实验五振幅键控移频键控移相键控调制实验.doc

通信原理实验五 振幅键控、移频键控、移相键控调制和频谱分析实验 实验目的 掌握用键控法产生2ASK, 2FSK, 2PSK信号的方法 掌握2ASK, 2FSK, 2PSK信号的频谱特性 实验内容 用matlab生成以下波形及波形的频谱： 1 2ASK, 2FSK, 2PSK信号波形 2 2ASK, 2FSK, 2PSK信号频谱 实验原理 调制信号为二进制序列时的数字频带调制称为二进制数值调制。由于被调载波有幅度、频率、相位三个独立的可控参量，当用二进制信号分别调制这三种参量时，就形成了二进制振幅键控（2ASK）、二进制移频键控（2FSK）、二进制移相键控（2PSK）三种最基本的数字频带调制信号，而每种调制信号的受控参量只有两种离散变换状态。 1. 2ASK调制原理。 在振幅键控中载波幅度是随着基带信号而变化的。将载波在二进制基带信号1或0的控制下通或断，即用载波幅度的有无来代表信号中的“1”或者是“0”，这样就可以得到2ASK信号，这种二进制振幅键控方式称为通—断键控（OOK）。2ASK信号典型的时域波形如图5-1所示，其时域数学表达式为： S2ASK(t)=an·Acosωct （5-1） 式中，A为未调载波幅度，ωc为载波角频率，an为符合下列关系的二进制序列的第n个码元： （5-2） 令A=1，则2ASK信号的一般时域表达式为： （5-3） 式中，Ts为码元间隔，g(t)为持续时间[-Ts/2, Ts/2]内任意波形形状的脉冲（分析时一般设为归一化矩形脉冲），而S(t)就是代表二进制信息的随机单极性脉冲序列。 图5-1 2ASK信号的典型时域波形 为了更深入掌握2ASK信号的性质，除时域分析外，还应进行频域分析。由于二进制序列一般为随机序列，其频域分析的对象应为信号功率谱密度。设g(t)为归一化矩形脉冲，若g(t)的傅氏变换为G(f)，S(t)则为二进制随机单极性矩形脉冲序列，且任意码元为0的概率为P，则S(t)的功率谱密度表达式为： （5-5） 式中，，并与二进制序列的码元速率Rs在数值上相等。可以看出，单极性矩形脉冲随机序列含有直流分量。2ASK信号的双边功率谱密度表达式为： （5-5） 式（5-5）表明，2ASK信号的功率谱密度由两个部分组成：（1）由g(t)经线性幅度调制所形成的双边带连续谱；（2）由被调载波分量确定的载频离散谱。 对信号进行频域分析的主要目的之一就是确定信号的宽带。在不同应用场合。信号带宽有多种度量定义，但最常用和最简单的带宽定义是以功率谱主瓣宽度为度量的“谱零点带宽”，这种带宽定义特别适用于功率谱主瓣包含信号大部分功率的信号。显然，2ASK信号的谱零点带宽为： （5-6） 式中，Rs为二进制序列的码元速率，它与二进制序列的信息率（比特率）Rb（bit/s）在数值上相等。 2. 2FSK调制原理。 2FSK信号是用载波频率的变化来表征被传信息的状态，被调载波的频率随二进制序列0、1状态而变化，即载频为f0时代表传0，载频为f1时代表传1。显然，2FSK信号完全可以看成两个分别以f0和f1为载频，以an和为被传二进制序列的两种2ASK信号的合成。2FSK信号的典型时域波形如图5-5所示，其一般时域数学表达式为： （5-7） 式中，的反码，即 图5-5 2FSK信号的典型时域波形 因为2FSK属于频率调制，通常可定义其移频键控指数为 h=|f1-f0|Ts =|f1-f0|/Rs （5-8） 显然，h与模拟调频信号的调频指数的性质是一样的，其大小对已调波带宽有很大影响。2FSK信号与2ASK信号的相似之处是含有载频离散谱分量，也就是说，二者均可以采用非相干方式进行解调。可以看出，当h1时，2FSK信号的功率谱与2ASK的极为相似，呈单峰状；当h≥1时，2FSK信号功率谱呈双峰状，此时的信号带宽近似为 B2FSK=|f1-f0|+2Rs(Hz) （5-9） 2FSK信号的产生通常有两种方式：（1）频率选择法；（2）载波调频法。由于频率选择法产生的2FSK信号为两个彼此独立的载波振荡器输出信号之和