實驗二 數(shù)字信號載波調(diào)制

1、電子科技大學數(shù)字信號載波調(diào)制實驗 姓名： 學號： 教師：班級： 一、實驗目的1、運用MATLAB軟件工具仿真數(shù)字信號的載波傳輸研究數(shù)字信號載波調(diào)制ASK、FSK、PSK在不同調(diào)制參數(shù)下的信號變化及頻譜。2，研究頻移鍵控的兩種解調(diào)方式；相干解調(diào)與非相干解調(diào)。3、了解高斯白噪聲方差對系統(tǒng)的影響。4、了解偽隨機序列的產(chǎn)生，擾碼及解擾工作原理。二、實驗原理數(shù)字信號載波調(diào)制有三種基本的調(diào)制方式：幅度鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。它們分別是用數(shù)字基帶信號控制高頻載波的參數(shù)如振幅、頻率和相位，得到數(shù)字帶通信號。在接收端運用相干或非相干解調(diào)方式，進行解調(diào)，還原為原數(shù)字基帶信號。在幅度

2、鍵控中，載波幅度是隨著調(diào)制信號而變化的。最簡單的形式是載波在二進制調(diào)制信號1或0的控制下通或斷，這種二進制幅度鍵控方式稱為通斷鍵控（00K）。二進制幅度鍵控信號的頻譜寬度是二進制基帶信號的兩倍。在二進制頻移鍵控中，載波頻率隨著調(diào)制信號1或0而變，1對應于載波頻率f1，0對應于載波頻率f2，二進制頻移鍵控己調(diào)信號可以看作是兩個不同載頻的幅度鍵控已調(diào)信號之和。它的頻帶寬度是兩倍基帶信號帶寬（B）與之和。在二進制相移鍵控中，載波的相位隨調(diào)制信號1或0而改變，通常用相位0°和180°來分別表示1或0，二進制相移鍵控的功率譜與通一斷鍵控的相同，只是少了一個離散的載頻分量。m序列是最常

3、用的一種偽隨機序列，是由帶線性反饋的移位寄存器所產(chǎn)生的序列。它具有最長周期。由n級移位寄存器產(chǎn)生的m序列，其周期為序列有很強的規(guī)律性及其偽隨機性。因此，在通信工程上得到廣泛應用，在本實驗中用于擾碼和解擾。擾碼原理是以線性反饋移位寄存器理論作為基礎的。在數(shù)字基帶信號傳輸中，將二進制數(shù)字信息先作“隨機化”處理，變?yōu)閭坞S機序列，從而限制連“0”或連“l(fā)”碼的長度，以保證位定時信息恢復的質(zhì)量，這種“隨機化”處理稱為“擾碼”。在接收端解除這種“擾亂”的過程稱為“解擾”。當輸入二進信息碼為全0碼時，擾碼器實際上就是一個m序列偽隨機碼發(fā)生器。三、實驗內(nèi)容及步驟1、開機進入Windows桌面。2、雙擊桌面上的

4、MATLAB快捷圖標，進入命令窗。3、鍵入：C102，進入仿真實驗界面。4、選擇Digital Signal System實驗類型，這時在具體實驗項目欄中列出該實驗所包含的具體七項實驗。5、選擇2ASK實驗，再按下RUN按鈕，即進入該實驗框圖界面。選擇Simulation菜單下的Start即可開始該實驗的仿真運行。a. 從Scope1觀察調(diào)制信號與已調(diào)信號的對比波形。b. 從Scope2和Scope3分別觀察2ASK解詞信號通過包絡檢波和低通濾波器的波形。c. 從Scope4觀察2ASK調(diào)制信號與解調(diào)信號的對比波形。d. 從FFT Scope觀察2ASK頻譜。e. 改變載波頻率參數(shù)，使其不為基

5、帶信號的整倍數(shù)，然后再進行仿真運行，觀察Scope1，與未改變參數(shù)前有什么不同。載波頻率由8000Hz(上圖)變?yōu)?100Hz（下圖），改變之后，每個“1”的波形頻率相同，但相位不同。操作：雙擊載波模塊，獲得載波參數(shù)對話框圖，將頻率參數(shù)進行更改后，再單擊“Apply”按鈕，確認后，再單擊“Close”退出對話框，修改參數(shù)完畢。*f. 雙擊低通濾波器模塊，獲得參數(shù)對話框。試改變曬濾波器的截止頻率參數(shù)，使截止頻率比原來的參數(shù)增大或減小，然后再進行仿真運行?？纯唇庹{(diào)波形有什么變化?500Hz2000Hz1000Hz原截止頻率為1000Hz，當截止頻率比它大時，解調(diào)出來的波形基本沒有變化，但和原調(diào)制信

6、號相比，相位差更小；當截止頻率比它小時，解調(diào)信號與調(diào)制信號相比相位差很大，當截止頻率小到一定程度，解調(diào)出來的波形就會失真。四、實驗記錄：1， 回答ASK實驗系統(tǒng)由哪些模塊所組成。采用哪種類型的解調(diào)器答：組成ASK實驗系統(tǒng)的模塊：序列發(fā)生器、本地載波、包絡檢波器、低通濾波器、復用器、判決器、示波器、快速傅里葉變換器。采用包絡檢波方式解調(diào)。記錄2ASK已調(diào)信號的時域波形圖6、選擇2PSK實驗，再按下RUN 2PSK按鈕，進入該實驗框圖界面。選擇Simulation菜單下的Start即可開始該實驗的仿真運行。 a. 從Scopel觀察調(diào)制信號與己調(diào)信號的對比波形。b. 從Scope2觀察調(diào)制信號與解

7、調(diào)信號的對比波形。c. 從FFT Scopel、FFTScope2、FFTScope3可分別觀察調(diào)制信號、PSK已調(diào)信號、PSK解調(diào)信號的頻譜。d. 將手動開關打向m sequence,Bp改變調(diào)制信號，再觀察各Scope波形及FFTScope頻譜與10序列作為調(diào)制號有什么不同。 操作：單擊開關位置，出現(xiàn)四方黑點后，再單擊菜單上的Edit。選擇Look Under Mask。再雙擊開關所要打向的位置。實驗記錄：在時域上，各狀態(tài)獨立，即“1”的波形固定，“0”的波形固定，不會因為序列的不同而不同。解調(diào)后波形和調(diào)制信號基本相同。在頻域上，m序列的頻譜和1、0序列的頻率相比，雜亂無章，但都在0頻率處

8、有最高的頻率。解調(diào)以后，0頻率處的幅度都變得很低。1)回答2PSK實驗系統(tǒng)由哪些模塊所組成答：組成2PSK實驗系統(tǒng)的模塊：序列發(fā)生器、本地載波、快速傅里葉變換器、復用器、濾波器、示波器、m序列發(fā)生器、分頻器。7、選擇2FSK調(diào)制與相干解調(diào)實驗，再按下RUN 2FSK按鈕，進入該實驗框圖界面，并進行仿真運行。a. 從Scope1觀察調(diào)制信號與已調(diào)信號的對比波形。調(diào)制信號看不清，但其實就是1、0序列，線密的地方是1，稀疏的地方是0b. 從Scope2觀察調(diào)制信號與解調(diào)信號的對比波形。c. 從Scope3觀察載波波形。d. 從FFTScopel觀察已調(diào)信號的頻譜圖e. 雙擊載波模塊，獲得參數(shù)設置對話

9、框，了解f1和f2的頻率參數(shù)后，試改變f1和f2的頻率參數(shù)值，再進行仿真運行。觀察FFTScopel頻譜，與原頻譜進行比較，有何不同?這是設置f1 = 2000Hz , f2 =1000Hz后的頻譜圖，和之前的頻譜圖特征相似，都是有兩個峰值，只不過峰值對應的頻率變?yōu)?000Hz和2000Hz。*f. 將手動開關打向m sequence，即改變調(diào)制信號，再觀察各Scope波形及FFTScope頻譜。時域上m序列和1、0基本是一樣的，只不過1和0的分布不同而已頻域上，基本特征和1、0序列的的相同，都有兩個峰值，所對應的頻率也相同，但這個頻譜圖更加規(guī)整或者光滑，可能是恰好產(chǎn)生了一個很有規(guī)律的序列實驗

10、記錄：2）回答FSK實驗系統(tǒng)由哪些模塊所組成。答：組成FSK實驗系統(tǒng)的模塊：序列發(fā)生器、m序列發(fā)生器、本地載波1和2、乘法器、加法器、快速傅里葉變換器、反相器、濾波器、判決器、示波器。8、選擇2FSK調(diào)制與非相干解調(diào)實驗，再按下RUN按鈕，進入該實驗框圖界面，并進行仿真運行。a. 從Scopel觀察調(diào)制信號與已調(diào)信號的對比波形。b. 從Scope2觀察調(diào)信號與解調(diào)信號的對比波形。c. 從FFTScope觀察已調(diào)波頻譜。d. 了解實驗系統(tǒng)各主要模塊的參數(shù)設置情況，試改變帶通濾波器BPF1和BPF2的高低截止頻率參數(shù)，再進行仿真運行，看看解調(diào)情況有何不同。BPF1(8000-45000) BPF2

11、(31000-45000)這樣的參數(shù)設置，使得BPF1取出來的頻率包括高頻載波頻率3840，這樣使得“1”基本能正確解調(diào)，而“0”有很多抖動，失真嚴重。BPF1(8000-22000) BPF2(31000-45000)這樣的參數(shù)設置，使得BPF1的通帶減小，濾出來的波丟失了很多有效成分，使得“0”的解調(diào)失真嚴重。BPF1(12000-26000) BPF2(6000-41000)這樣的參數(shù)設置，使得BPF2取出來的頻率包括低頻載波頻率1920，波形還行，不過仍有很多抖動。實驗記錄：注意該實驗系統(tǒng)組成，及其特性參數(shù)的設置情況。BPF1 lower12000 Upper26000BPF2 low

12、er31000 Upper450009、選擇2FSK through channel實驗，再按下RUN按鈕，進入該實驗界面，并進行仿真運行。a. 從Scopel觀察調(diào)制信號與已調(diào)信號的對比波形。b. 從Scope2觀察已調(diào)信號與已調(diào)信號通過信道后的對比波形。3. 從Scope3觀察調(diào)制信號與相干解調(diào)波。d. 從Scope4觀察調(diào)制信號與非相干解調(diào)波。e. 雙擊高斯信道模塊，獲得參數(shù)設置對話框，試改變信道方差，由來的0.1改變?yōu)閘或0.01再進行仿真運行，觀察各Scope波形情況。高斯信道模塊信道方差1放大后高斯信道模塊信道方差0.01當方差改變?yōu)?.01后，從scope2可以看出已調(diào)信號通過信

13、道后波形相對干凈清晰，也能正確解調(diào)。當方差改變?yōu)?.01后，從scope2可以看出已調(diào)信號通過信道后波形很雜亂。左圖是相干解調(diào)后的波形，解調(diào)正確，而右圖是非相干解調(diào)后的波形，解調(diào)失真。六、思考題1、從你所觀察到的以10序列作為調(diào)制信號的ASK、PSK、FSK頻譜圖，在理論上你能得到什么結(jié)論?答： ASK調(diào)制是將頻譜做一個搬移，所以解調(diào)時也是做相同的搬移，并且進行濾波。PSK和ASK很相似，但是其不同點在于，PSK需要將調(diào)制信號變?yōu)殡p極性NRZ信號。FSK調(diào)制是頻譜進行兩次搬移，搬移到不同的頻帶，解調(diào)時再分別截取兩個頻率成分，做搬移和判決2、試回答在FSK調(diào)制解調(diào)實驗中，改變信道高斯噪聲方差對調(diào)制解調(diào)的影響。答：噪聲的方差為0.1和0.01時，相干解調(diào)和非相干解調(diào)都能正確解調(diào)。而當噪聲的方差增大為1時，相干能正確解調(diào)，非相干解調(diào)則出現(xiàn)失真。這說明：I高斯噪聲 方差 越小，信號越容易被解調(diào)正確；方差 越大，越可能出現(xiàn)失真。II相干解調(diào)性能好于非相干解調(diào)，在 噪聲相對嚴重時 仍能正