實(shí)驗(yàn)二 數(shù)字信號(hào)載波調(diào)制

1、電子科技大學(xué)數(shù)字信號(hào)載波調(diào)制實(shí)驗(yàn) 姓名： 學(xué)號(hào)： 教師：班級(jí)： 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、運(yùn)用MATLAB軟件工具仿真數(shù)字信號(hào)的載波傳輸研究數(shù)字信號(hào)載波調(diào)制ASK、FSK、PSK在不同調(diào)制參數(shù)下的信號(hào)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(duì)系統(tǒng)的影響。4、了解偽隨機(jī)序列的產(chǎn)生，擾碼及解擾工作原理。二、實(shí)驗(yàn)原理數(shù)字信號(hào)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(hào)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(hào)。在接收端運(yùn)用相干或非相干解調(diào)方式，進(jìn)行解調(diào)，還原為原數(shù)字基帶信號(hào)。在幅度

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

3、用的一種偽隨機(jī)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(zhǎng)周期。由n級(jí)移位寄存器產(chǎn)生的m序列，其周期為序列有很強(qiáng)的規(guī)律性及其偽隨機(jī)性。因此，在通信工程上得到廣泛應(yīng)用，在本實(shí)驗(yàn)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(chǔ)的。在數(shù)字基帶信號(hào)傳輸中，將二進(jìn)制數(shù)字信息先作“隨機(jī)化”處理，變?yōu)閭坞S機(jī)序列，從而限制連“0”或連“l(fā)”碼的長(zhǎng)度，以保證位定時(shí)信息恢復(fù)的質(zhì)量，這種“隨機(jī)化”處理稱(chēng)為“擾碼”。在接收端解除這種“擾亂”的過(guò)程稱(chēng)為“解擾”。當(dāng)輸入二進(jìn)信息碼為全0碼時(shí)，擾碼器實(shí)際上就是一個(gè)m序列偽隨機(jī)碼發(fā)生器。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、開(kāi)機(jī)進(jìn)入Windows桌面。2、雙擊桌面上的

4、MATLAB快捷圖標(biāo)，進(jìn)入命令窗。3、鍵入：C102，進(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn)界面。4、選擇Digital Signal System實(shí)驗(yàn)類(lèi)型，這時(shí)在具體實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目欄中列出該實(shí)驗(yàn)所包含的具體七項(xiàng)實(shí)驗(yàn)。5、選擇2ASK實(shí)驗(yàn)，再按下RUN按鈕，即進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)框圖界面。選擇Simulation菜單下的Start即可開(kāi)始該實(shí)驗(yàn)的仿真運(yùn)行。a. 從Scope1觀察調(diào)制信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。b. 從Scope2和Scope3分別觀察2ASK解詞信號(hào)通過(guò)包絡(luò)檢波和低通濾波器的波形。c. 從Scope4觀察2ASK調(diào)制信號(hào)與解調(diào)信號(hào)的對(duì)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(hào)的整倍數(shù)，然后再進(jìn)行仿真運(yùn)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(gè)“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(duì)話框圖，將頻率參數(shù)進(jìn)行更改后，再單擊“Apply”按鈕，確認(rèn)后，再單擊“Close”退出對(duì)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(duì)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(lái)的參數(shù)增大或減小，然后再進(jìn)行仿真運(yùn)行?？纯唇庹{(diào)波形有什么變化?500Hz2000Hz1000Hz原截止頻率為1000Hz，當(dāng)截止頻率比它大時(shí)，解調(diào)出來(lái)的波形基本沒(méi)有變化，但和原調(diào)制信

6、號(hào)相比，相位差更小；當(dāng)截止頻率比它小時(shí)，解調(diào)信號(hào)與調(diào)制信號(hào)相比相位差很大，當(dāng)截止頻率小到一定程度，解調(diào)出來(lái)的波形就會(huì)失真。四、實(shí)驗(yàn)記錄：1， 回答ASK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由哪些模塊所組成。采用哪種類(lèi)型的解調(diào)器答：組成ASK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的模塊：序列發(fā)生器、本地載波、包絡(luò)檢波器、低通濾波器、復(fù)用器、判決器、示波器、快速傅里葉變換器。采用包絡(luò)檢波方式解調(diào)。記錄2ASK已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形圖6、選擇2PSK實(shí)驗(yàn)，再按下RUN 2PSK按鈕，進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)框圖界面。選擇Simulation菜單下的Start即可開(kāi)始該實(shí)驗(yàn)的仿真運(yùn)行。 a. 從Scopel觀察調(diào)制信號(hào)與己調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。b. 從Scope2觀察調(diào)制信號(hào)與解

7、調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。c. 從FFT Scopel、FFTScope2、FFTScope3可分別觀察調(diào)制信號(hào)、PSK已調(diào)信號(hào)、PSK解調(diào)信號(hào)的頻譜。d. 將手動(dòng)開(kāi)關(guān)打向m sequence,Bp改變調(diào)制信號(hào)，再觀察各Scope波形及FFTScope頻譜與10序列作為調(diào)制號(hào)有什么不同。 操作：?jiǎn)螕糸_(kāi)關(guān)位置，出現(xiàn)四方黑點(diǎn)后，再單擊菜單上的Edit。選擇Look Under Mask。再雙擊開(kāi)關(guān)所要打向的位置。實(shí)驗(yàn)記錄：在時(shí)域上，各狀態(tài)獨(dú)立，即“1”的波形固定，“0”的波形固定，不會(huì)因?yàn)樾蛄械牟煌煌＝庹{(diào)后波形和調(diào)制信號(hào)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(wú)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(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由哪些模塊所組成答：組成2PSK實(shí)驗(yàn)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(fù)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(shí)驗(yàn)，再按下RUN 2FSK按鈕，進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)框圖界面，并進(jìn)行仿真運(yùn)行。a. 從Scope1觀察調(diào)制信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。調(diào)制信號(hào)看不清，但其實(shí)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(hào)與解調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。c. 從Scope3觀察載波波形。d. 從FFTScopel觀察已調(diào)信號(hào)的頻譜圖e. 雙擊載波模塊，獲得參數(shù)設(shè)置對(duì)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(jìn)行仿真運(yùn)行。觀察FFTScopel頻譜，與原頻譜進(jìn)行比較，有何不同?這是設(shè)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(gè)峰值，只不過(guò)峰值對(duì)應(yīng)的頻率變?yōu)?000Hz和2000Hz。*f. 將手動(dòng)開(kāi)關(guān)打向m sequence，即改變調(diào)制信號(hào)，再觀察各Scope波形及FFTScope頻譜。時(shí)域上m序列和1、0基本是一樣的，只不過(guò)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(gè)峰值，所對(duì)應(yīng)的頻率也相同，但這個(gè)頻譜圖更加規(guī)整或者光滑，可能是恰好產(chǎn)生了一個(gè)很有規(guī)律的序列實(shí)驗(yàn)

10、記錄：2）回答FSK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由哪些模塊所組成。答：組成FSK實(shí)驗(yàn)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(shí)驗(yàn)，再按下RUN按鈕，進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)框圖界面，并進(jìn)行仿真運(yùn)行。a. 從Scopel觀察調(diào)制信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。b. 從Scope2觀察調(diào)信號(hào)與解調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。c. 從FFTScope觀察已調(diào)波頻譜。d. 了解實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)各主要模塊的參數(shù)設(shè)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(jìn)行仿真運(yùn)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(shè)置，使得BPF1取出來(lái)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(dòng)，失真嚴(yán)重。BPF1(8000-22000) BPF2(31000-45000)這樣的參數(shù)設(shè)置，使得BPF1的通帶減小，濾出來(lái)的波丟失了很多有效成分，使得“0”的解調(diào)失真嚴(yán)重。BPF1(12000-26000) BPF2(6000-41000)這樣的參數(shù)設(shè)置，使得BPF2取出來(lái)的頻率包括低頻載波頻率1920，波形還行，不過(guò)仍有很多抖動(dòng)。實(shí)驗(yàn)記錄：注意該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成，及其特性參數(shù)的設(shè)置情況。BPF1 lower12000 Upper26000BPF2 low

12、er31000 Upper450009、選擇2FSK through channel實(shí)驗(yàn)，再按下RUN按鈕，進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)界面，并進(jìn)行仿真運(yùn)行。a. 從Scopel觀察調(diào)制信號(hào)與已調(diào)信號(hào)的對(duì)比波形。b. 從Scope2觀察已調(diào)信號(hào)與已調(diào)信號(hào)通過(guò)信道后的對(duì)比波形。3. 從Scope3觀察調(diào)制信號(hào)與相干解調(diào)波。d. 從Scope4觀察調(diào)制信號(hào)與非相干解調(diào)波。e. 雙擊高斯信道模塊，獲得參數(shù)設(shè)置對(duì)話框，試改變信道方差，由來(lái)的0.1改變?yōu)閘或0.01再進(jìn)行仿真運(yùn)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(dāng)方差改變?yōu)?.01后，從scope2可以看出已調(diào)信號(hào)通過(guò)信

13、道后波形相對(duì)干凈清晰，也能正確解調(diào)。當(dāng)方差改變?yōu)?.01后，從scope2可以看出已調(diào)信號(hào)通過(guò)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(hào)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(gè)搬移，所以解調(diào)時(shí)也是做相同的搬移，并且進(jìn)行濾波。PSK和ASK很相似，但是其不同點(diǎn)在于，PSK需要將調(diào)制信號(hào)變?yōu)殡p極性NRZ信號(hào)。FSK調(diào)制是頻譜進(jìn)行兩次搬移，搬移到不同的頻帶，解調(diào)時(shí)再分別截取兩個(gè)頻率成分，做搬移和判決2、試回答在FSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)中，改變信道高斯噪聲方差對(duì)調(diào)制解調(diào)的影響。答：噪聲的方差為0.1和0.01時(shí)，相干解調(diào)和非相干解調(diào)都能正確解調(diào)。而當(dāng)噪聲的方差增大為1時(shí)，相干能正確解調(diào)，非相干解調(diào)則出現(xiàn)失真。這說(shuō)明：I高斯噪聲 方差 越小，信號(hào)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(duì)嚴(yán)重時(shí) 仍能正