标准实验报告(四)

实 验 报 告（二）学生姓名：王超楠学号： 2013020904011指导教师：廖红舒/ 张花国实验地点：科研二号楼B453 实验时间：周二晚一、实验室名称：信息对抗系统专业实验室二、实验项目名称： 典型数字通信信号调制识别三、 实验学时： 4 学时实验原理：BPSK、 QPSK、 FSK 、 ASK 数字通信信号具有不同的频谱特征，如 BPSK 平方和四次方后的傅立叶变换出现单根离散谱线，QPSK 四次方后才有单根离散谱线等。 因此针对这些信号特征， 可通过设置特征门限区分不同通信信号， 达到 信号调制识别目的。因此可让学生通过实际上机Matlab 编程实验，对上述通信信号的特征进行仿真验证，加深理解不同通信信号的调制识别方法。五、实验目的：利用 MATLAB 软件编程提取数字通信信号的频谱、二次方谱、四次方谱等特征， 同时使用决策树的分类方法进行调制信号的识别。 让学生通过实际上机实验，加深理解不同数字通信信号的特点。六、实验内容：（ 1） 把上次实验产生的 BPSK、 QPSK、 2ASK 、 2FSK 信号分别画出它们的频谱、二次方谱和四次方谱，描述不同信号谱特征之间的差异。（ 2） 分别用介绍的两种方法编程提取这四种信号的频谱、二次方谱、四次方谱的谱峰个数（根据每种信号的特点分别提取频谱或二次方谱或四次方谱的谱峰个数）。信噪比从0dB变化到10dB （即0: 2: 10）,分 别画出BPSK、QPSK、2ASK、2FSK用两种方法获得谱峰个数特征随 每个信噪比的变化曲线，然后设定区分门限。比较这两种方法的优缺点。（ 3） 选择其中一种方法提取谱峰特征， 设计识别决策树， 并编写程序实现。画出BPSK、QPSK、2ASK、2FSK信号的正确识另率随信噪比 (0: 2:10)的变化曲线。说明在多高信噪比下能保证每种信号的正确识别率 均在90%以上。七、实验器材(设备、元器件)：计算机、Matlab计算机仿真软件八、实验步骤：1、在编写的信号源基础上，根据实验内容提取信号特征并进行调制识别。(a) BPSK、QPSK、2ASK、2FSK频谱特征提取程序(b) BPSK、QPSK、2ASK、2FSK数字通信信号调制识另程序九、实验数据及结果分析(1) ASK信号的频谱、二次方谱、四次方谱BPSK信号的频谱、二次方谱、四次方谱豆 J % e IQPSK信号的频谱、二次方谱、四次方谱FSK信号的频谱、二次方谱、四次方谱程序如下：1 .ASKfc=300;%载波频率fs=2000;痛样频率fb=200;%Tb比特周期符号速度fd=1/2*fbfd=200;T=2;a=randi(0,1,1,T*fs);%产生二进制码元%根升余弦成型滤波器NT=60;r=0.3;rate=fs/fb;%ii采卞率=fs/ 码速率delay=NT/(2*rate);t=0:1/fs:T-1/fs;x=exp(j*2*pi*fc*t).*a;ask=rcosflt(x,fd,fs,sqrt ,r,delay);%M 形成型figure(1)subplot(411)plot(real(ask);axis(0 2000 -1 1);grid on;title( ASK 时域波形)；subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(ask);grid on;title( ASK的频域波形)；subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(ask.A2);grid on ;title( ASK 的二次方谱 );subplot(414)plot(fftshift(abs(fft(ask.A4);grid on ;title( ASK 的四次方谱 );2.BPSKfc=200;%载波频率fs=2000;%采样频率fb=200; %Tb 比特周期fd=200;%符号速度T=2; %时间长2SM=2; %二元%产生产生 0 ， 1 序列或符号序列m=randi(0,1,1,fs);%相位映射为复基带信号a=pskmod(m,M);%基带消息t=0:length(a)-1;x=cos(2*pi*fc*t+angle(a);%生成BPSK%根升余弦成型滤波器NT=60;r=0.3;rate=fs/fb;%过采样率=fs/ 码速率delay=NT/(2*rate);xBPSK=rcosflt(x,fd,fs,sqrt ,r,delay);%波形成型%画图figure(1)subplot(411)plot(xBPSK);axis(0 2000 -1 1);grid on ;title( BPSK 时域波形图 );subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(xBPSK);grid on ;title( BPSK 频域波形图 );subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(xBPSK.A2);title( BPSK 信号二次方谱 );subplot(414)plot(fftshift(abs(fft(xBPSK.A4);title( BPSK 信号四次方谱 );3.QPSKclear all ;close all ;clc;fc=200;%载波频率fs=2000;%采样频率fb=100; %Tb 比特周期fd=200;%符号速度T=2; %时间长2SM=4; %四元N=T*fs;r=fs/fd;filtorder = 60;%滤波器阶数60a=0.3;%滚降因子0.3delay = filtorder/(r*2);h=rcosfir(a, delay, r,1,sqrt );h=sqrt(r)*h/norm(h);s=randsrc(N,1,0:M-1);p=pskmod(s,M);x_base=zeros(r,N);x_base(1,:)=p.;x_base=x_base(:);ss=conv(h.,x_base);X_QPSK=x_base.*exp(j*(2*pi*fc/fs*0:length(x_base)-1.+rand*2*pi);% figure(1)subplot(411) plot(real(X_QPSK);axis(0 500 -1 1);title( QPSK 时域波形图 ); grid on ;subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(X_QPSK);title( QPSK 频域波形图 ); grid on ;subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(X_QPSK.A2);title( QPSK 二次方谱 );grid on ;subplot(414)plot(fftshift(abs(fft(X_QPSK.A4);title( QPSK 四次方谱 );grid on ;4.FSK% 因为调频指数为0.6400Hz ，可以计算出 f1 f2; fc=(f1+f2)/2h=(f2-f1)/fb%载波频率%采样频率%Tb 比特周期fc=400;fs=1200;fb=200;fd=200;f2=460;f1=340;T=2;% 生成 an bn 随机序列%产生二进制码元a=randi(0,1,1,T*fs);N=length(a);b=zeros(1,N);for i=1:Nb(i)=1-a(i);end%根升余弦成型滤波器NT=60;r=0.3;rate=fs/fb;%过采样率=fs/ 码速率delay=NT/(2*rate);t=0:1/fs:T-1/fs;c=a.*exp(j*2*pi*f1*t)+b.*exp(j*2*pi*f2*t);fskk=rcosflt(c,fd,fs,sqrt ,r,delay);%波形成型 figure(1)subplot(411)plot(real(fskk);axis(0 2000 -1 1);grid on ;title( FSK 时域波形 );subplot(412)plot(fftshift(abs(fft(fskk);grid on ;title( FSK 的频域波形 );subplot(413)plot(fftshift(abs(fft(fskk.A2);grid on ;title( FSK 二次方谱)；subplot(414)plot(fftshift(abs(fft(fskk.A4);grid on;title( FSK 四次方谱);(2)谱峰个数的提取方法(1)以频谱或二次方谱或四次方谱中的最大值为参考值，设置一个门限，搜索大于该门限以上的谱峰个数方法(2)以频谱或二次方谱或四次方谱 P中的最大值为参考值，记录最大 值的位置为pos,选取最大值左右两侧第 N个点的谱的幅度值，计算比值p P(pos)P(pos - N) P(pos - N)设置门限，搜索 R大于门限以上的谱峰个数；如果有多个谱峰同时存在，则把幅度最高的谱峰去掉后再依次搜索幅度次高的谱峰。a)2ASK信号频谱的谱峰个数提取方法一：ASK的频谱图Q Figure 2,Q I回131文件的编辑查看(V)括入(1 TMCD 桌囿营口 W超助(H)不口国 E07000I60005000(400030002000woo0 cASK的频域波形* * I i L臼l- -, -* *匕= W. j -)0.511.622.533.544x 105分析可得，该频谱图只有一根离散谱线，在方法一中，可以设置门限r=5000提取程序如下：%提取谱峰%方法一a=zeros(1,length(abs(fft(ask);a=abs(fft(ask);num=0;for i=1:length(abs(fft(ask)if a(i)5000num=num+1;fprintf(方法一：2ASK信号频谱的谱峰数目为num=%dn ,num);endend ask方法一：2ASK信号频谱的谱博数目为5=1Al加噪后识别的谱峰数随信噪比的变化:igure 1方法一：信噪比为-1 OdB时2ASK信号频谱的诺雌数目为nu际1方法一：信噪比为-9dB时2ASK信号频谱的语蟾数目为皿:1 方法一：信噪比为-3dB时2A5K信号频谱的道幅数目为mm= 1 方法一二信噪比为一：dB时2ASK信号撅谐的谐嶂数目为皿m 1 方法一二信噪比为-6此时2ASK信号频谱的诸博数目为euh二I 方法一二信噪比为-5dB时2ASK信号频谱的谱峰数目为nun=l 方法一：信嗓比为T讪时2ASK信号频谱的谱峰数目为讥5= 1 方法一：信噪比为-3dB时2ASK信号频谱的造睚数目为皿=1 方法一：信噪比为-EdB时2ASK信言频谱的造蛭数目为皿1 方法一二信噪比为-1 dB时2ASK信号缴谱的借嵯数目为皿目1 方法一二信噪比为0北时窈3K信号频谙的谱喧数目为片5=1 方法一二信噪比为1超时2A5K信号频谱的谱幄数目为num=1 方法一：信噪比为2dB时2ASK信号频谱的诸龌勤目为mm=1 方法一：信噪比为3dB时2A5K信覆频谱的谱醺数目为huh 1 方法一：信噪比为4dB时2A1信号频谱的谱醺翱目为近皿二1 方法一二信噪比为5dB时方SK信号频谱的谱嵯题目为mm二I 方法一：信噪比为6dB时裔$长信号频谱的谱峨数目为皿 方法一:信噪比为；df时2A5K信号频谱的谱摩数目为num= 1 方法一：信噪比为8dB时2A5K信号频谱的谱嘘却目为mm=l 方法一：信噪比为9dB时插5K信号粉谱的谱雌题目为inm=1 fx I程序：% 加噪处理后 识别谱峰数随信噪比的变化曲线 num=zeros(1,20);a=zeros(1,length(abs(fft(ask) j=1;for SNR=-10:9askk=awgn(ask,SNR, measured );a=abs(fft(askk);n=0;for i=1:length(abs(fft(askk)if a(i)5000n=n+1;end endfprintf( 方法一：信噪比为 ddB时2ASK信号频谱的谱峰数目为num=%dn ,SNR,n);num(j)=n;j=j+1;SNR=SNR+1;endSNR=-10:9;plot(SNR,num);axis(-10 9 0 10);xlabel( 信噪比 /dB);ylabel（谱峰数目/个）；title（谱峰数随信噪比变化曲线 ）；grid on;方法二：老师，第二种算法学生实在没有看懂，自认为那个算法有很大歧义, 因此只做了一种算法提取，忘老师见谅。b）2FSK信号频谱的谱峰个数提取FSK加噪频谱图：Q Figure 1I 0 .回 汉 ta谱峰提取程序：根据频谱图可以设置门限 r=2000;%谱峰提取程序a=zeros(1,length(abs(fft(fsk);a=abs(fft(fsk);num=0;for i=1:length(abs(fft(fsk)if a(i)2000num=num+1;endfprintf(end方法一：2FSK信号频谱的谱峰数目为num=%dn ,num）;1命令行窗口方法一二2FEK信号频谱的谱幢数目为皿2谱峰数随信噪比变化曲线：文件时 (EJ葺看(V)插入虚面窗口 (W)帮助(H)国。结W 0婆/图I 口图I 国0987654321 OJH02468信噪比AE方法一二信噪比为-10dB时2FSK信号频谱的谱龌数目为115=2 方法一二信噪比为-9dB时2FSK信号频谱的谱雌数目为n32 方法一二信噪比为-8dE时2F5K信号频谱的谱嘘数目为mm=2 方法一：信嗪比为-;dB时2F5K信号频谱的谱崂数目为nuiZ 方法一：信噪比为-6dB时2FSK信号频谱的谱蟾数目为mm=2 方法一:信I曼比为-5dB时2FSK信号频谱的谱嵯数目为nu&2 方法一二信噪比为7dB时2FSK信号频谱的谱解数目为 方法一二信噪比为-3dB时2FSKft号撅谓的谱蜂数目为n皿二2 方法一:信嗪比为-2dB时2FSK信3频谱的谱嘘数目为3=2 方法一：信I桑比为-IdB时2FSK信号频谱的谱蟾数目为nuw2 方法一：信噪比为OdE时2FSK信号频谱的谱陲数目为理皿二2 方法一二信噪比为IdB时2FSK信言频谱的谓嵯数目为mm二2 方法一:信噪比为2dB时2FSK信号频谱的谓帷数目为nun=2 方法一：信噪比为3dB时2FSK信号频谱的谱峥数目为mm=2 方法一：信噪比为4dB时芬SK信号频谱的谱瞋数目为nu=2 方法一：信噪比为5dE时2FEK信号版谱的诸嵯数目为皿=2 方法一二信噪比为6dE时2FEK信号r频谱的谱嵯数目为mm二2 方法一：信噪比为7dB时2FEK信号频谱的谱帷数目为nun=2 方法一：信噪比为时2F3K信号频谱的谱嘘数目为mm=2 方法一：信嗓比为9dE时2F5K信号频谱的诺峨数目为mi游2程序：clear all close all ; clc;fl f2; fc=(f1+f2)/2%因为调频指数为 0.6 中心频率为400Hz ,可以计算出h=(f2-f1)/fb fd=200 f2=460fc=400;%载波频率fs=1200;fb=200;%采样频率%Tb比特周期f1=340T=2;%生成an bn随机序列a=randi(0,1,1,T*fs);%产生二进制码元N=length(a);b=zeros(1,N);for i=1:Nb(i)=1-a(i);end%根升余弦成型滤波器NT=60;r=0.3;rate=fs/fb;%ii采卞率=fs/ 码速率 delay=NT/(2*rate);t=0:1/fs:T-1/fs;c=a.*exp(j*2*pi*f1*t)+b.*exp(j*2*pi*f2*t);fsk=rcosflt(c,fd,fs,sqrt ,r,delay);%波形成型%谱峰提取程序num=zeros(1,20);a=zeros(1,length(abs(fft(fsk)j=1;for SNR=-10:9fskk=awgn(fsk,SNR,measured );a=abs(fft(fskk);n=0;for i=1:length(abs(fft(fskk) if a(i)2000n=n+1;endendfprintf( 方法一：信噪比为 ddB时2FSK信号频谱的谱峰数目为num=%dn ,SNR,n);num(j)=n;j=j+1;SNR=SNR+1;endSNR=-10:9;plot(SNR,num);axis(-10 9 0 10);xlabel( 信噪比/dB );ylabel( 谱峰数目 / 个 );title( 谱峰数随信噪比变化曲线 );grid on ;c)BPSK 信号频谱的谱峰个数提取BPSK 加噪频谱图(信噪比为-5dB) ：BPSK二次方谱谱峰提取程序：根据二次方频谱图可以设置门限r=5000帝管仃匐口方法一：EFSK信号二次方谓的谱瞋数目为A ”%二次方谱谱峰数目提取a=zeros(1,length(abs(fft(BPSK.A2);a=abs(fft(BPSK.A2);num=0;for i=1:length(abs(fft(BPSK.A2) if a(i)5000 num=num+1;endfprintf(end方法一：BPSK信号二次方谱的谱峰数目为num=%dn ,num);谱峰数随信噪比变化曲线:文件附编款E）|日口金| 4iSl3-30 5工具（D莫面（口）窗口 （WD要/一国| 目| 帮勖(H)O0987654 3 21 045000n=n+1;endendfprintf( 方法一：信噪比为 ddB时BPSK信号频谱的谱峰数目为num=%dn ,SNR,n);num(j)=n;j=j+1;SNR=SNR+1;endSNR=-10:9;plot(SNR,num);axis(-10 9 0 10);xlabel( 信噪比 /dB);ylabel(谱峰数目/个,);title(谱峰数随信噪比变化曲线);grid on;d)QPSK信号频谱的谱峰个数提取QPSK加噪频谱图:谱峰数随信噪比变化曲线:QPSK四次方谱谱峰提取程序：根据频谱图设置门限r=2000“菱口方法一:QPSK信号频谱的谱峥数目为n皿=1I%四次方谱的提取a=zeros(1,length(abs(fft(qpsk);a=abs(fft(qpsk.A4);num=0;for i=1:length(abs(fft(qpsk.A4)if a(i)2000 num=num+1;endendfprintf( 方法一：QPSK信号频谱的谱峰数目为num=%dn ,num);plot(fftshift(abs(fft(qpsk.A4);title( QPSK 四次方谱)；4-20246310(8噪比*B2000150010000-108H Figure 1文件的编瑁(E)查看(V)插入(I) ZMCD 桌面(5 窗口 (W)帮助(Hjn昌u JTq式耳/包卜口百彳回谱峰数随信噪比变化曲线 4000 3600 3000 2500方法一：信噪比为TOdB时QP5K信号频谱的谱瞳数目为皿3942 方法一：信噪比为-9dfi时QPEK信号频谱的谱峨数目为num二招；1 方法一：信瞳比为-8dB时QP$K信旨频谱的清嵯数目为nuw3：6。 方法一：信嗓比为-7dB时QP轴信号频谱的谱嵯数目为mm=3428 方法一：信嗓比为YdB时QFSK信号频谱的谱龌数目为mm=2；72 方法一：信嗓比为-5就时QP5K信号频谱的清龌数目为mm=l居5 方法一：信噪比为TdB时QP况信号频谱的谱嵯数目为1Mli二：也 方法一：信噪比为-3dB时QPSK信号频谱的诏峨数目为mm=108 方法一：信噪比为YdB时QP品信号频谱的谱嘘数目为nm=9 方法一：信嗓比为-IdE时QP5K信3频谱的谱飕数目为rum二Q 方法一：信噪比为。dB时QPSK信号频谱的谱醒数目为nuj1 方法一，信嗓比为IdE时QPSK信号频谱的谱蟾数目为口31 方法一：信噪比为ZdB时QP5K信号频谱的谱嵯数目为口皿1 方法一：信噪比为3dB时QPfK信号频谱的谱峨数目为mm=1 方法一：信噪比为4dB时QPSK信号频谱的谱峰数目为nunn 方法一：信噪比为5dE时QPSK信号频谱的请峰数目为“5=1 方法一：信嗓比为6dB时QP5K信号频谱的谐醒数目为n 方法一：信嗓比为；血时QP5K信号频谱的诺蟾题目为min=l 方法一：信噪比为吕川时QP5K信号频谱的谱蟾数目为口皿1 方法一：信噪比为9dB时QPSK信号频谱的谱催数目为mm=1A| A I(3) BPSK、QPSK、2ASK、2FSK信号的正确识别率随信噪比的变化曲线十、实验结论1.BPSK信号的二次方谱在二倍载频出现冲击，四次方谱在零频、二倍载频、四倍载频出现冲击，QPSK信号在两倍载频sinc包络，在四倍载频出现离散谱。2.可以通过二次方谱、四次方谱的谱线数目识别BPSK、QPSK信号。十一、总结及心得体会利用MATLAB软件编程提取数字通信信号的频谱、二次方谱、四次方谱等 特征，同时使用决策树的分类方法进行调制信号的识别。使我们通过实际上机实 验，加深理解不同数字通信信号的特点。十二、对本实验过程及方法、手段的改进建议：报告评分：指导教师签字：