1、北郵通原硬件實驗報告通信原理硬件實驗實驗報告學院： 信息與通信工程 班級： 姓名： 學號： 班內序號： 實驗一：雙邊帶抑制載波調幅DSB-SC AM 一、實驗目的1、了解DSB-SC AM信號的產生以及相干解調的原理和實現方法。2、了解DSB-SC AM信號波形以及振幅頻譜特點,并掌握其測量方法。3、了解在發(fā)送DSB-SC AM信號加導頻分量的條件下,收端用鎖相環(huán)提取載波的原理及其實現方法。4、掌握鎖相環(huán)的同步帶和捕捉帶的測量方法,掌握鎖相環(huán)提取載波的調試方法。二、實驗原理DSB信號的時域表達式為頻域表達式為其波形和頻譜如下列圖所示將均值為零的模擬基帶信號m(t)與正弦載波c(t)相乘得到DS

2、BSC AM信號，其頻譜不包含離散的載波分量。DSBSC AM信號的解調只能采用相干解調。為了能在接收端獲取載波，一種方法是在發(fā)送端加導頻。收端可用鎖相環(huán)來提取導頻信號作為恢復載波。此鎖相環(huán)必須是窄帶鎖相，僅用來跟蹤導頻信號。在鎖相環(huán)鎖定時，VCO輸出信號 QUOTE 與輸入的導頻信號 QUOTE 的頻率相同，但二者的相位差為 QUOTE 度，其中 QUOTE 很小。鎖相環(huán)中乘法器的兩個輸入信號分別為發(fā)來的信號s(t)與鎖相環(huán)中VCO的輸出信號，二者相乘得到在鎖相環(huán)中的LPF帶寬窄，能通過 QUOTE 分量，濾除m(t)的頻率分量及四倍頻載頻分量，因為 QUOTE 很小，所以 QUOTE 約等

3、于 QUOTE 。LPF的輸出以負反應的方式控制VCO,使其保持在鎖相狀態(tài)。鎖定后的VCO輸出信號 QUOTE 經90度移相后，以 QUOTE 作為相干解調的恢復載波，它與輸入的導頻信號同頻，幾乎同相。相干解調是將發(fā)來的信號s(t)與恢復載波相乘，再經過低通濾波后輸出模擬基帶信號，經過低通濾波可以濾除四倍載頻分量，而 QUOTE 是直流分量，可以通過隔直流電路濾除，于是輸出為 QUOTE 。三、實驗框圖1、DSB-SC AM信號的產生2、DSB-SC AM信號的相干解調及載波提取3、測量VCO的壓控靈敏度四、實驗步驟1、DSBAC信號的產生1將音頻振蕩器輸出的模擬音頻信號及住振蕩器輸出的100

4、KHZ模擬載頻信號分別用連線聯(lián)結至乘法器的兩個輸入端。2用示波器觀看音頻振蕩器輸出信號的信號波形的幅度和激蕩平率，調整為10KHZ。3用示波器觀看主震蕩輸出波形。4用示波器觀看乘法器的輸出波形及其頻譜。5將已調信號和導頻分量加到加法器的兩個輸入端，調整加法器上的參數G和g,使其與實際相符。觀看輸出波形及其頻譜。具體調整方法如下:a.首先調整增益G：將加法器的B輸入接地端接地，A輸入端接已調信號，用示波器觀看加法器A輸入端的信號幅度與加法器輸出信號幅度。調節(jié)旋鈕G，使得加法器輸出幅度與輸入一致，說明此時G=1b.再調整增益g：加法器A輸入端仍接已調信號，B輸入端接導頻信號。用頻譜儀觀看加法器輸出

5、信號的振幅頻譜，調節(jié)增益g旋鈕，使導頻信號振幅頻譜的幅度為已調信號的邊帶頻譜幅度的0.8倍。此導頻信號功率約為已調信號功率的0.32倍。2、DSBAC信號的相干解調及其載波提取1鎖相環(huán)的調試：a.調整VCO的中心頻率f0在100KHZb.將直流電壓輸入VCO，改變其值從-22V，觀察VCO的頻率及其線性工作范圍c.調節(jié)VCO的壓控靈敏度到適宜范圍。d.檢測LPF是否正常工作。e.反復測量鎖相環(huán)的同步帶和捕捉帶，使其盡量準確。2恢復載波a.將電路按照原理圖連接好，用示波器觀察鎖相環(huán)中的LPF的輸出信號是否為直流信號，以此判定是否鎖定。b.貫穿導頻信號和VCO的輸出是否同步，調節(jié)移相器使其相依到達

6、90度。c.觀察恢復載波的頻譜振幅。3相干解調a.將已調信號和恢復的載波接入解調乘法器的兩個輸入端。b.觀察解調后的輸出波形。c.改變音頻振蕩器的頻率，觀察解調輸出波形的變化。實驗結果與分析1、音頻信號：圖1-12、主振蕩器：圖1-23.、G=1：圖1-34、調整增益g，導頻信號頻譜幅度為邊帶頻譜幅度的0.8倍，觀察加法器輸出信號的頻譜：圖1-45、VCO同步帶捕捉帶的測量：同步帶為：85.5kHz108.4kHZ 圖1-5捕捉帶為：92.8kHZ117.7kHz 圖1-66、移相器移相90后的信號波形：圖1-7恢復載波與導頻信號同頻同相：圖1-87、相干解調相乘后的輸出波形：圖1-9相干解調

7、低通濾波后的輸出波形：圖1-10六、思考題1、說明DSB-SC AM信號波形的特點答：DSB-SC為雙邊帶調幅，時域當載波與m(t)同時改變極性時出現反相點，而反相點不影響性能。經幅度調制后，基帶信號的頻譜被搬移到了載頻fc處。假設模擬基帶信號帶寬為W，那么調幅信號帶寬為2W，因為在頻域中輸出此調幅信號s(t)的信道帶寬B=2W。AM信號為具有離散大載波的雙邊帶幅度調制信號，它是在DSB-SB信號的根底上加一離散的大載波分量，因此傳輸效率有所下降。AM信號因為解調時要使用包絡檢波所以要保證|m(t)|1，使AM信號的包絡Ac1+m(t)總為正數。畫出已調信號加導頻的振幅頻譜，算出導頻信號功率與

8、已調信號功率之比。答：由圖可知，導頻信號的頻譜幅度是A1=112mV，邊頻信號的頻譜幅度是A2=144mV，所以導頻信號功率與已調信號功率的百分比=A12/2/A22 =30.24%，接近理論值32%，誤差主要來源于讀數誤差。3、實驗中載波提取的鎖相環(huán)中的LPF能不能用TIMS系統(tǒng)中的“TUNEABLE LPF？答：不能，因為RC LPF中的3DB帶寬是2. 8kHz，而TUNEABLE LPF 中WIDE一項中帶寬的濾波范圍是2kHz-12kHz，所以不能使用。4、假設本實驗中的音頻信號為1kHz，請問實驗系統(tǒng)所提供的PLL能否用來提取載波？為什么？答：不能，因為鎖相環(huán)的截止頻率為2.8kH

9、z，如果音頻信號為1kHz那么鎖相環(huán)會跟蹤音頻信號，造成信號失真。5、假設發(fā)端不加導頻，收端提取載波還有其他方法嗎？請畫出框圖答：如下圖平方律部件2fc BPF二分頻輸入已調信號e(t)載波輸出實驗二：具有離散大載波的雙邊帶調幅AM一、實驗目的1、了解AM信號的產生原理和實現方法。2、了解AM信號波形和振幅頻譜的特點，并掌握調幅系數的測量方法。3、了解AM信號的非相干解調原理和實現方法。二、實驗原理1、AM信號的產生對于單音頻信號進行AM調制的結果為其中調幅系數，要求以免過調引起包絡失真。由和分別表示AM信號波形包絡最大值和最小值，那么AM信號的調幅系數為如下圖為AM調制的過程和頻譜示意圖。2

10、、AM信號的解調AM信號由于具有離散大載波，故可以采用載波提取相干解調的方法。其實現類似于實驗一中的DSB-SC AM信號加導頻的載波提取和相干解調的方法。AM的主要優(yōu)點是可以利用包絡檢波器進行非相干解調，可以使得接收設備更加簡單。三、實驗框圖1、AM信號的產生2、AM信號的非相干解調四、實驗步驟1、AM信號的產生1按圖進行各模塊之間的連接。2音頻振蕩器輸出為5KHz，主振蕩器輸出為100KHz，乘法器輸入耦合開關置于DC狀態(tài)。3分別調整加法器的增益G以g均為1。4逐步增大可變直流電壓，使得加法器輸出波形是正的。5觀察乘法器輸出波形是否為AM波形。6測量AM信號的調幅系數a值，調整可變直流電壓

11、，使a=0.8。7測量a=0.8的AM信號振幅頻譜。2、AM信號的非相干解調1輸入的AM信號的調幅系數a=0.8。2用示波器觀察整流器的輸出波形。3用示波器觀察低通濾波器的輸出波形。4改變輸入AM信號的調幅系數，觀察包絡檢波器輸出波形是否隨之改變。5改變發(fā)端調制信號的頻率，觀察包絡檢波輸出波形的變化。五、實驗結果與分析1、音頻：圖2-12、G=1：圖2-2g=1:圖2-3加法器波形：圖2-45、波形a=0.8：圖2-56、頻譜：圖2-6由頻譜可見，此為要求AM信號。7、整流器的輸出波形：圖2-7可以看到通過整流，信號只剩下正頻率局部，為檢出包絡做準備。8、原信號及解調后信號圖2-8六、思考題1

12、、在什么情況下，會產生AM信號的過調現象？答：當調制系數大于1時，會產生過調現象，此時幅度最小值不是實際最小值，實際最小值應為負值。2、對于a=0.8的AM信號，請計算載頻功率與邊帶功率之比值。答：AM信號公式為那么可得其邊帶功率為：載波功率為：所以比值為：=3.1253、是否可用包絡檢波器對DSB-SC AM信號進行解調？請解釋原因。答：不可以。因為已調信號的包絡與m(t)不同，并不代表調制信號，有負值局部，且在與t軸的交點處有相位翻轉。而包絡應該為正幅度。實驗三：調頻FM一、實驗目的1、了解用VCO作調頻器的原理及實驗方法。2、測量FM信號的波形圖及振幅頻率。3、了解利用鎖相環(huán)作FM解調的

13、原理及實現方法。二、實驗原理1、FM信號的產生單音頻信號經FM調制后的表達式為其中調制指數。由卡松公式可知FM信號的帶寬為FM信號的產生框圖如下列圖所示。VCO的輸入為，當輸入電壓為0時，VCO輸入頻率為；當輸入模擬基帶信號的電壓變化時，VCO的振蕩頻率作相應的變化。2、鎖相環(huán)解調FM信號鎖相環(huán)解調的原理框圖如下列圖所示。VCO的壓控電壓同基帶信號成正比，所以就是FM解調的輸出信號。鎖相環(huán)解調FM信號有兩個關鍵點，一是開環(huán)增益足夠大，二是環(huán)路濾波器的帶寬要與基帶信號帶寬相同。三、實驗框圖1、FM信號的產生2、FM信號的鎖相環(huán)解調四、實驗步驟1、FM信號的產生1 單步調試VCOa.將VCO模塊的

14、印刷電路板上的撥動開關置于VCO模式。將VCO板塊前面板上的頻率選擇開關置于“HI狀態(tài)。然后，將VCO模塊插入系統(tǒng)機架的插槽內。b.將可變直流電壓模塊的輸出端與VCO模塊的Vin端相連接，示波器接于VCO輸出端： 直流電壓為零時，調節(jié)VCO模塊的f0旋鈕，使VCO的中心頻率為100赫茲 。在-2V至于+2范圍內改變直流電壓，測量VCO的頻率及線性工作范圍。 調節(jié)VCO模塊的GAIN旋鈕，使得直流電壓在+/-2V范圍內變化時，VCO的頻率在+/-5HZ內變化。2將音頻振蕩器的頻率調到2Hz，作為調制信號輸入于VCO的Vin輸入端。3測量圖2.4.4中各點信號波形。4測量FM信號的振幅頻譜。2、F

15、M信號的解調1單步調試VCOa.將VCO模塊置于“VCO, 前面板上的頻率選擇開關置于“HI狀態(tài).b.將可變直流電壓模塊的輸出端與VCO模塊的Vin端相連接。當直流電壓為零時，調節(jié)VCO的f0旋鈕，使VCO的中心頻率為100kHz。當可變直流電壓為+/-1V時，調節(jié)VCO的GAIN旋鈕，使VCO的頻率偏移為+/-10kHz。2將鎖相環(huán)閉環(huán)連接，將另一個VCO作信源，接入于鎖相環(huán)，測試鎖相環(huán)的同步帶及捕捉帶。3將已調好的FM信號輸入與鎖相環(huán)，用示波器觀察解調信號。假設鎖相環(huán)已鎖定，那么在鎖相環(huán)低通濾波器的輸出信號應是直流分量疊加模擬基帶信號。4改變發(fā)端的調制信號頻率，觀察FM解調的輸出波形變化。

16、五、實驗結果與分析1、VCO輸出信號波形：圖3-12、圖1中各點信號波形：音頻信號發(fā)生器輸出波形：圖3-23、鎖相環(huán)輸出解調信號圖3-3可以看出根本形狀都是對的，僅有一些小的噪聲和微小失真。六、思考題1、本實驗的FM信號調制指數是多少？FM信號的帶寬是多少？答：=ak/fm，其中a為音頻信號的幅度，K為頻率偏移常數，fm為音頻信號的基帶頻率為2khz，這里我們用到a為2V，K為10khz/v，算出為10。 FM信號的帶寬為：B=2+1fm=44khz2、用VCO產生FM信號的優(yōu)點是可以產生大頻偏的FM信號，缺點是VCO中心頻率穩(wěn)定程度差。為了解決FM大頻偏以及中心頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，可采用什

17、么方案來產生FM信號？答：為了使中心頻率穩(wěn)定，可以使用鎖相環(huán)形成反應，使得它僅用確保VCO中心頻率的穩(wěn)定性及準確度與晶振一致。3、對于本實驗具體所用的鎖相環(huán)及相關模塊，假設發(fā)端調制信號頻率為10kHz，請問實驗三中的鎖相環(huán)能否解調出原調制信號？為什么？答：不能，因為10KHz不在鎖相環(huán)的同步帶內，此時用鎖相環(huán)解調會使鎖相環(huán)進入失鎖狀態(tài)，無法正確解調出原信號。4、用于調頻解調的鎖相環(huán)與用于載波提取的鎖相環(huán)有何不同之處？答：在調頻解調中使用的濾波器為低通濾波器，濾波器輸出接至示波器和VCO，即鎖相環(huán)調后的顯示信號為低通濾波器的輸出信號；在時鐘提取中使用的濾波器為環(huán)路濾波器，濾波器輸出僅接至VCO中

18、，而鎖相環(huán)輸出信號應為VCO的輸出信號而不是低通濾波器的輸出信號。實驗四：線路碼的編碼與解碼一、實驗目的1、了解各種常用線路碼的信號波形及其功率譜。2、了解線路碼的解碼。二、實驗原理三、實驗框圖四、實驗步驟1、連接模塊。2、主振蕩器8.33kHz信號TLL點平輸出至線路編碼器的M.CLK端，其內部電路四分頻，由B.CLK端輸出頻率為2.083kHz、TTL點平的時鐘信號。3、用序列碼發(fā)生器產生一偽隨機數字信號輸入于線路編碼器，分別產生：雙極性不歸零碼，雙極性不歸零相對碼，單極性歸零碼，雙極性歸零碼，歸零AMI碼，分相碼等各種碼型的線路碼。用示波器觀察信號波形及其功率譜。4、用線路碼解碼器分別對

19、各線路碼進行解碼。實驗結果與分析NRZ-L 解碼前 解碼后圖4-12、NRZ-M 解碼前 解碼后圖4-23、UNI-RZ 解碼前 解碼后圖4-34、BIP-RZ 解碼前 解碼后圖4-45、RZ-AMI 解碼前 解碼后圖4-56、分相碼BiO-L 解碼前 解碼后圖4-67、DICODE-NRZ 解碼前 解碼后圖4-78、DOUBINARY 解碼前 解碼后圖4-8實驗五：時鐘恢復一、實驗目的1、了解從線路碼中提取時鐘的原理。2、了解從RZ-AMI碼中提取時鐘的實現方法。3、請學生自主完成從BIP-RZ到UNI-RZ碼恢復時鐘的實驗。二、實驗原理時鐘提取的原理：雙極性歸零碼的時鐘恢復：BIP-RZ信

20、號表達式： 雙極性歸零碼的時鐘恢復很簡單，只需要對S(t)取絕對值即可 上邊右式就是時鐘信號。取絕對值的操作就是全波整流。單極性歸零碼的時鐘恢復：UNI-RZ的信號表達式：該碼的功率譜密度： 功率譜包含離散直流分量及連續(xù)譜，而且還包含離散的時鐘分量及奇次諧波分量，所以可以利用窄帶濾波器或者鎖相環(huán)從單極性歸零碼中提取時鐘分量。 雙極性歸零碼功率譜密度 單極性歸零碼功率譜密度窄帶濾波器的輸出v(t)的功率譜是：此時時域信號是：3、零均值限帶PAM信號的時鐘恢復對于均值為零的限帶PAM信號，提取時鐘的方法有很多。很多情況下，對信號s(t)取絕對值或者取平方可以得到時鐘的離散分量，這樣就可以提取這個離

21、散分量，再通過整形移相得到需要的時鐘。也可以通過超前滯后門同步器或者其他環(huán)路方式恢復時鐘。三、實驗框圖1、實驗連接如圖四、實驗步驟1、按圖連接各個模塊。將移相模塊印刷電路板上的撥動開關撥到LO位置。2、用示波器觀察連接圖中各點波形。3、調節(jié)緩沖放大器的K旋鈕，使得放大器輸出波形足夠大，經移相器移相后，比擬器輸出TTL點平的恢復時鐘。4、將恢復時鐘與發(fā)送時鐘分別送至雙蹤示波器，調節(jié)移相器的相移，使得恢復時鐘與發(fā)送端時鐘的相位一致。5、將恢復時鐘送至線路解碼器的時鐘輸入端，線路碼的譯碼器輸出原發(fā)送的偽隨機序列。五、實驗結果與分析1、RZ-AMI圖5-12、乘法器輸出 圖5-23、PHASE SHI

22、FTER輸出圖5-34、BPF輸出圖5-45、解碼輸出圖5-56、恢復時鐘圖5-67、相位一致圖5-78、K1A輸出圖5-8六、思考題1、如何對分相碼中提取時鐘？答：平方環(huán)提取。2、對于雙極性不歸零碼，如果發(fā)送數據中1出現的概率為90%，請問如何從這樣的信號中提取時鐘？答：在發(fā)送信號之前，設置同步位。3、從限帶基帶信號中提取時鐘的原理是什么？答：因為限帶基帶信號含有時鐘信號分量。實驗六：眼圖一、實驗目的了解數字傳輸系統(tǒng)中“眼圖的觀察方法及其作用。二、實驗原理實際通信系統(tǒng)中，數字信號經過非理想的傳輸系統(tǒng)產生畸變，總是在不同程度上存在碼間干擾的，系統(tǒng)性能很難進行定量的分析，常常甚至得不到近似結果。

23、而眼圖可以直觀地估價系統(tǒng)碼間干擾和噪聲的影響，是常用的測試手段。從眼圖的張開程度，可以觀察碼間干擾和加性噪聲對接收基帶信號波形的影響，從而對系統(tǒng)性能作出定性的判斷。三、實驗框圖四、實驗步驟1、將可調低通濾波器模塊開關置于NORM位置。2、將主信號發(fā)生器的8.33kHz TTL電平的方波輸入與線路編碼器的M.CLK端，經四分頻后，由B.CLK端輸出2.083kHz的時鐘信號。3、將序列發(fā)生器模塊的印刷電路板上的雙列直插開關選擇“10，產生長為256的序列碼。4、用雙蹤示波器同時觀察可調低通濾波器的輸出波形和2.083kHz的時鐘信號。并調節(jié)可調低通濾波器的TUNE旋鈕及GAIN旋鈕，以得到適宜的

24、限帶基帶信號波形，觀察眼圖。五、實驗結果與分析圖6-1實驗七：采樣、判決一、實驗目的1、了解采樣、判決在數字通信系統(tǒng)中的作用及其實現方法。2、自主設計從限帶基帶信號中提取時鐘、并對限帶信號進行采樣、判決、恢復數據的實驗方案，完成實驗任務。二、實驗原理在數字通信系統(tǒng)中的接收端，設法從接受濾波器輸出的基帶信號中提取時鐘，用以對接受濾波器輸出的基帶信號在眼圖睜開最大處進行周期性的瞬時采樣，然后將各采樣值分別與最正確判決門限進行比擬做出判決、輸出數據。三、實驗框圖1、采樣、判決系統(tǒng)框圖2、時鐘提取電路四、實驗步驟1、請自主設計圖2.8.1中的提取時鐘的實驗方案，完成恢復時鐘TTL電平的實驗任務。請注意

25、：調節(jié)恢復時鐘的相移，使恢復時鐘的相位與發(fā)來的數字基帶信號的時鐘相位一致請將移相器模塊印刷電路板上的撥動開關撥到“LO位置。2、按照圖2.8.1所示，將恢復時鐘輸入于判決模塊的B.CLK時鐘輸入端TTL電平。將可調低通濾波器輸出的基帶信號輸入于判決模塊，并將判決模塊印刷電路板上的波形選擇開關SW1撥到NRZ-L位置雙極性不歸零碼，SW2開關撥到“內部位置。3、用雙蹤示波器同時觀察眼圖及采樣脈沖。調節(jié)判決模塊前面板上的判決點旋鈕，使得在眼圖睜開最大處進行采樣、判決。對于NRZ-L碼的最正確判決電平是零，判決輸出的是TTL電平的數字信號。五、實驗結果與分析1、下列圖是眼圖結果圖 7-12、采樣判決:圖7-2六、思考題對于滾降系數為=1的升余弦滾降的眼圖，請示意畫出眼圖，標