無線通信系統(tǒng)實驗實驗報告

1、.無線通信系統(tǒng)（圖像傳輸）實驗報告一、 實驗?zāi)康?1、掌握無線通信（圖像傳輸）收發(fā)系統(tǒng)的工作原理；2、了解各電路模塊在系統(tǒng)中的作用。二、 實驗內(nèi)容a) 測試發(fā)射機(jī)的工作狀態(tài)；b) 測試接收機(jī)的工作狀態(tài)；c) 測試圖像傳輸系統(tǒng)的工作狀態(tài)；d) 通過改變系統(tǒng)內(nèi)部連接方式造成對圖像信號質(zhì)量的影響來了解各電路模塊的作用。二、 無線圖像傳輸系統(tǒng)的基本工作原理發(fā)射設(shè)備和接收設(shè)備是通信設(shè)備的重要組成部分。其作用是將已調(diào)波經(jīng)過某些處理（如放大、變頻）之后，送給天饋系統(tǒng)，發(fā)向?qū)Ψ交蜣D(zhuǎn)發(fā)中繼站；接收系統(tǒng)再將空間傳播的信號通過天線接收進(jìn)來，經(jīng)過某些處理（如放大、變頻）之后，送到后級進(jìn)行解調(diào)、編碼等。還原出基帶信息送

2、給用戶終端。為了使發(fā)射系統(tǒng)和接收系統(tǒng)同時工作，并且了解各電路模塊在系統(tǒng)中的作用，通過實驗箱中的天線模塊和攝像頭及顯示器，使得發(fā)射和接收系統(tǒng)自閉環(huán)，通過圖像質(zhì)量來驗證通信系統(tǒng)的工作狀態(tài)，及各個電路模塊的作用和連接變化時對通信或圖像質(zhì)量的影響。以原理框圖為例，簡單介紹一下各部分的功能與作用。攝像頭采集的信號送入調(diào)制器進(jìn)頻率調(diào)制，再經(jīng)過一次變頻后、濾波（濾去變頻產(chǎn)生的諧波、雜波等）、放大、通過天線發(fā)射出去。經(jīng)過空間傳播，接收天線將信號接收進(jìn)來，再經(jīng)過低噪聲放大、濾波（濾去空間同時接收到的其它雜波）、下變頻到480MHz，再經(jīng)中頻濾波，濾去諧波和雜波、經(jīng)視頻解調(diào)器，解調(diào)后輸出到顯示器還原圖像信號。三、

3、 實驗儀器信號源、頻譜分析儀等。四、 測試方法與實驗步驟（一） 發(fā)射機(jī)測試圖1原理框圖 基帶信號送入調(diào)制器，進(jìn)行調(diào)制(調(diào)幅或調(diào)頻等調(diào)制),調(diào)制后根據(jù)頻率要求進(jìn)行上變頻,變換到所需微波頻率,并應(yīng)有一定帶寬,然后功率放大，通過天線發(fā)射或其它方式傳播。每次變頻后,會相應(yīng)產(chǎn)生諧波和雜波，一般變頻后加響應(yīng)頻段的濾波器,以濾除諧波和雜波。保證發(fā)射信號的質(zhì)量或頻率穩(wěn)定度。另外調(diào)制器或變頻器本振信號的穩(wěn)定度也直接影響發(fā)射信號的好壞，因而，對本振信號的質(zhì)量也有嚴(yán)格的要求。頻率穩(wěn)定度是指：在規(guī)定的時間間隔內(nèi)，頻率準(zhǔn)確度變化的最大值。變頻器所需的本振源根據(jù)需要可選用VCO、DRO、PLL等。a) 測試發(fā)射系統(tǒng)功率：

4、按照圖2連接電路。圖 2發(fā)射機(jī)框圖設(shè)信號源頻率為480MHz，信號源輸出功率為0dBm。測試發(fā)射機(jī)輸出功率；再逐漸增加信號輸入功率，觀察發(fā)射機(jī)輸出功率直至達(dá)到飽和。b) 測試發(fā)射頻率穩(wěn)定度:以上連接不變，設(shè)定信號源頻率為480MHz，信號源輸出功率仍為0dBm。通過頻譜分析儀觀察2.2GHz射頻輸出信號的相位噪聲,分別設(shè)置頻譜分析儀SPAN為1MHz 和100KHz，可分別觀察到偏離載頻100KHz和10KHz的單邊帶相位噪聲譜密度，判斷發(fā)射信號的短期頻率穩(wěn)定度。圖3 測試方框圖c)測試發(fā)射信號的帶外諧波、雜波抑制。以上連接不變，設(shè)定信號源頻率為480MHz，信號源輸出功率仍為0dBm，通過頻

5、譜分析儀觀察2.2GHz射頻輸出信號的頻譜,設(shè)置頻譜分析儀SPAN為5GHz，此時觀察頻譜輸出的諧波、雜波等，與主頻相比較，其差值為抑制度。（二） 接收機(jī)測試接收系統(tǒng)或接收設(shè)備是通信設(shè)備的重要組成部分，其作用是：通過天線接收通信對方或經(jīng)中繼轉(zhuǎn)發(fā)的射頻信號，經(jīng)過某些處理（如放大、變頻）之后，送到后級進(jìn)行解調(diào)、編碼等，還原出基帶信息送給用戶終端?，F(xiàn)代無線接收系統(tǒng)一般都采用超外差式結(jié)構(gòu)。超外差式結(jié)構(gòu)的主要特征是在電路構(gòu)成上具有變頻器和中頻放大器。圖4接收機(jī)方框圖a)測試接收系統(tǒng)增益：按照圖4連接電路，在低噪聲放大器輸入端連接信號源，中頻放大器輸出端接頻譜分析儀。設(shè)定信號源頻率為2.2GHz；輸出功率

6、為-60dBm。中頻放大器輸出頻率為480MHz，此時頻譜分析儀顯示幅度與-60dBm差值為接收鏈路總增益。b)測試接收機(jī)靈敏度：圖4連接不變。改變信號源輸出功率大小，可從-60dBm繼續(xù)往小變化，在頻譜分析儀上觀察輸出信號頻譜。當(dāng)頻譜分析儀RBW設(shè)為10MHz，頻譜分析儀顯示的頻譜與頻譜分析儀基底噪聲差值為10dB時，這時信號源輸出功率幅度為接收機(jī)最小接收靈敏度。c)測試接收機(jī)動態(tài)范圍：圖4連接不變。設(shè)定信號源輸出功率為接收機(jī)最小接收靈敏度，改變信號源輸出功率大小，不斷增加信號源輸出功率，觀察輸出幅度變化。當(dāng)輸入幅度增加，輸出幅度也增加，但增加量小于1 dB時，為接收機(jī)線性動態(tài)范圍；當(dāng)輸入幅

7、度變化，輸出幅度不變化時，為接收機(jī)動態(tài)范圍。d)測試接收機(jī)噪聲系數(shù):在微波濾波器輸入端連接噪聲系數(shù)測試儀的噪聲源,視頻放大器輸出端接噪聲系數(shù)測試儀。見圖5。應(yīng)按照儀器使用說明進(jìn)行被測系統(tǒng)的測試。圖5 接收機(jī)噪聲測試（三） 系統(tǒng)測試發(fā)射機(jī)和接收機(jī)結(jié)構(gòu)不變的情況下，接入微波發(fā)射、接收天線，再外加攝像頭和顯示器，即將發(fā)射和接收系統(tǒng)通過天線、攝像頭、顯示器自閉環(huán)來測試收/發(fā)系統(tǒng)的工作狀態(tài)。a)傳輸圖像實驗。通過攝像頭和顯示器驗證接收和發(fā)射系統(tǒng)的工作狀態(tài)。發(fā)射系統(tǒng)的衰減器的輸入端接攝像頭；接收系統(tǒng)中頻放大器輸出端接解調(diào)器輸入端，解調(diào)器輸出端接顯示器。連接好后，給各電路模塊及顯示器、攝像頭加電，兩天線距離

8、40公分左右，并且兩只天線的極化方式要一致。這時顯示器上應(yīng)顯示有攝像頭攝到的圖像。b)收發(fā)天線相對位置發(fā)生變化，極化狀態(tài)發(fā)生變化，觀察圖像質(zhì)量的好壞。通過這個實驗可以非常直觀地了解發(fā)射和接收的工作狀態(tài)。c)調(diào)整發(fā)射機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)如降低輸出功率等，觀察圖像質(zhì)量的變化；d)調(diào)整接收機(jī)的系統(tǒng)參數(shù)如在低噪聲電路前加衰減器，觀察圖像質(zhì)量的變化，。五、 實驗報告1、 詳細(xì)描述圖像傳輸系統(tǒng)中發(fā)射機(jī)/接收機(jī)的各個組成部分及其功能。發(fā)射機(jī)：1) 信號源：提供攝像頭的視頻信號，將光信號轉(zhuǎn)化成電信號。2) 固定衰減器：有2dB的衰減，可以將信號強(qiáng)度減弱，如果信號能量過強(qiáng)的話容易導(dǎo)致后級器件功率過大而燒壞。3) 上變頻

9、：將基帶信號的頻率調(diào)制到一個很高的頻率上去，因為高頻率的載波易在信道中傳輸。4) 射頻濾波器：將上變頻產(chǎn)生的其他多余信號濾掉，同時防止雜波噪聲對信號產(chǎn)生干擾。5) 射頻放大器：將發(fā)射端的信號調(diào)大，因為經(jīng)過信道傳輸時信號會衰減，所以為了防止信號衰減到接收機(jī)檢測范圍之外，需要提高發(fā)射端的信號功率和幅度。接收機(jī)：1） 天線：系統(tǒng)最前段，用于接收信號。2） 低噪聲放大器：由于信號在信道中傳輸后會衰減，為了能讓信號被后續(xù)模塊處理，需要將信號放大，且為了不混入干擾信號，使用低噪聲的放大器。3） 射頻濾波器：信號在信道中傳輸時會受到加性高斯白噪聲的影響，使信號在全頻率都有干擾。為了把載波的頻率留下，濾除噪聲

10、，需要射頻濾波器。4） 下變頻：將已調(diào)載波解調(diào)。5） 中頻濾波器：把下變頻產(chǎn)生的干擾頻率信號或者其他因素產(chǎn)生的非基帶頻率濾除只留下基帶信號的頻率。6） 中頻放大器：將基帶信號放大，使之可以被后級的解調(diào)器解調(diào)。2、 該發(fā)射機(jī)的輸入功率、接收機(jī)增益與接收機(jī)靈敏度？由于我們組只做了發(fā)射機(jī)的實驗，所以僅列出發(fā)射機(jī)的實驗數(shù)據(jù)發(fā)射機(jī)的各部分增益（以dB為單位）：固定衰減器：衰減2dB 上變頻器：6dB射頻濾波器：57dB 射頻放大器：1516dB所以總的增益為24dB至27dBa）測試發(fā)射系統(tǒng)功率輸入（db）輸出(dB)00.911.922.733.444.254.9其中輸入為5dB輸出為4.9dB是1d

11、b壓縮點。b）測試發(fā)射頻率穩(wěn)定度單邊帶相位噪聲譜密度：n-a+c-10logB偏載100kHz n-a=-38dB B = 30kHz 單邊相位噪聲譜密度-80.27dB偏載1MHz n-a=-40dB B = 300kHz 單邊相位噪聲譜密度-92.27dBC為修正系數(shù)2.5dB3、若在接收機(jī)的低噪聲放大器前加入衰減器，會明顯改變圖像質(zhì)量，而在中頻放大器前加入衰減器，圖像質(zhì)量變差程度有限，為什么？因為在底噪放前加衰減器，會對本來信號強(qiáng)度就很小的接收信號進(jìn)一步削弱，使信噪比變小，噪聲對信號的影響會更大，所以衰減器的衰減效果越明顯，圖像的質(zhì)量就會越差。但在中頻放大器前加衰減器時，由于所有的信號已經(jīng)處理完畢，而且此時已經(jīng)經(jīng)歷了變頻器濾波器增益效果，而且信號和噪聲會同近似同比例下降，信噪比幾乎不變，所以變差程度有限。3、說明有哪些內(nèi)部因素會影響本系統(tǒng)的圖像質(zhì)量？內(nèi)部對信號處理時各有源器件會有熱噪聲，降低系統(tǒng)的信噪比。在變頻的時候可能載波頻率和噪聲頻率作用會產(chǎn)生頻率大小和基帶頻率差不多的信號影響系統(tǒng)的性能。濾波器的濾波性能無法達(dá)到嚴(yán)格的濾波，殘留的噪聲功率對系統(tǒng)有一定影響。4、舉例說明有哪些外部因素會影響本系統(tǒng)的圖像質(zhì)量？可能通過什么途徑能夠解決。實驗人的電子產(chǎn)品會對系統(tǒng)有干擾 隔離