1、電子科技大學通信學院數字信號載波調制實驗報告數字信號載波調制實驗 班 級 通信 學 生 學 號 教 師 16電子科技大學通信學院數字信號載波調制實驗一、實驗目的1、運用MATLAB軟件工具仿真數字信號的載波傳輸研究數字信號載波調制ASK、FSK、PSK在不同調制參數下的信號變化及頻譜。2，研究頻移鍵控的兩種解調方式；相干解調與非相干解調。3、了解高斯白噪聲方差對系統的影響。4、了解偽隨機序列的產生，擾碼及解擾工作原理。二、實驗原理數字信號載波調制有三種基本的調制方式：幅度鍵控（ASK），頻移鍵控（FSK）和相移鍵控（PSK）。它們分別是用數字基帶信號控制高頻載波的參數如振幅、頻率和相位，得到數

2、字帶通信號。在接收端運用相干或非相干解調方式，進行解調，還原為原數字基帶信號。在幅度鍵控中，載波幅度是隨著調制信號而變化的。最簡單的形式是載波在二進制調制信號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信號可以看作是兩個不同載頻的幅度鍵控已調信號之和。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

3、，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序列是最常用的一種偽隨機序列，是由帶線性反饋的移位寄存器所產生的序列。它具有最長周期。由n級移位寄存器產生的m序列，其周期為序列有很強的規律性及其偽隨機性。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。在數字基帶信號傳輸中，將二進制數字信息先作“隨機化”處理，變為偽隨機序列，從而限制連“0”或連“l”碼的長度，以保證位定時信息恢復的質量，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

4、列偽隨機碼發生器。三、實驗系統組成本實驗是運用MATLAB軟件的集成開發工具SIMULIK來實現對頻移鍵控FSK、相移鍵控PSK、幅度鍵控ASK、m序列發生器，擾碼器與解擾器等各個實驗系統的仿真，每個子實驗系統都是由各種模塊組成的，實驗者可以在系統上進行不同參數的設置或更改可進行FSK、PSK、ASK各種調制波形及頻譜研究；了解不同的解調方式；了解高斯白噪聲對系統的影響；進行擾碼與解擾研究。實驗系統組成：本實驗類型為：Digital Signal System具體實驗欄有：Basic Source（sim）基本信源m-sequence scramble and Deseramble（sim）

5、m序列擾碼與解擾2ASK modulation and demodulation（sim） 2ASK調制與解調2PSK modulation and demodulation（sim） 2PSK調制與解調2FSK modulation and coherent2FSK調制與相干解調demodulation（sim）2FSK modulation and no.coherent 2FSK調制與非相干解調 demodulation（sim）2FSK through channel（sim） 2FSK通過信道四、實驗內容及步驟1、開機進入Windows桌面。2、雙擊桌面上的MATLAB快捷圖標，進入

6、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觀察調制信號與已調信號的對比波形。b. 從Scope2和Scope3分別觀察2ASK解詞信號通過包絡檢波和低的波形。 c. 從Scope4觀察2ASK調制信號與解調信號的對比波形。d. 從FFT Scope觀察2ASK頻譜。e. 改變載波頻率參數，使其不為基帶信號的整倍數，然后再進行仿真運

7、行，觀察Scope1，與未改變參數前有什么不同。載波頻率由8000Hz(上圖)變為8100Hz（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，獲得載波參數對話框圖，將頻率參數進行更改后，再單擊“Apply”按鈕，確認后，再單擊“Close”退出對話框，修改參數完畢。*f. 雙擊低通濾波器模塊，獲得參數對話框。試改變曬濾波器的截止頻率參數，使截止頻率比原來的參數增大或減小，然后再進行仿真運行。看看解調波形有什么變化?500Hz 2000Hz 1000Hz原截止頻率為1000Hz，當截止頻率比它大時，解調出來的波形基本沒有變化，但和原調制信號相比，相位差更小；當截止頻

8、率比它小時，解調信號與調制信號相比相位差很大，當截止頻率小到一定程度，解調出來的波形就會失真。實驗記錄：1） 回答ASK實驗系統由哪些模塊所組成。采用哪種類型的解調器。答：組成ASK實驗系統的模塊：序列發生器、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。2） 記錄2ASK已調信號的時域波形及頻譜圖。 上面已經標出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觀察調制信號與己調信號的對比波形。b. 從Scope2觀察調制信號與解調

9、信號的對比波形。c. 從FFT Scopel、FFTScope2、FFTScope3可分別觀察調制信號、PSK已調信號、PSK解調信號的頻譜。d. 將手動開關打向m sequence,Bp改變調制信號，再觀察各Scope波形及FFTScope頻譜與10序列作為調制號有什么不同。 在時域上，各狀態獨立，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。解調后波形和調制信號基本相同。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頻率處有最高的頻率。解調以后，0頻率處的幅度都變得很低。實驗記錄：1）回答2PSK實驗系統由哪些模塊所組成。 答：組成2PSK實驗系統的模塊

10、：序列發生器、本地載波、快速傅里葉變換器、復用器、濾波器、示波器、m序列發生器、分頻器。7、選擇2FSK調制與相干解調實驗，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觀察調制信號與已調信號的對比波形。b. 從Scope2觀察調制信號與解調信號的對比波形。c. 從Scope3觀察載波波形。d. 從FFTScopel觀察已調信號的頻譜圖e. 雙擊載波模塊，獲得參數設置對話框，了解f1和f2的頻率參數后，試改變f1和f2的頻率參數值，再進行仿真運行。觀察FFTScopel頻譜，與原頻譜進行比較，有何不同? f1 = 2000Hz , f2 =1000Hz后的

11、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為1000Hz和2000Hz。 *f. 將手動開關打向m sequence，即改變調制信號，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的波形疏密不同實驗記錄：1）回答FSK實驗系統由哪些模塊所組成。答：組成FSK實驗系統的模塊：序列發生器、m序列發生器、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調制與非相干解調實驗，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觀察調制信號與已調信號的對比波

12、形。b. 從Scope2觀察調信號與解調信號的對比波形。c. 從FFTScope觀察已調波頻譜。d. 了解實驗系統各主要模塊的參數設置情況，試改變帶通濾波器BPF1和BPF2的高低截止頻率參數，再進行仿真運行，看看解調情況有何不同。BPF1(8000-40000) BPF2(31000-46000)這樣的參數設置，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，而“0”有很多抖動，失真嚴重。BPF1(8000-25000) BPF2(30000-40000)這樣的參數設置，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”的解調失真嚴重。BPF1(

13、12000-26000) BPF2(6000-41000)這樣的參數設置，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：注意該實驗系統組成，及其特性參數的設置情況。9、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觀察調制信號與已調信號的對比波形。b. 從Scope2觀察已調信號與已調信號通過信道后的對比波形。3. 從Scope3觀察調制信號與相干解調波。 d. 從Scope4觀察調制信號與非相干解調波。e. 雙擊高斯信道模塊，獲得參數設置對話框，試改變信道方差，由來的0.1改變

14、為l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：放大后六、思考題1、從你所觀察到的以10序列作為調制信號的ASK、PSK、FSK頻譜圖，在理論上你能得到什么結論?答：ASK調制是將頻譜做一個搬移，所以解調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需要將調制信號變為雙極性NRZ信號。FSK調制是頻譜進行兩次搬移，搬移到不同的頻帶，解調時再分別截取兩個頻率成分，做搬移和判決2、 試回答在FSK調制解調實驗中，改變信道高斯噪聲方差對調制解調的影響。答：噪聲的方差為0.1和0.01時，相干解調和非相干解調都能正確解調。而當噪聲的方差增大為1時，相干能正確解調，非相干解調則出現失真。這說明：I高斯噪聲 方差 越小，信號越容易被解調正確；方差 越大，越可能出現失真。II相干解調性能好于非相干解調，在 噪聲相對嚴重時 仍能正確地解調。3、 在PSK調制解調實驗中。是否觀察到用10序列作為調制信號時，調制信號頻譜與解調信號頻譜有何不同?為什么?答： 0頻率（即直流分量）處，調制信號的頻譜有很高的幅值，而解調信號沒有。這是因為這個實驗