通信原理实验报告2

通信原理

实验报告

课程名称：通信原理

实验三：二进制数字信号调制仿真实验实验四：模拟信号数字传输仿真实验姓名：

学号：

班级：

2012年12 月

实验三二进制数字信号调制仿真实验

一、实验目的

1.加深对数字调制的原理与实现方法；

2.掌握OOK、2FSK、2PSK功率谱密度函数的求法；

3.掌握OOK、2FSK、2PSK功率谱密度函数的特点及其比较；

4.进一步掌握MATLAB中M文件的调试、子函数的定义和调用方法。

二、实验内容

1. 复习二进制数字信号幅度调制的原理

2. 编写MATLAB程序实现OOK调制；

3. 编写MATLAB程序实现2FSK调制；

4. 编写MATLAB程序实现2PSK调制；

5. 编写MATLAB程序实现数字调制信号功率谱函数的求解。

三、实验原理

在数字通信系统中，需要将输入的数字序列映射为信号波形在信道中传输，此时信源输出数字序列，经过信号映射后成为适于信道传输的数字调制信号。数字序列中每个数字产生的时间间隔称为码元间隔，单位时间内产生的符号数称为符号速率，它反映了数字符号产生的快慢程度。由于数字符号是按码元间隔不断产生的，经过将数字符号一一映射为响应的信号波形后，就形成了数字调制信号。根据映射后信号的频谱特性，可以分为基带信号和频带信号。

通常基带信号指信号的频谱为低通型，而频带信号的频谱为带通型。

调制信号为二进制数字基带信号时，对应的调制称为二进制调制。在二进制数字调制中，载波的幅度、频率和相位只有两种变化状态。相应的调制方式有二进制振幅键控(OOK/2ASK)、二进制频移键控(2FSK)和二进制相移键控(2PSK)。

下面分别介绍以上三种调制方法的原理，及其MATLAB实现：

本实验研究的基带信号是二进制数字信号，所以应该首先设计MATLAB程序生成二进制数字序列。根据实验一的实践和第一部分的介绍，可以很容易的得到二进制数字序列生成的MATLAB程序。

假定要设计程序产生一组长度为500的二进制单极性不归零信号，以之作为后续调制的信源，并求出它的功率谱密度，以方便后面对已调信号频域特性和基带信号频域特性的比较。整个过程可用如下程序段实现：

%定义相关参数

clear all;

close all;

A=1

fc=2; %2Hz;

N_sample=8;

N=500； %码元数

Ts=1; %1 Baud/s

dt=Ts/fc/N_sample; %波形采样间隔

t=0:dt:N*Ts-dt;

Lt=length(t);

%产生二进制信源 d=sign(randn(1,N));

%dd=sigexpand((d+1)/2,fc*N_sample); N1=length((d+1)/2);

dd=zeros(fc*N_sample,N1); dd(1,:)=(d+1)/2;

dd=reshape(dd,1,fc*N_sample*N1); gt=ones(1,fc*N_sample);%NRZ 波形 figure(1)

subplot(221);%输入NRZ 信号波形（单极性） d_NRZ=conv(dd,gt);

plot(t,d_NRZ(1:length(t)));

axis([0 10 0 1.2]); ylabel ('输入信号'); subplot(222);%输入NRZ 频谱 dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T;

N=length(d_NRZ(1:length(t))); f=-N/2*df:df:N/2*df-df;

d_NRZf=fft(d_NRZ(1:length(t))); d_NRZf=T/N*fftshift(d_NRZf);

plot(f,10*log10(abs(d_NRZf).^2/T));

axis([-2 2 -50 10]);ylabel('输入信号功率谱密度（dB/Hz)');

3.2 OOK 调制

二进制振幅键控(OOK/2ASK)是利用载波的幅度变化来传递数字信息的，而其频率和初始相位保持不变。在2ASK 中，载波的幅度只有两种变化状态，分别对应二进制信息“0”和“1”。2ASK 信号的一般表达式为：

()t t s t e c ωcos )(2ASK =

其中，∑-=n s n nT t g a t s )

()(。

所以，要进行OOK 调制，定义完二进制数字序列和载波参量后，将之相乘即可。 相关的MATLAB 指令如下：

ht=A*cos(2*pi*fc*t); s_2ask=d_NRZ(1:Lt).*ht; subplot(223) plot(t,s_2ask);

axis([0 10 -1.2 1.2]); ylabel('OOK');

要对OOK 调制之前与之后信号的频域特性进行比较，可以通过比较两者的功率谱密度曲线来实现。也就是求出OOK 调制信号s_2ask 的功率谱密度函数，并将之与3.1中求得的基带信号的功率谱密度函数进行比较。

根据《通信原理》的学习，可以知道，求解某信号功率谱密度的过程就是先求出该信号

的傅立叶变换，再求该傅立叶变换的幅值的绝对值的平方的过程。如何求功率谱密度函数在实验二中已经详细介绍过了，本处不再赘述。根据前面的介绍，我们已经知道要求得某信号的傅立叶变换，可以通过调用实验一附录中的T2F 子函数实现，也可以直接编程实现。实验二中使用的都是子函数调用的方式，下面给出直接编程实现傅立叶变换的MATLAB 程序：

dt=t(2)-t(1); T=t(end); df=1/T;

N=length(s_2ask);

f=-N/2*df:df:N/2*df-df; s_2askf=fft(s_2ask);

s_2askf=T/N*fftshift(s_2askf); subplot(224)

plot(f,10*log10(abs(s_2askf).^2/T)); axis([-fc-4 fc+4 -50 10]);

ylabel('OOK 功率谱密度（dB/Hz ）');

通过以上程序，我们将基带信号波形及其功率谱密度曲线，OOK 调制信号及其功率谱密度曲线分别画在了同一个图的四个子图中，以方便对调制前后信号的频域特性进行比较。 3.3 2FSK 调制

频移键控是利用载波的频率的变化来传递数字信息的。在2FSK 中，载波的频率随二进制基带信号在f 1和f 2两个频率点间变化。故其表达式为：

⎩⎨

⎧++=”时

发送“”时发送“0),

cos(A 1),

cos(A )(212FSK n n t t t e θωϕω

《通信原理》中已经介绍过，2FSK 信号的调制可通过两个方法实现，一是将2FSK 信号理解为两路不同频率的ASK 信号相加的结果；二是将2FSK 信号表示成如下的形式：

()cos(22())C n S n s t A f t h a g t nT ππ∞

=-∞

=+-∑

第一种方法实现起来相当简单，直接参照3.2中ASK 信号的产生方法，产生两路不同频率的ASK 信号，将之相加即可得到2FSK 信号，这种方法留待同学们课后自己实现。

下面我们介绍用第二种方法产生2FSK 信号的MATLAB 程序设计过程。

首先，为了使2FSK 信号不至覆盖了前面产生的信号，新建一个图，其指令为： figure(2)

然后，在这个图上画2FSK 信号的波形，及其功率谱密度曲线波形。 %2FSK

%s_2fsk=A*cos(2*pi*fc*t+int(2*d_NRZ-1)); sd_2fsk=2*d_NRZ-1;

s_2fsk=A*cos(2*pi*fc*t+2*pi*sd_2fsk(1:length(t)).*t); subplot(223) plot(t,s_2fsk);

axis([0 10 -1.2 1.2 ]); xlabel('t'); ylabel('2FSK') subplot(224)