數(shù)字信號(hào)載波調(diào)制實(shí)驗(yàn)2

1、電子科技大學(xué)通信學(xué)院通信原理及同步技術(shù)系列實(shí)驗(yàn)四數(shù)字信號(hào)載波調(diào)制實(shí)驗(yàn) 班 級(jí) 學(xué) 生 學(xué) 號(hào) 教 師 數(shù)字信號(hào)載波調(diào)制實(shí)驗(yàn)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

2、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

3、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”處理稱為“擾碼”。在接收端解除這種“擾亂”的過(guò)程稱為“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)

4、系統(tǒng)組成本實(shí)驗(yàn)是運(yùn)用MATLAB軟件的集成開發(fā)工具SIMULIK來(lái)實(shí)現(xiàn)對(duì)頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK、幅度鍵控ASK、m序列發(fā)生器，擾碼器與解擾器等各個(gè)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)的仿真，每個(gè)子實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)都是由各種模塊組成的，實(shí)驗(yàn)者可以在系統(tǒng)上進(jìn)行不同參數(shù)的設(shè)置或更改可進(jìn)行FSK、PSK、ASK各種調(diào)制波形及頻譜研究；了解不同的解調(diào)方式；了解高斯白噪聲對(duì)系統(tǒng)的影響；進(jìn)行擾碼與解擾研究。實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)組成：本實(shí)驗(yàn)類型為：Digital Signal System具體實(shí)驗(yàn)欄有：Basic Source（sim）基本信源m-sequence scramble and Deseramble（sim） m序列擾碼與解擾2ASK

5、modulation and demodulation（sim） 2ASK調(diào)制與解調(diào)2PSK modulation and demodulation（sim） 2PSK調(diào)制與解調(diào)2FSK modulation and coherent2FSK調(diào)制與相干解調(diào)demodulation（sim）2FSK modulation and no.coherent 2FSK調(diào)制與非相干解調(diào) demodulation（sim）2FSK through channel（sim） 2FSK通過(guò)信道四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及步驟1、開機(jī)進(jìn)入Windows桌面。2、雙擊桌面上的MATLAB快捷圖標(biāo)，進(jìn)入命令窗。3、鍵入：C102

6、，進(jìn)入仿真實(shí)驗(yàn)界面。4、選擇Digital Signal System實(shí)驗(yàn)類型，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即可開始該實(shí)驗(yàn)的仿真運(yùn)行。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?yōu)V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?實(shí)驗(yàn)記錄：1）回答ASK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由哪些模塊

7、所組成。采用哪種類型的解調(diào)器。ASK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由序列發(fā)生器，本地載波，復(fù)用器，調(diào)制器，理想信道，濾波器，采樣判決器，示波器組成采用的是包絡(luò)檢波解調(diào)器2）記錄2ASK已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形及頻譜圖。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)開關(guān)打向m sequ

8、ence,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_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。再雙擊開關(guān)所要打向的位置。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?。解調(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頻率處有最高的頻率。解調(diào)以后，0頻率處的幅度都變得很低。實(shí)驗(yàn)記錄：1）記錄2PSK已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形及頻譜圖。2）回答2PSK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由哪些模塊所組成。2PSK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由序列發(fā)生器，調(diào)制器，

9、理想信道，濾波器，采樣判決器，示波器組成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。b. 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。F2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?把兩個(gè)載波頻率改為f1=3840 ，f2=1920由FFTScopel頻譜觀察可得，和之前的頻

10、譜圖特征相似，頻譜的兩個(gè)載波中心頻率發(fā)生變化， *f. 將手動(dòng)開關(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。實(shí)驗(yàn)記錄： 1） 記錄已調(diào)信號(hào)的時(shí)域波形及頻譜圖。2）回答FSK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)由哪些模塊所組成。FSK實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由序列發(fā)生器，調(diào)制器，加法器，理想信道，濾波器，采樣判決器，示波器組成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

11、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。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。該實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)主要由序列發(fā)生器，調(diào)制器，帶通濾波器，解調(diào)器，低通濾波器，采樣判決器，示波器組成10序列發(fā)生器的周期為1/1000s, f1的頻率為38400Hz, f2的頻率為19200 Hz9、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

12、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。改變?yōu)閘時(shí)001時(shí)*10、選擇m Scramble and descramble實(shí)驗(yàn)，再按下RUN按鈕；進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)框圖界面。a. 從Scope2觀察擾碼信號(hào)。 b. 從Scope3觀察經(jīng)過(guò)處理的擾碼信號(hào)。c. 從Scope1觀察原信號(hào)與解擾信號(hào)。d. 了解擾碼器與解擾器的電路組成及其原理。操作：?jiǎn)螕魯_碼器或解擾器模塊，選擇菜單欄Edit的Look Under Mask即可得到擾碼或解碼的電路圖。*11

13、、選擇Soure實(shí)驗(yàn)，再按下RUN按鈕，即進(jìn)入該實(shí)驗(yàn)框圖界面。a. 從Scopel可獲得0序列信號(hào)。b. 從Scope2可獲得1序列信號(hào)。c. 從Scope3可獲得10序列信號(hào)。d. 從Scope4可獲得m序列信號(hào)。e. 從Scope5可獲得m序列信號(hào)。五、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信號(hào)的頻譜是由10序列所對(duì)應(yīng)的方波序列的頻譜搬移到載波頻率附近所得到PSK信號(hào)的頻譜是雙極性二元基帶信號(hào)的頻譜平移到載波頻率的結(jié)果，可以看作是抑制載波后的與ASK信號(hào)FSK信號(hào)的頻譜可以看作是兩路互補(bǔ)的ASK頻譜的疊加2、試回答

14、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：當(dāng)高斯信道的方差由0.1改為1時(shí)，已調(diào)波形與通過(guò)信道后的已調(diào)波形相比，通過(guò)信道后的已調(diào)波形相當(dāng)不平滑，起伏變化明顯當(dāng)高斯信道的方差由0.1改為1時(shí)，已調(diào)波形與通過(guò)信道后的已調(diào)波形很接近，起伏變化不明顯3、在PSK調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)中。是否觀察到用10序列作為調(diào)制信號(hào)時(shí)，調(diào)制信號(hào)頻譜與解調(diào)信號(hào)頻譜有何不同?為什么?答：（1）、可以觀察到用10序列作為調(diào)制信號(hào)（2）、解調(diào)信號(hào)的頻譜與調(diào)制信號(hào)的頻譜相比，沒(méi)有離散的載波譜線，是因?yàn)檎{(diào)制信號(hào)的頻譜是10序列的頻譜，而PSK調(diào)制時(shí)，相當(dāng)于把10序列轉(zhuǎn)換為雙極性不歸零碼，解調(diào)出來(lái)的信號(hào)是1，-1序列，沒(méi)有直流分量六、實(shí)驗(yàn)結(jié)論ASK信號(hào)是通過(guò)數(shù)字基帶信號(hào)控制