在光纤通信出现伊始人们就意识到可以利用光纤的巨大带宽进行波长复用传输但是在20世纪90年代之前该技术却一直没有重大突破其主要原因在于TDM 的迅速发展从155Mbit/s 到622Mbit/s 再到2.5Gbit/s系统TDM 速率一直以过去几年就翻4 倍的速度提高人们在一种技术进行迅速的时候很少去关注另外的技术1995 年左右WDM 系统的发展出现了转折一个重要原因是当时人们在TDM 10Gbit/s 技术上遇到了挫折，众多的目光就集中在光信号的复用和处理上WDM 系统才在全球范围内有了广泛的应用。 WDM技术还具有以下若干优点：1 )能同时传输多种不同类型的信号;2)能实现单根光纤双向传输;3)有多种应用方式;4)节约线路投资;5)降低器件的超高速要求;6)对数据格式透明，能支持IP业务;7)具有高度的组网灵活性、经济性和可靠性。 在80年代中，已有人采用1．3微米和1．55微米两个频道的光波分复用技术，制造出简便实用的光纤通信系统。在90年代初，光波分复用的关键器件有突破，它包括：高精确和稳定的波长的激光器、滤光器和光放大器。于是，所谓密集光波分复用(DWDM，dense wavelenght division multiplex)光纤通信系统研制成功。 通过引入光交叉连接( OXC,Optical Cross-Connected)和光分插复用器(OADM, Optical Add-Drop Multiplexing)，组建下一代智能化的宽带大容量的高度可靠的自动交换光网络将成为可能。WDM技术首先是作为一种点到点的传输技术而提出的，它发展很快并很快走向成熟，目前在骨干光纤网上己经得到广泛的推广和应用。从1995年到1999年，美国各大长途电话公司已经完成在其干线网络中配置WDM设备的工作。1998到1999年，中国
目录 第一章摘要 (1) 第二章总体设计原理 (2) 2.1 PCM编码原理 (2) 2.2 PCM原理框图 (3) 2.3 时分复用原理 (4) 第三章单元电路的设计 (6) 3.1信号源系统模块 (6) 3.2 PCM编码器模块 (7) 3.3帧同步模块 (9) 3.4位同步模块 (10) 3.5 PCM分接译码模块 (12) 3.6系统仿真模型 (14) 第四章总结与体会 (15)
第一章摘要 SystemView是具有强大功能基于信号的用于通信系统的动态仿真软件，可以满足从底层到高层不同层次的设计、分析使用。SystemView具有良好的交互界面，通过分析窗口和示波器模拟等方法，提供了一个可视的仿真过程，不仅在工程上得到应用，在教学领域也得到认可，尤其在信号分析、通信系统等领域。其可以实现复杂的模拟、数字及数模混合电路及各种速率系统，并提供了内容丰富的基本库和专业库。 时分复用（TDM：Time Division Multiplexing）的特点是，对任意特定的通话呼叫，为其分配一个固定速率的信道资源，且在整个通话区间专用。TDM把若干个不同通道（channel）的数据按照固定位置分配时隙（TimeSlot：8Bit数据）合在一定速率的通路上，这个通路称为一个基群。时分复用是建立在抽样定理基础上的。抽样定理使连续（模拟）的基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲所代替。这样，当抽样脉冲占据短时间时，在抽样脉冲之间就留有时间空隙，利用这个时间空隙便可以传输其他信号的抽样值。因此，这就有可能沿一条信道同时传送若干个基带信号。 当采用单片集成PCM 编解码器时，其时分复用方式是先将各路信号分别抽样、编码、再经时分复用分配器合路后送入信道，接收端先分路，然后各路分别解码和重建信号。PCM的32路标准的意思是整个系统共分为32个路时隙，其中30 个路时隙分别用来传送30 路话音信号，一个路时隙用来传送帧同步码，另一个路时隙用来传送信令码，即一个PCM30/32 系统。
密集波分复用（DWDM）传输原理考试题 一、填空题 1.DWDM系统是指波长间隔相对较小，波长复用相对密集，各信道共用光纤一个（低损耗）窗口，在传输过程中共享光纤放大器的高容量WDM系统。 2.DWDM系统的工作方式主要有双纤单向传输和（单纤双向传输）。 3.G.652光纤有两个应用窗口，即1310nm和1550nm，前者每公里的典型衰耗值为0.34dB，后者为（0.2dB）。 4.G.653光纤又称做色散位移光纤是通过改变折射率的分布将1310nm附近的零色散点，位移到（1550）nm附近，从而使光纤的低损耗窗口与零色散窗口重合的一种光纤。 5.G.655在1530～1565nm之间光纤的典型参数为：衰减＜（0.25）dB/km；色散系数在1~6ps/nm·km之间。 6.克尔效应也称作折射率效应，也就是光纤的折射率n随着光强的变化而变化的（非线性）现象。 7.在多波长光纤通信系统中，克尔效应会导致信号的相位受其它通路功率的（调制），这种现象称交叉相位调制。 8.当多个具有一定强度的光波在光纤中混合时，光纤的（非线性）会导致产生其它新的波长，就是四波混频效应。 9.光纤通信中激光器间接调制，是在光源的输出通路上外加调制器对光波进行调制，此调制器实际起到一个（开关）的作用。 10.恒定光源是一个连续发送固定波长和功率的（高稳定）光源。 11.电光效应是指电场引起晶体（折射率）变化的现象，能够产生电光效应的晶体称为电光晶体。 12.光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起，一般采用（波分复用）器来实现。 13.光栅型波分复用器属于角色散型器件，是利用（角色散）元件来分离和合并不同波长的光信号。 14.DWDM系统中λ1中心波长是（1548.51nm）。
目录 摘要............................................................................................................................... I Abstract .......................................................................................................................... II 1设计任务及要求..................................................................................................... - 1 - 1.1设计任务：.................................................................................................. - 1 - 1.2设计要求：.................................................................................................. - 1 - 2设计原理................................................................................................................. - 2 - 2.1频分复用原理.............................................................................................. - 2 - 2.2语音信号采样.............................................................................................. - 3 - 2.3语音信号的调制.......................................................................................... - 4 - 2.4加噪仿真信道传输...................................................................................... - 6 - 2.4系统滤波器的设计...................................................................................... - 7 - 3 MATLAB程序设计流程........................................................................................... - 8 - 4仿真结果................................................................................................................. - 9 - 4.1语音信号的时域和频域仿真...................................................................... - 9 - 4.2复用信号的频谱仿真................................................................................ - 10 - 4.3传输信号的仿真........................................................................................ - 11 - 4.4 带通滤波器设计....................................................................................... - 11 - 4.5解调信号的频谱仿真................................................................................ - 13 - 4.6低通滤波器设计........................................................................................ - 13 - 4.7恢复信号的时域与频域仿真.................................................................... - 13 - 5小结体会............................................................................................................... - 16 - 6附录....................................................................................................................... - 17 - 7参考文献............................................................................................................... - 22 -
第二章密集波分复用(DWDM)传输原理 一、填空题 1. DWDM系统是指波长间隔相对较小，波长复用相对密集，各信道共用光纤一个低损耗窗口， 在传输过程中共享光纤放大器的高容量WDM系统。 2. DWDM系统的工作方式主要有双纤单向传输和单纤双向传输。 3. G.652光纤有两个应用窗口，即1310nm和1550nm，前者每公里的典型衰耗值为0.34dB， 后者为0.2dB 。 4. G.653光纤又称做色散位移光纤是通过改变折射率的分布将1310nm附近的零色散点，位 移到1550 nm附近，从而使光纤的低损耗窗口与零色散窗口重合的一种光纤。 5. G.655在1530～1565nm之间光纤的典型参数为：衰减< 0.25 dB／km；色散系数在1～ 6ps／nm·km之间。 6. 克尔效应也称作折射率效应，也就是光纤的折射率n随着光强的变化而变化的非线性现象。 7. 在多波长光纤通信系统中，克尔效应会导致信号的相位受其它通路功率的调制，这种现象 称交叉相位调制。 8. 当多个具有一定强度的光波在光纤中混合时，光纤的非线性会导致产生其它新的波长，就 是四波混频效应。 9. 光纤通信中激光器间接调制，是在光源的输出通路上外加调制器对光波进行调制，此调制器 实际起到一个开关的作用。 ⒑恒定光源是一个连续发送固定波长和功率的高稳定光源。 ⒒电光效应是指电场引起晶体折射率变化的现象，能够产生电光效应的晶体称为电光晶体。 ⒓光耦合器的作用是将信号光和泵浦光合在一起，一般采用波分复用器来实现。 ⒔光栅型波分复用器属于角色散型器件，是利用角色散元件来分离和合并不同波长的光信号。 ⒕DWDM系统中λ1中心波长是1548.51nm 。 ⒖DWDM系统中λ2中心频率是193.5THz 。 二、单项选择题 ⒈光纤WDM明线技术中的FDM模拟技术，每路电话( B)。 A、2kHz B、4kHz C、6kHz D、8kHz ⒉光纤WDM中的小同轴电缆60路FDM模拟技术，每路电话( B )。 A、2kHz B、4kHz C、6kHz D、8kHz ⒊光纤WDM中的中同轴电缆1800路FDM模拟技术，每路电话( B )。
武汉工程大学（硕、博士）研究生试卷本 考试课程名称信号分析与处理 考试 考查 学科专业检测技术及自动化装置 学号 201104025 姓名金璐
信号的频分复用 1 设计任务 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。 2 设计要求 （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。 （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。3设计过程 在本次设计过程中，我们通过输入3段语音信号，并且进行时域和频域的分析，再将3路信号分别乘以一个载波信号进行调制进行混频，再将其经过理想信道合成，合成得到叠加后的信号，再将合成信号进行频谱分析，再将合成信号通过切比雪夫2型带通滤波器进行滤波，得到3路带有语音信号的载波信号，每一个载波信号解调后得到原始的低频声音信号和高频载波与声音信号混频的信号，将3路语音信号频谱搬移还原，再经过低通滤波滤掉高频成分得到与原始语音信号几乎一样的信号，将恢复后的3路信号进行时域和频域分析，与原始输入的3路语音信号的时域谱和频域谱进行比较，得到它们的外围轮廓基本相同。 4理论设计 4.1频分复用通信系统模型建立 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（1）所示。 图 1 混频原理 混频过程的时域表示式为：
电子科技大学通信学院97 《综合课程设计实验报告》 传输专题设计（频分复用） 一、设计名称 传输专题设计（频分复用） 二、设计目的 通过本次课程设计，掌握频分复用的原理，学习简单复用系统的设计方法，并学习对通信系统中的典型部件电路进行方案设计、分析制作与调试。 三、设计原理 数据通信系统或计算机网络系统中,传输媒体的带宽或容量往往超过传输单一信号的需求,为了有效地利用通信线路,希望一个信道同时传输多路信
号,这就是多路复用技术。采用多路复用技术能把多个信号组合起来在一条物理信道上进行传输,在远距离传输时可大大节省电缆的安装和维护费用。频分多路复用FDM (Frequency Division Multiplexing)和时分多路复用TDM (Time Di-vision Multiplexing)是两种最常用的多路复用技术。 在通信系统中，信道所能提供的带宽通常比传送一路信号所需的带宽宽得多。如果一个信道只传送一路信号是非常浪费的，为了能够充分利用信道的带宽，就可以采用频分复用的方法。在频分复用系统中，信道的可用频带被分成若干个互不交叠的频段，每路信号用其中一个频段传输，因而可以用滤波器将它们分别滤出来，然后分别解调接收。 按频率分割信号的方法叫频分复用，按时间分割信号的方法叫时分复用。 在频分复用中，信道的可用频带被分割成若干互不交叠的频段，每路信号占据其中一个频段，因而可以用适当的滤波器把它们分割开来，分别解调接收。 多路复用原理框图如图一： 图一：多路复用原理框图 四、设计指标 设计一个频分复用调制系统，将12路语音信号调制到电缆上进行传输，其传输技术指标如下： (一)语音信号频带：300Hz～3400Hz。 (二)电缆传输频带：60KHz～156KHz。 (三)传输中满载条件下信号功率不低于总功率的90％。 (四)电缆传输端阻抗600Ω，电缆上信号总功率（传输频带内的最大功率） 不大于1mW。 (五)语音通信接口采用4线制全双工。 (六)音频端接口阻抗600Ω，标称输入输出功率为0.1mW。 (七)滤波器指标：规一化过渡带1％，特征阻抗600Ω，通带衰耗1dB， 阻带衰耗40dB（功率衰耗），截止频率（设计者定）。 (八)系统电源：直流24V单电源。 五、设计思路和过程 (一)频分复用的优点： 信道复用率高，分路方便，因此，频分多路复用是目前模拟通信中常采用的一种复用方式，特别是在有线和微波通信系统中应用十分广泛。 (二)频分复用中的主要问题： 串扰，即各路信号之间的相互干扰。
实验一通信双频波分复用原理 一、实验目的 1、熟悉WDM器件的使用。 2、掌握WDM器件的插入损耗及串扰的测试。 3、掌握经过同一光纤信道的多机通信。 二、实验原理 波分复用（WDM）通信的基本原理 波分复用是指一条光纤中同时传输具有不同波长的几个载波，而每个载波又各自载荷一群数字信号，因此波分复用又称为多群复用。如图1所示。具有不同波长、各自载有信息信号的若干个载波经由CH1、CH2、…….CHn等进入合波器，被耦合到同一条光纤中去，再经此光纤长距离传输，到终端进入合波器，由其按波长将各载波分离，分别进入各自通道CH1’、CH2’、…….CHn’，分别解调，从而使各自载荷信息重现。同样过程可沿与上述相反的方向进行，如图１中的虚线所示，这样的复用称为双向复用，显然，双向复用的复用量将增大一倍，如一个通道传输的信息为B，单向复用传输的则为NB，双向复用传输的则为2NB。 波分复用器 波分复用器的工作原理来源于物理光学，如利用介质薄膜的干涉滤光作用、利用棱镜和光栅的色散分光作用等。 图1 波分复用原理图 （1）干涉滤光片型波分复用器由薄膜光学原理得知，具有高折射率nH、低折射率nL的两种材料交替组成的膜系呈现出滤光效应，如图2所示。在λ0处吸收最小，即透过率最大，因此起到了滤光作用。不过，比较来说，由于Δλ难以作到很窄，故复用的路数是有限的，而且要求被分割的两路波长之间不能靠的太近，以防止串扰。这些都属于干涉滤光片型波分复用器的缺点。
图2 干涉滤波WDM原理 (2)光栅型波分复用器光栅是一种等间隔分割光波波面的光学装置，它具有明显的角色散作用，因此可以用来做分光和合光器件，如下图所示，光源S发出的光通过光栅G，在其后焦面的P点上得到光强可以写成如下形式： 其中u,v是与光栅常数（a,b）有关的系数，显然，当V=kл时可获得最大光强，或者说，在满足下列方程（即光栅方程）的方向（θ角）上，会出现亮线： 这样，当入射光为多种波长组成的复合光时，则由上两式确定出，不同的波长将沿不同的方向出射，从而达到分光的目的；如沿反方向传播，则作用相反，即起到合光作用，光栅靠的是角色散作用分光合光的，角色散的大小可由下式求出，即 由此可以得出：为获得较大的角色散，应取较高的级次（k），如果再考虑高级次有足够的能量，因此使用闪烁型光栅最为适宜，如图3所示，目前使用或研制的光栅型复用器几乎均采用此类型光栅。与滤光片型比较，光栅型复用器的最大优点是：分路（合路）的路数多；缺点是：插入损耗大，制作工艺相对复杂些。 图3 光栅型波分复用器 (3)棱镜型波分复用器和光栅一样，棱镜也是一种熟知的角色散器件，因此也具有显著的分光作用，棱镜的角色散为 其中n是折射率，a是棱镜的折射角，（dn/dλ）是色散率，由此可见，为了实现较多路数的分波和合波，即要求较大的角色散，则应选择大的折射角和高色散率的棱镜。 由于棱镜型复用器件的工艺复杂，制作较难，因此单独使用的较少，一般多将它与其它类型的复用器件结合使用，构成复合型的复用器件。 （4）光纤耦合型波分复用器上述几种复用器件虽各有优点，但他们有一个共同的缺点，即