实验二 数字信号载波调制

1、电子科技大学数字信号载波调制实验 姓名： 学号： 教师：班级： 一、实验目的1、运用MATLAB软件工具仿真数字信号的载波传输研究数字信号载波调制ASK、FSK、PSK在不同调制参数下的信号变化及频谱。2，研究频移键控的两种解调方式；相干解调与非相干解调。3、了解高斯白噪声方差对系统的影响。4、了解伪随机序列的产生，扰码及解扰工作原理。二、实验原理数字信号载波调制有三种基本的调制方式：幅度键控（ASK），频移键控（FSK）和相移键控（PSK）。它们分别是用数字基带信号控制高频载波的参数如振幅、频率和相位，得到数字带通信号。在接收端运用相干或非相干解调方式，进行解调，还原为原数字基带信号。在幅度

2、键控中，载波幅度是随着调制信号而变化的。最简单的形式是载波在二进制调制信号1或0的控制下通或断，这种二进制幅度键控方式称为通断键控（00K）。二进制幅度键控信号的频谱宽度是二进制基带信号的两倍。在二进制频移键控中，载波频率随着调制信号1或0而变，1对应于载波频率f1，0对应于载波频率f2，二进制频移键控己调信号可以看作是两个不同载频的幅度键控已调信号之和。它的频带宽度是两倍基带信号带宽（B）与之和。在二进制相移键控中，载波的相位随调制信号1或0而改变，通常用相位0°和180°来分别表示1或0，二进制相移键控的功率谱与通一断键控的相同，只是少了一个离散的载频分量。m序列是最常

3、用的一种伪随机序列，是由带线性反馈的移位寄存器所产生的序列。它具有最长周期。由n级移位寄存器产生的m序列，其周期为序列有很强的规律性及其伪随机性。因此，在通信工程上得到广泛应用，在本实验中用于扰码和解扰。扰码原理是以线性反馈移位寄存器理论作为基础的。在数字基带信号传输中，将二进制数字信息先作“随机化”处理，变为伪随机序列，从而限制连“0”或连“l”码的长度，以保证位定时信息恢复的质量，这种“随机化”处理称为“扰码”。在接收端解除这种“扰乱”的过程称为“解扰”。当输入二进信息码为全0码时，扰码器实际上就是一个m序列伪随机码发生器。三、实验内容及步骤1、开机进入Windows桌面。2、双击桌面上的

4、MATLAB快捷图标，进入命令窗。3、键入：C102，进入仿真实验界面。4、选择Digital Signal System实验类型，这时在具体实验项目栏中列出该实验所包含的具体七项实验。5、选择2ASK实验，再按下RUN按钮，即进入该实验框图界面。选择Simulation菜单下的Start即可开始该实验的仿真运行。a. 从Scope1观察调制信号与已调信号的对比波形。b. 从Scope2和Scope3分别观察2ASK解词信号通过包络检波和低通滤波器的波形。c. 从Scope4观察2ASK调制信号与解调信号的对比波形。d. 从FFT Scope观察2ASK频谱。e. 改变载波频率参数，使其不为基

5、带信号的整倍数，然后再进行仿真运行，观察Scope1，与未改变参数前有什么不同。载波频率由8000Hz(上图)变为8100Hz（下图），改变之后，每个“1”的波形频率相同，但相位不同。操作：双击载波模块，获得载波参数对话框图，将频率参数进行更改后，再单击“Apply”按钮，确认后，再单击“Close”退出对话框，修改参数完毕。*f. 双击低通滤波器模块，获得参数对话框。试改变晒滤波器的截止频率参数，使截止频率比原来的参数增大或减小，然后再进行仿真运行。看看解调波形有什么变化?500Hz2000Hz1000Hz原截止频率为1000Hz，当截止频率比它大时，解调出来的波形基本没有变化，但和原调制信

6、号相比，相位差更小；当截止频率比它小时，解调信号与调制信号相比相位差很大，当截止频率小到一定程度，解调出来的波形就会失真。四、实验记录：1， 回答ASK实验系统由哪些模块所组成。采用哪种类型的解调器答：组成ASK实验系统的模块：序列发生器、本地载波、包络检波器、低通滤波器、复用器、判决器、示波器、快速傅里叶变换器。采用包络检波方式解调。记录2ASK已调信号的时域波形图6、选择2PSK实验，再按下RUN 2PSK按钮，进入该实验框图界面。选择Simulation菜单下的Start即可开始该实验的仿真运行。 a. 从Scopel观察调制信号与己调信号的对比波形。b. 从Scope2观察调制信号与解

7、调信号的对比波形。c. 从FFT Scopel、FFTScope2、FFTScope3可分别观察调制信号、PSK已调信号、PSK解调信号的频谱。d. 将手动开关打向m sequence,Bp改变调制信号，再观察各Scope波形及FFTScope频谱与10序列作为调制号有什么不同。 操作：单击开关位置，出现四方黑点后，再单击菜单上的Edit。选择Look Under Mask。再双击开关所要打向的位置。实验记录：在时域上，各状态独立，即“1”的波形固定，“0”的波形固定，不会因为序列的不同而不同。解调后波形和调制信号基本相同。在频域上，m序列的频谱和1、0序列的频率相比，杂乱无章，但都在0频率处

8、有最高的频率。解调以后，0频率处的幅度都变得很低。1)回答2PSK实验系统由哪些模块所组成答：组成2PSK实验系统的模块：序列发生器、本地载波、快速傅里叶变换器、复用器、滤波器、示波器、m序列发生器、分频器。7、选择2FSK调制与相干解调实验，再按下RUN 2FSK按钮，进入该实验框图界面，并进行仿真运行。a. 从Scope1观察调制信号与已调信号的对比波形。调制信号看不清，但其实就是1、0序列，线密的地方是1，稀疏的地方是0b. 从Scope2观察调制信号与解调信号的对比波形。c. 从Scope3观察载波波形。d. 从FFTScopel观察已调信号的频谱图e. 双击载波模块，获得参数设置对话

9、框，了解f1和f2的频率参数后，试改变f1和f2的频率参数值，再进行仿真运行。观察FFTScopel频谱，与原频谱进行比较，有何不同?这是设置f1 = 2000Hz , f2 =1000Hz后的频谱图，和之前的频谱图特征相似，都是有两个峰值，只不过峰值对应的频率变为1000Hz和2000Hz。*f. 将手动开关打向m sequence，即改变调制信号，再观察各Scope波形及FFTScope频谱。时域上m序列和1、0基本是一样的，只不过1和0的分布不同而已频域上，基本特征和1、0序列的的相同，都有两个峰值，所对应的频率也相同，但这个频谱图更加规整或者光滑，可能是恰好产生了一个很有规律的序列实验

10、记录：2）回答FSK实验系统由哪些模块所组成。答：组成FSK实验系统的模块：序列发生器、m序列发生器、本地载波1和2、乘法器、加法器、快速傅里叶变换器、反相器、滤波器、判决器、示波器。8、选择2FSK调制与非相干解调实验，再按下RUN按钮，进入该实验框图界面，并进行仿真运行。a. 从Scopel观察调制信号与已调信号的对比波形。b. 从Scope2观察调信号与解调信号的对比波形。c. 从FFTScope观察已调波频谱。d. 了解实验系统各主要模块的参数设置情况，试改变带通滤波器BPF1和BPF2的高低截止频率参数，再进行仿真运行，看看解调情况有何不同。BPF1(8000-45000) BPF2

11、(31000-45000)这样的参数设置，使得BPF1取出来的频率包括高频载波频率3840，这样使得“1”基本能正确解调，而“0”有很多抖动，失真严重。BPF1(8000-22000) BPF2(31000-45000)这样的参数设置，使得BPF1的通带减小，滤出来的波丢失了很多有效成分，使得“0”的解调失真严重。BPF1(12000-26000) BPF2(6000-41000)这样的参数设置，使得BPF2取出来的频率包括低频载波频率1920，波形还行，不过仍有很多抖动。实验记录：注意该实验系统组成，及其特性参数的设置情况。BPF1 lower12000 Upper26000BPF2 low

12、er31000 Upper450009、选择2FSK through channel实验，再按下RUN按钮，进入该实验界面，并进行仿真运行。a. 从Scopel观察调制信号与已调信号的对比波形。b. 从Scope2观察已调信号与已调信号通过信道后的对比波形。3. 从Scope3观察调制信号与相干解调波。d. 从Scope4观察调制信号与非相干解调波。e. 双击高斯信道模块，获得参数设置对话框，试改变信道方差，由来的0.1改变为l或0.01再进行仿真运行，观察各Scope波形情况。高斯信道模块信道方差1放大后高斯信道模块信道方差0.01当方差改变为0.01后，从scope2可以看出已调信号通过信

13、道后波形相对干净清晰，也能正确解调。当方差改变为0.01后，从scope2可以看出已调信号通过信道后波形很杂乱。左图是相干解调后的波形，解调正确，而右图是非相干解调后的波形，解调失真。六、思考题1、从你所观察到的以10序列作为调制信号的ASK、PSK、FSK频谱图，在理论上你能得到什么结论?答： ASK调制是将频谱做一个搬移，所以解调时也是做相同的搬移，并且进行滤波。PSK和ASK很相似，但是其不同点在于，PSK需要将调制信号变为双极性NRZ信号。FSK调制是频谱进行两次搬移，搬移到不同的频带，解调时再分别截取两个频率成分，做搬移和判决2、试回答在FSK调制解调实验中，改变信道高斯噪声方差对调制解调的影响。答：噪声的方差为0.1和0.01时，相干解调和非相干解调都能正确解调。而当噪声的方差增大为1时，相干能正确解调，非相干解调则出现失真。这说明：I高斯噪声 方差 越小，信号越容易被解调正确；方差 越大，越可能出现失真。II相干解调性能好于非相干解调，在 噪声相对严重时 仍能正