標(biāo)準(zhǔn)實(shí)驗(yàn)報(bào)告(四)

1、驗(yàn) 報(bào) 告（二）學(xué)生姓名：王超楠學(xué)號： 2013020904011指導(dǎo)教師：廖紅舒/張花國實(shí)驗(yàn)地點(diǎn)：科研二號樓B453 實(shí)驗(yàn)時(shí)間：周二晚一、實(shí)驗(yàn)室名稱：信息對抗系統(tǒng)專業(yè)實(shí)驗(yàn)室二、實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目名稱：典型數(shù)字通信信號調(diào)制識別三、 實(shí)驗(yàn)學(xué)時(shí)：4 學(xué)時(shí)實(shí)驗(yàn)原理：BPSK、 QPSK、 FSK、 ASK 數(shù)字通信信號具有不同的頻譜特征，如BPSK平方和四次方后的傅立葉變換出現(xiàn)單根離散譜線，QPSK 四次方后才有單根離散譜線等。 因此針對這些信號特征，可通過設(shè)置特征門限區(qū)分不同通信信號，達(dá)到信號調(diào)制識別目的。因此可讓學(xué)生通過實(shí)際上機(jī)Matlab 編程實(shí)驗(yàn)，對上述通信信號的特征進(jìn)行仿真驗(yàn)證，加深理解不同通信信號

2、的調(diào)制識別方法。五、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模豪?MATLAB 軟件編程提取數(shù)字通信信號的頻譜、二次方譜、四次方譜等特征， 同時(shí)使用決策樹的分類方法進(jìn)行調(diào)制信號的識別。讓學(xué)生通過實(shí)際上機(jī)實(shí)驗(yàn)，加深理解不同數(shù)字通信信號的特點(diǎn)。六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容：（ 1） 把上次實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的BPSK、 QPSK、 2ASK、 2FSK 信號分別畫出它們的頻譜、二次方譜和四次方譜，描述不同信號譜特征之間的差異。（ 2） 分別用介紹的兩種方法編程提取這四種信號的頻譜、二次方譜、四次方譜的譜峰個(gè)數(shù)（根據(jù)每種信號的特點(diǎn)分別提取頻譜或二次方譜或四次方譜的譜峰個(gè)數(shù)）。信噪比從0dB變化到10dB （即0: 2: 10）,分 別畫出BPSK、QPS

3、K、2ASK、2FSK用兩種方法獲得譜峰個(gè)數(shù)特征隨 每個(gè)信噪比的變化曲線，然后設(shè)定區(qū)分門限。比較這兩種方法的優(yōu)缺點(diǎn)。（ 3） 選擇其中一種方法提取譜峰特征，設(shè)計(jì)識別決策樹，并編寫程序?qū)崿F(xiàn)。畫出BPSK、QPSK、2ASK、2FSK信號的正確識另率隨信噪比 (0: 2:10)的變化曲線。說明在多高信噪比下能保證每種信號的正確識別率 均在90%以上。七、實(shí)驗(yàn)器材(設(shè)備、元器件)：計(jì)算機(jī)、Matlab計(jì)算機(jī)仿真軟件八、實(shí)驗(yàn)步驟：1、在編寫的信號源基礎(chǔ)上，根據(jù)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容提取信號特征并進(jìn)行調(diào)制識別。(a) BPSK、QPSK、2ASK、2FSK頻譜特征提取程序(b) BPSK、QPSK、2ASK、2FSK

4、數(shù)字通信信號調(diào)制識另程序九、實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及結(jié)果分析(1) ASK信號的頻譜、二次方譜、四次方譜BPSK信號的頻譜、二次方譜、四次方譜豆 J % e IQPSK信號的頻譜、二次方譜、四次方譜FSK信號的頻譜、二次方譜、四次方譜程序如下：1 .ASKfc=300;%載波頻率fs=2000;痛樣頻率fb=200;%Tb比特周期符號速度fd=1/2*fbfd=200;T=2;a=randi(0,1,1,T*fs);%產(chǎn)生二進(jìn)制碼元%根升余弦成型濾波器NT=60;r=0.3;rate=fs/fb;%ii采卞率=fs/ 碼速率delay=NT/(2*rate);t=0:1/fs:T-1/fs;x=exp(j*

5、2*pi*fc*t).*a;ask=rcosflt(x,fd,fs,'sqrt' ,r,delay);%M 形成型figure(1)subplot(411)plot(real(ask);axis(0 2000 -1 1);grid on;title( 'ASK 時(shí)域波形)；subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(ask);grid on;title( 'ASK的頻域波形)；subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(ask.A2);grid on ;title( 'ASK 的二次方譜' );su

6、bplot(414)plot(fftshift(abs(fft(ask.A4);grid on ;title( 'ASK 的四次方譜' );2.BPSKfc=200;%載波頻率fs=2000;%采樣頻率fb=200; %Tb 比特周期fd=200;%符號速度T=2; %時(shí)間長2SM=2; %二元%產(chǎn)生產(chǎn)生0， 1 序列或符號序列m=randi(0,1,1,fs);%相位映射為復(fù)基帶信號a=pskmod(m,M);%基帶消息t=0:length(a)-1;x=cos(2*pi*fc*t+angle(a);%生成BPSK%根升余弦成型濾波器NT=60;r=0.3;rate=fs/f

7、b;%過采樣率=fs/ 碼速率delay=NT/(2*rate);xBPSK=rcosflt(x,fd,fs,'sqrt' ,r,delay); %波形成型%畫圖figure(1)subplot(411)plot(xBPSK);axis(0 2000 -1 1);grid on ;title( 'BPSK 時(shí)域波形圖' );subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(xBPSK);grid on ;title( 'BPSK 頻域波形圖' );subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(xBPSK.A

8、2);title( 'BPSK 信號二次方譜' );subplot(414)plot(fftshift(abs(fft(xBPSK.A4);title( 'BPSK 信號四次方譜' );3.QPSKclear all ;close all ;clc;fc=200;%載波頻率fs=2000;%采樣頻率fb=100; %Tb 比特周期fd=200;%符號速度T=2; %時(shí)間長2SM=4; %四元N=T*fs;r=fs/fd;filtorder = 60;%濾波器階數(shù)60a=0.3;%滾降因子0.3delay = filtorder/(r*2);h=rcosfir(a

9、, delay, r,1,'sqrt' );h=sqrt(r)*h/norm(h);s=randsrc(N,1,0:M-1);p=pskmod(s,M);x_base=zeros(r,N);x_base(1,:)=p.'x_base=x_base(:);ss=conv(h.',x_base);X_QPSK=x_base.*exp(j*(2*pi*fc/fs*0:length(x_base)-1.'+rand*2*pi);% figure(1)subplot(411)plot(real(X_QPSK);axis(0 500 -1 1);title( 

10、9;QPSK 時(shí)域波形圖' );grid on ;subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(X_QPSK);title( 'QPSK 頻域波形圖' );grid on ;subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(X_QPSK.A2); title( 'QPSK 二次方譜' );grid on ;subplot(414)plot(fftshift(abs(fft(X_QPSK.A4);title( 'QPSK 四次方譜' );grid on ;4.FSK% 因?yàn)檎{(diào)頻指數(shù)為0.6400Hz

11、，可以計(jì)算出f1 f2; fc=(f1+f2)/2h=(f2-f1)/fb%載波頻率%采樣頻率%Tb 比特周期fc=400;fs=1200;fb=200;fd=200;f2=460;f1=340;T=2;% 生成 an bn 隨機(jī)序列%產(chǎn)生二進(jìn)制碼元a=randi(0,1,1,T*fs);N=length(a);b=zeros(1,N);for i=1:Nb(i)=1-a(i);end%根升余弦成型濾波器NT=60;r=0.3;rate=fs/fb;%過采樣率=fs/ 碼速率delay=NT/(2*rate);t=0:1/fs:T-1/fs;c=a.*exp(j*2*pi*f1*t)+b.*e

12、xp(j*2*pi*f2*t);fskk=rcosflt(c,fd,fs,'sqrt' ,r,delay);%波形成型 figure(1)subplot(411)plot(real(fskk);axis(0 2000 -1 1);grid on ;title( 'FSK 時(shí)域波形' );subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(fskk);grid on ;title( 'FSK 的頻域波形' );subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(fskk.A2);grid on ;title( 

13、9;FSK 二次方譜)；subplot(414)plot(fftshift(abs(fft(fskk.A4);grid on;title( 'FSK 四次方譜');(2)譜峰個(gè)數(shù)的提取方法(1)以頻譜或二次方譜或四次方譜中的最大值為參考值，設(shè)置一個(gè)門限，搜索大于該門限以上的譜峰個(gè)數(shù)方法(2)以頻譜或二次方譜或四次方譜 P中的最大值為參考值，記錄最大 值的位置為pos,選取最大值左右兩側(cè)第 N個(gè)點(diǎn)的譜的幅度值，計(jì)算比值p P(pos)P(pos- N) P(pos - N)設(shè)置門限，搜索 R大于門限以上的譜峰個(gè)數(shù)；如果有多個(gè)譜峰同時(shí)存在，則把幅度最高的譜峰去掉后再依次搜索幅度次高

14、的譜峰。a)2ASK信號頻譜的譜峰個(gè)數(shù)提取方法一：ASK的頻譜圖Q Figure 2,Q I回131文件的編輯查看(V)括入(1 TMCD 桌囿營口 W超助(H)不口國 E07000I60005000(400030002000woo0 cASK的頻域波形*"* * I i L臼l- -, "-* *匕= W. j -)0.511.622.533.544x 10"5分析可得，該頻譜圖只有一根離散譜線，在方法一中，可以設(shè)置門限r(nóng)=5000提取程序如下：%提取譜峰%方法一a=zeros(1,length(abs(fft(ask);a=abs(fft(ask);num=0

15、;for i=1:length(abs(fft(ask)if a(i)>5000num=num+1;fprintf('方法一：2ASK信號頻譜的譜峰數(shù)目為num=%dn' ,num);endend>> ask方法一：2ASK信號頻譜的譜博數(shù)目為5=1A»l加噪后識別的譜峰數(shù)隨信噪比的變化:igure 1方法一：信噪比為-1 OdB時(shí)2ASK信號頻譜的諾雌數(shù)目為nu際1方法一：信噪比為-9dB時(shí)2ASK信號頻譜的語蟾數(shù)目為皿:1 方法一：信噪比為-3dB時(shí)2A5K信號頻譜的道幅數(shù)目為mm= 1 方法一二信噪比為一：dB時(shí)2ASK信號撅諧的諧嶂?jǐn)?shù)目為皿m

16、 1 方法一二信噪比為-6此時(shí)2ASK信號頻譜的諸博數(shù)目為euh二I 方法一二信噪比為-5dB時(shí)2ASK信號頻譜的譜峰數(shù)目為nun=l 方法一：信嗓比為T訕時(shí)2ASK信號頻譜的譜峰數(shù)目為譏5= 1 方法一：信噪比為-3dB時(shí)2ASK信號頻譜的造睚數(shù)目為皿=1 方法一：信噪比為-EdB時(shí)2ASK信言頻譜的造蛭數(shù)目為皿1 方法一二信噪比為-1 dB時(shí)2ASK信號繳譜的借嵯數(shù)目為皿目1 方法一二信噪比為0北時(shí)窈3K信號頻諳的譜喧數(shù)目為片5=1 方法一二信噪比為1超時(shí)2A5K信號頻譜的譜幄數(shù)目為num=1 方法一：信噪比為2dB時(shí)2ASK信號頻譜的諸齷勤目為mm=1 方法一：信噪比為3dB時(shí)2A5K信

17、覆頻譜的譜醺數(shù)目為huh 1 方法一：信噪比為4dB時(shí)2A£1信號頻譜的譜醺翱目為近皿二1 方法一二信噪比為5dB時(shí)方SK信號頻譜的譜嵯題目為mm二I 方法一：信噪比為6dB時(shí)裔$長信號頻譜的譜峨數(shù)目為皿 方法一:信噪比為；df時(shí)2A5K信號頻譜的譜摩數(shù)目為num= 1 方法一：信噪比為8dB時(shí)2A5K信號頻譜的譜噓卻目為mm=l 方法一：信噪比為9dB時(shí)插5K信號粉譜的譜雌題目為inm=1 fx » I程序：% 加噪處理后 識別譜峰數(shù)隨信噪比的變化曲線 num=zeros(1,20);a=zeros(1,length(abs(fft(ask) j=1;for SNR=-1

18、0:9askk=awgn(ask,SNR, 'measured' );a=abs(fft(askk);n=0;for i=1:length(abs(fft(askk)if a(i)>5000n=n+1;end endfprintf( '方法一：信噪比為 ddB時(shí)2ASK信號頻譜的譜峰數(shù)目為num=%dn' ,SNR,n);num(j)=n;j=j+1;SNR=SNR+1;endSNR=-10:9;plot(SNR,num);axis(-10 9 0 10);xlabel( '信噪比 /dB');ylabel（'譜峰數(shù)目/個(gè)）；tit

19、le（'譜峰數(shù)隨信噪比變化曲線 ）；grid on;方法二：老師，第二種算法學(xué)生實(shí)在沒有看懂，自認(rèn)為那個(gè)算法有很大歧義, 因此只做了一種算法提取，忘老師見諒。b）2FSK信號頻譜的譜峰個(gè)數(shù)提取FSK加噪頻譜圖：Q Figure 1I 0 .回 漢 ta譜峰提取程序：根據(jù)頻譜圖可以設(shè)置門限 r=2000;%譜峰提取程序a=zeros(1,length(abs(fft(fsk);a=abs(fft(fsk);num=0;for i=1:length(abs(fft(fsk)if a(i)>2000num=num+1;endfprintf(end方法一：2FSK信號頻譜的譜峰數(shù)目為nu

20、m=%dn' ,num）;1命令行窗口方法一二2FEK信號頻譜的譜幢數(shù)目為皿"2譜峰數(shù)隨信噪比變化曲線：文件時(shí) (EJ葺看(V)插入虛面窗口 (W)幫助(H)國。結(jié)W 0婆/圖I 口圖I 國0987654321 OJH<-、皿嬴駕型譜峰數(shù)隨信嗓比變化曲線1LL1L一 _ _ 1L . :.J04J-fi4-；>02468信噪比AE方法一二信噪比為-10dB時(shí)2FSK信號頻譜的譜齷數(shù)目為115=2 方法一二信噪比為-9dB時(shí)2FSK信號頻譜的譜雌數(shù)目為n32 方法一二信噪比為-8dE時(shí)2F5K信號頻譜的譜噓數(shù)目為mm=2 方法一：信嗪比為-;dB時(shí)2F5K信號頻譜的

21、譜嶗數(shù)目為nuiZ 方法一：信噪比為-6dB時(shí)2FSK信號頻譜的譜蟾數(shù)目為mm=2 方法一:信I曼比為-5dB時(shí)2FSK信號頻譜的譜嵯數(shù)目為nu&2 方法一二信噪比為7dB時(shí)2FSK信號頻譜的譜解數(shù)目為 方法一二信噪比為-3dB時(shí)2FSKft號撅謂的譜蜂數(shù)目為n皿二2 方法一:信嗪比為-2dB時(shí)2FSK信3頻譜的譜噓數(shù)目為3=2 方法一：信I桑比為-IdB時(shí)2FSK信號頻譜的譜蟾數(shù)目為nuw2 方法一：信噪比為OdE時(shí)2FSK信號頻譜的譜陲數(shù)目為理皿二2 方法一二信噪比為IdB時(shí)2FSK信言頻譜的謂嵯數(shù)目為mm二2 方法一:信噪比為2dB時(shí)2FSK信號頻譜的謂帷數(shù)目為nun=2 方法一

22、：信噪比為3dB時(shí)2FSK信號頻譜的譜崢數(shù)目為mm=2 方法一：信噪比為4dB時(shí)芬SK信號頻譜的譜瞋數(shù)目為nu«=2 方法一：信噪比為5dE時(shí)2FEK信號版譜的諸嵯數(shù)目為皿=2 方法一二信噪比為6dE時(shí)2FEK信號r頻譜的譜嵯數(shù)目為mm二2 方法一：信噪比為7dB時(shí)2FEK信號頻譜的譜帷數(shù)目為nun=2 方法一：信噪比為時(shí)2F3K信號頻譜的譜噓數(shù)目為mm=2 方法一：信嗓比為9dE時(shí)2F5K信號頻譜的諾峨數(shù)目為mi游2程序：clear all close all ; clc;fl f2; fc=(f1+f2)/2%因?yàn)檎{(diào)頻指數(shù)為 0.6 中心頻率為400Hz ,可以計(jì)算出h=(f2-

23、f1)/fb fd=200 f2=460fc=400;%載波頻率fs=1200;fb=200;%采樣頻率%Tb比特周期f1=340T=2;%生成an bn隨機(jī)序列a=randi(0,1,1,T*fs);%產(chǎn)生二進(jìn)制碼元N=length(a);b=zeros(1,N);for i=1:Nb(i)=1-a(i);end%根升余弦成型濾波器NT=60;r=0.3;rate=fs/fb;%ii采卞率=fs/ 碼速率 delay=NT/(2*rate);t=0:1/fs:T-1/fs;c=a.*exp(j*2*pi*f1*t)+b.*exp(j*2*pi*f2*t);fsk=rcosflt(c,fd,f

24、s,'sqrt' ,r,delay);%波形成型%譜峰提取程序num=zeros(1,20);a=zeros(1,length(abs(fft(fsk)j=1;for SNR=-10:9fskk=awgn(fsk,SNR,'measured' );a=abs(fft(fskk);n=0;for i=1:length(abs(fft(fskk) if a(i)>2000n=n+1;endendfprintf( ' 方法一： 信噪比為%ddB 時(shí) 2FSK 信號頻譜的譜峰數(shù)目為num=%dn' ,SNR,n);num(j)=n;j=j+1;SN

25、R=SNR+1;endSNR=-10:9;plot(SNR,num);axis(-10 9 0 10);xlabel(' 信噪比/dB' );ylabel(' 譜峰數(shù)目/ 個(gè) ' );title( ' 譜峰數(shù)隨信噪比變化曲線' );grid on ;c)BPSK 信號頻譜的譜峰個(gè)數(shù)提取BPSK 加噪頻譜圖(信噪比為-5dB) ：BPSK二次方譜譜峰提取程序：根據(jù)二次方頻譜圖可以設(shè)置門限r(nóng)=5000帝管仃匐口方法一：EFSK信號二次方謂的譜瞋數(shù)目為A ”%二次方譜譜峰數(shù)目提取a=zeros(1,length(abs(fft(BPSK.A2);a=a

26、bs(fft(BPSK.A2);num=0;for i=1:length(abs(fft(BPSK.A2) if a(i)>5000 num=num+1;endfprintf(end方法一：BPSK信號二次方譜的譜峰數(shù)目為num=%dn' ,num);譜峰數(shù)隨信噪比變化曲線:文件附編款E）iSl3-3<0 5工具（D莫面（口）窗口值力D要/一國| 口目| 幫勖(H)O0987654 3 21 04<-皿落鴛投諳峰數(shù)隨信噪比變化曲線, 一|_,-,。4J書aI 4?02468信噪比AfirFigure 1方法一：信唳比為TOdB的EPSK信號頻譜的語崎數(shù)目為5= 1 方

27、法一:信噪比為-9而時(shí)BP$K信號頻僧的譜幡數(shù)目為nirxl 無法f信噪比為-8dB時(shí)5PSK信號頻諾的譜峰數(shù)目為rs=1 方法一:信嗨比為-：dE時(shí)EFEK信言版諾的譜嵯數(shù)目為in皿二1 方法一二信臊比為-6dB時(shí)BPEK信號頻譜的譜峰數(shù)目為nim=1 方法一：信嗓比為-5dE時(shí)BPSK信號頻清的譜瞋數(shù)目為ns=l 方法一二信噪比為7dE時(shí)EPSK信號蹴諾的諾幡數(shù)目為rum二1 方法一二信噪比為7dB時(shí)BPSK信號頻譜的譜峰數(shù)目為mm=l 方法一二信噪比為-2近時(shí)BPSK信言頻譜的譜瞋數(shù)目為irniFl方法一:信噪比為-Itffi時(shí)5PWK信號頻譜的譜幢數(shù)目為nim= 1 方法一：信噪比為O

28、dE時(shí)即SK信哥頻譜的漕峰數(shù)目為方法一：信噪比為1加時(shí)BPSK信母璇請的語幢數(shù)目為nmi=l 方法一二信臊比為2前日加器K信號頻譜的譜嶂?jǐn)?shù)目為num二I 方法一，信理比為3dB時(shí)BPSK信母頻譜的譜崢數(shù)目為nuniFl 方法一工信噪比為4dB時(shí)EPSK信號肺諾的諸峰數(shù)目為mm二1 方法一:信嘎比為5dEE作PSK信號地譜的譜幄數(shù)目為munl 方法一:信噪比為6dB時(shí)BPSK信等頻譜的請嵯數(shù)目為mimG 方法一二信噪比為:dEEtSPSK信號頻譜的清嶂?jǐn)?shù)目為nuel 方法一：信噪比為SdE時(shí)BPSK信尋頻譜的漕峰數(shù)目為方法一二信噪比為9近時(shí)BPSK信言頻譜的譜噓數(shù)目為mmGfx »%二

29、次方譜譜峰數(shù)目提取num=zeros(1,20);a=zeros(1,length(abs(fft(BPSK.A2)j=1;for SNR=-10:9BPSKK=awgn(BPSK,SNR, 'measured' );a=abs(fft(BPSKK.A2);n=0;for i=1:length(abs(fft(BPSKK.A2)if a(i)>5000n=n+1;endendfprintf( '方法一：信噪比為 ddB時(shí)BPSK信號頻譜的譜峰數(shù)目為num=%dn' ,SNR,n);num(j)=n;j=j+1;SNR=SNR+1;endSNR=-10:9;

30、plot(SNR,num);axis(-10 9 0 10);xlabel( '信噪比 /dB');ylabel('譜峰數(shù)目/個(gè),);title('譜峰數(shù)隨信噪比變化曲線);grid on;d)QPSK信號頻譜的譜峰個(gè)數(shù)提取QPSK加噪頻譜圖:譜峰數(shù)隨信噪比變化曲線:QPSK四次方譜譜峰提取程序：根據(jù)頻譜圖設(shè)置門限r(nóng)=2000“菱口方法一:QPSK信號頻譜的譜崢數(shù)目為n皿=1I%四次方譜的提取a=zeros(1,length(abs(fft(qpsk);a=abs(fft(qpsk.A4);num=0;for i=1:length(abs(fft(qpsk.A4)if a(i)>2000 num=num+1;endendfprintf( '方法一：QPSK信號頻譜的譜峰數(shù)目為num=%dn' ,num);plot(fftshift(abs(fft(qpsk.A4);title( 'QPSK 四次方譜)；4-20246310(8噪比*B2000150010000-108H Figure 1文件