通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告-基本數(shù)字調(diào)制實(shí)驗(yàn)范晨晨 201300800596 13級(jí)通信工程二班實(shí)驗(yàn)一 ASK調(diào)制及解調(diào)實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用鍵控產(chǎn)生ASK信號(hào)的方法。2、掌握ASK非相干解調(diào)的原理。（二）實(shí)驗(yàn)器材1、主控&信號(hào)源、9號(hào)模塊各一塊2、雙蹤示波器一臺(tái)3、連接線若干（三）實(shí)驗(yàn)原理振幅鍵控是利用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息，而其頻率和初始相位保持不變。在2ASK中，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。在本次實(shí)驗(yàn)中，采用鍵控法進(jìn)行調(diào)制，解調(diào)則采用非相干解調(diào)，即將基帶信號(hào)和載波直接相乘，已調(diào)信號(hào)經(jīng)過半波整流、低通濾波后，通過門限判決電路解調(diào)出原始基帶信號(hào)。（四）實(shí)驗(yàn)

2、過程&波形分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 ASK調(diào)制1、 連線，設(shè)置主控菜單，將模塊9的開關(guān)S1撥為0000。2、 此時(shí)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為：PN序列輸出頻率為32kHz，調(diào)節(jié)128kHz載波信號(hào)峰峰值為3V。由圖可知，縱向每一大格代表500mV，共有6個(gè)大格，即峰峰值為3V。3、以9號(hào)模塊TH1為觸發(fā)，用示波器同時(shí)觀測(cè)9號(hào)模塊TH1和TH4，驗(yàn)證ASK調(diào)制原理。右圖是左圖的局部放大圖像。由上圖觀察可知，在調(diào)制輸入信號(hào)為0時(shí)，調(diào)制輸出信號(hào)幅值為0；在調(diào)制輸入信號(hào)為1時(shí)，調(diào)制輸出信號(hào)為余弦載波，由此可驗(yàn)證ASK的調(diào)制原理。因?yàn)镻N序列輸出頻率為32kHz，載波信號(hào)頻率為128kHz，所以一個(gè)碼元應(yīng)對(duì)應(yīng)4個(gè)載波周期。

3、讀圖可知，橫向一個(gè)大格為20S，則一個(gè)碼元占據(jù)約1.5個(gè)大格，恰好對(duì)應(yīng)4個(gè)載波周期。4、 將PN序列輸出頻率改為64kHz，觀察載波個(gè)數(shù)是否發(fā)生變化。左圖為更改PN輸出頻率的界面，右圖為更改頻率后的調(diào)制輸入信號(hào)與調(diào)制輸出信號(hào)。因?yàn)镻N序列輸出頻率為64kHz，載波信號(hào)頻率為128kHz，所以一個(gè)碼元應(yīng)對(duì)應(yīng)2個(gè)載波周期。讀圖可知，橫軸中一個(gè)大格為10S，則一個(gè)碼元占據(jù)約1.5個(gè)大格，恰好對(duì)應(yīng)2個(gè)載波周期。由此可知，PN序列輸出頻率（即碼元發(fā)送頻率）從32kHz變?yōu)?4kHz，使得碼元周期的長(zhǎng)度減小為原來的1/2。又因?yàn)檩d波的頻率未變，其對(duì)應(yīng)的周期長(zhǎng)度不變，所以一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)的載波個(gè)數(shù)減少為原來的1

4、/2。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 ASK解調(diào)1、 保持實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一中的連線及初始狀態(tài)。2、 以9號(hào)模塊TH1為觸發(fā)，用示波器同時(shí)觀測(cè)9號(hào)模塊TH1和TH6，調(diào)節(jié)W1直至二者波型相同；再觀測(cè)TP4（整流輸出）、TP5（LPF-ASK）兩個(gè)中間過程測(cè)試點(diǎn)，驗(yàn)證ASK解調(diào)原理。上圖為調(diào)制輸入信號(hào)（TH1）與解調(diào)輸出信號(hào)（TH6）。最初得到的波形中，兩者的碼元寬度不太相同，通過調(diào)節(jié)9號(hào)模塊中的W1，最終使得兩者波型相同，如上圖所示，但存在一定的延時(shí)。CH1為TP4（整流輸出）處的波形，CH2為TP5（LPF-ASK）處的波形。右圖為左圖的局部放大。在理論課程中已學(xué)過，整流器和低通濾波器起到包絡(luò)檢波的作用，前者將輸入信號(hào)

5、變?yōu)槊}動(dòng)直流信號(hào)，后者則轉(zhuǎn)換為平緩變化的直流信號(hào)。從上圖中也可觀察到，經(jīng)整流器和低通濾波器后，可避免載波的抖動(dòng)對(duì)抽樣判決的影響，減小判決誤差。由此可驗(yàn)證ASK的解調(diào)原理：已調(diào)信號(hào)經(jīng)半波整流后變?yōu)槊}動(dòng)直流信號(hào)，再經(jīng)低通濾波后變?yōu)槠骄彽闹绷餍盘?hào)，然后用門限判決電平進(jìn)行判定。若信號(hào)幅值大于門限電平則判為“1”，若小于門限電平則判為“0”。3、 以信號(hào)源的CLK為觸發(fā)，測(cè)9號(hào)模塊LPF-ASK，觀測(cè)眼圖。通過查閱課本可知：眼圖，是指通過用示波器觀察接收端的基帶信號(hào)波形，從而估計(jì)和調(diào)整系統(tǒng)性能的一種方法。其具體做法是用一個(gè)示波器跨接在抽樣判決器的輸入端，然后調(diào)整示波器水平掃描周期，使其與接收碼元的周期同

6、步。此時(shí)可以從示波器顯示的圖形上，觀察碼間干擾和信道噪聲等因素影響的情況，從而估計(jì)系統(tǒng)性能的優(yōu)劣程度。因?yàn)樵趥鬏敹M(jìn)制信號(hào)波形時(shí)，示波器顯示的圖形很像人的眼睛，故名“眼圖”。 若存在碼間串?dāng)_，則形成的眼圖線跡雜亂，“眼睛”張開的較小，且眼圖不端正。眼圖中“眼睛”張開越大，眼圖越端正，則碼間串?dāng)_越小；反之，碼間串?dāng)_越大。當(dāng)存在噪聲時(shí)，眼圖的線跡會(huì)變成比較模糊的帶狀的線，且噪聲越大，線條越粗，越模糊。“眼睛”張開得越小。除了定性反映碼間串?dāng)_和噪聲的大小，從眼圖中還可以得知：最佳抽樣時(shí)刻是“眼睛”張開最大的時(shí)刻；定時(shí)誤差靈敏度是眼圖斜邊的斜率；圖的陰影區(qū)的垂直高度表示抽樣時(shí)刻上信號(hào)受噪聲干擾的畸變程

7、度；圖中央的橫軸位置對(duì)應(yīng)于判決門限電平等等。觀察在實(shí)驗(yàn)中得到的眼圖，可發(fā)現(xiàn)此圖中“眼睛”張開較大，眼圖端正，線跡也比較清晰，因此基本上沒有受到碼間串?dāng)_和噪聲的影響。（5） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目1、 分析實(shí)驗(yàn)電路的工作原理，簡(jiǎn)述其工作過程； 從信號(hào)源發(fā)出頻率為32kHz的PN序列，即為單極性非歸零碼。將其與128kHz的載波相乘，便完成ASK的調(diào)制；將調(diào)制后信號(hào)進(jìn)行半波整流和低通濾波，然后根據(jù)門限電平進(jìn)行抽樣判決，便可完成ASK的解調(diào)。2、 分析ASK調(diào)制解調(diào)原理。 ASK調(diào)制即用載波的幅度變化來傳遞數(shù)字信息。對(duì)于2ASK，載波的幅度只有兩種變化狀態(tài)，分別對(duì)應(yīng)二進(jìn)制信息“0”或“1”。調(diào)制的方式包括模擬

8、調(diào)制法（相乘器法）和鍵控法。 ASK的解調(diào)是將調(diào)制后信號(hào)進(jìn)行包絡(luò)檢波或相干解調(diào)。本次實(shí)驗(yàn)中采用前者，即將載波的振幅提取出來，并轉(zhuǎn)換為直流信號(hào)進(jìn)行門限判決，以恢復(fù)原始的基帶信號(hào)。實(shí)驗(yàn)二 FSK調(diào)制及解調(diào)實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用鍵控產(chǎn)生FSK信號(hào)的方法。2、掌握FSK非相干解調(diào)的原理。（二）實(shí)驗(yàn)器材1、主控&信號(hào)源、9號(hào)模塊各一塊2、雙蹤示波器一臺(tái)3、連接線若干（三）實(shí)驗(yàn)原理頻移鍵控是利用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息，而其振幅和初始相位保持不變。在2FSK中，載波的頻率隨二進(jìn)制基帶信號(hào)在f1和f2兩個(gè)頻率點(diǎn)間變化。在本次的實(shí)驗(yàn)中，基帶信號(hào)與一路載波相乘得到“1”電平的ASK調(diào)制信號(hào)，基帶信號(hào)取

9、反后再與二路載波相乘得到“0”電平的ASK調(diào)制信號(hào)，然后將兩者相加便可合成FSK的調(diào)制輸出。已調(diào)信號(hào)采用過零檢測(cè)法識(shí)別信號(hào)中載波頻率的變化情況，通過上、下沿單穩(wěn)觸發(fā)電路再相加輸出，最后經(jīng)過低通濾波和門限判決，得到原始基帶信號(hào)。（四）實(shí)驗(yàn)過程&波形分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 FSK調(diào)制1、連線，設(shè)置主控菜單，將模塊9的開關(guān)S1撥為0000。2、調(diào)節(jié)信號(hào)源模塊的W2使128kHz載波信號(hào)峰峰值為3V，調(diào)節(jié)W3使256kHz載波信號(hào)峰峰值也為3V。 由圖可知，兩者的縱軸中一個(gè)大格分別代表500mV和1V，因此峰峰值為3V的信號(hào)分別占據(jù)6個(gè)大格和3個(gè)大格。3、 此時(shí)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為：PN序列輸出頻率為32kHz。

10、4、 示波器CH1接9號(hào)模塊TH1基帶信號(hào)，CH2接9號(hào)模塊TH4調(diào)制輸出，以CH1為觸發(fā)對(duì)比觀測(cè)FSK調(diào)制輸入及輸出，驗(yàn)證FSK調(diào)制原理。右圖為左圖的局部放大。由上圖觀察可知，基帶信號(hào)為“0”和“1”時(shí)分別對(duì)應(yīng)一種頻率的載波。在右圖中，橫軸一個(gè)大格代表10S，碼元的發(fā)送頻率為32kHz，則一個(gè)碼元占據(jù)約3個(gè)大格。由此可知，當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)4個(gè)載波周期，則載波的頻率為128kHz；當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)8個(gè)載波周期，則載波頻率為256kHz。綜上，F(xiàn)SK調(diào)制原理得以驗(yàn)證。5、 將PN序列輸出頻率改為64kHz，觀察載波個(gè)數(shù)是否發(fā)生變化。右圖為左圖的局部放大。觀察右

11、圖可知，橫軸的一個(gè)大格代表10S，則一個(gè)碼元占據(jù)約1.5個(gè)大格（PN序列頻率變?yōu)樵瓉淼膬杀?，所以周期減小為1/2）。圖中，當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)2個(gè)載波周期（載波頻率為128kHz）；當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)4個(gè)載波周期（載波頻率為256kHz）。由此可知，PN序列頻率（即碼元發(fā)送頻率）從32kHz變?yōu)?4kHz，使得碼元周期的長(zhǎng)度減小為原來的1/2，而“0”碼元所對(duì)應(yīng)的仍為128kHz的載波，“1”碼元對(duì)應(yīng)的仍為256kHz的載波。由于載波頻率未變化，其各自的周期也就未變化，所以一個(gè)碼元對(duì)應(yīng)的載波個(gè)數(shù)減小為原來的1/2。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 FSK解調(diào)1、 保持實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一中的連線

12、及初始狀態(tài)。2、 對(duì)比觀測(cè)調(diào)制信號(hào)輸入以及解調(diào)輸出：以9號(hào)模塊TH1為觸發(fā)，用示波器分別觀測(cè)9號(hào)模塊TH1和TP6（單穩(wěn)相加輸出）、TP7（LPF-FSK）、TH8（FSK解調(diào)輸出），驗(yàn)證FSK解調(diào)原理。左圖中的CH1為9號(hào)模塊的TH1，即輸入基帶信號(hào)，CH2為TP6，即單穩(wěn)相加輸出。右圖為輸入基帶信號(hào)與調(diào)制輸出信號(hào)。將左圖中的單穩(wěn)相加輸出信號(hào)與右圖中的調(diào)制輸出波形比較可知，進(jìn)行單穩(wěn)相加后，載波的負(fù)向波形向上翻折成正向波形，并由原來的余弦脈沖變?yōu)榫匦蚊}沖。矩形脈沖的個(gè)數(shù)即為信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)，因此它們的密集程度反映了信號(hào)的頻率高低。而且變?yōu)榫匦蚊}沖后直流分量增大，其大小和信號(hào)頻率的高低成正比。上圖

13、中的CH1為TP7（LPF-FSK），CH2為TH8（FSK解調(diào)輸出）。由圖可知，經(jīng)低通濾波器后，將矩形脈沖中的直流分量提取出來。又因?yàn)橹绷鞣至康拇笮『托盘?hào)頻率的高低成正比，所以完成了頻率-幅度的變換，從而根據(jù)直流分量幅度上的區(qū)別還原出數(shù)字信號(hào)“0”和“1”，如圖中CH2所示。3、 以信號(hào)源的CLK為觸發(fā)，測(cè)9號(hào)模塊LPF-FSK，觀測(cè)眼圖。 由觀察可知，眼圖中“眼睛”張開得比較大，但是眼圖不太端正，線條也有些模糊，因此信號(hào)中存在碼間串?dāng)_和噪聲，但影響比較小。（5） 實(shí)驗(yàn)報(bào)告題目1、 分析實(shí)驗(yàn)電路的原理，簡(jiǎn)述其工作過程；實(shí)驗(yàn)電路的原理及工作過程已在第（三）部分中分析過。2、 分析FSK調(diào)制解調(diào)

14、原理。FSK調(diào)制是用載波的頻率變化來傳遞數(shù)字信息，例如2FSK中基帶信號(hào)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)載波頻率為f1，基帶信號(hào)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)載波頻率為f2。2FSK信號(hào)的產(chǎn)生方法主要有兩種：模擬調(diào)頻電路和鍵控法，在本次實(shí)驗(yàn)中采用的是鍵控法。FSK的解調(diào)方式包括包絡(luò)檢波、相干解調(diào)和過零檢測(cè)。在本實(shí)驗(yàn)中采用的是過零檢測(cè)法，其基本原理是識(shí)別信號(hào)中載波頻率的變化情況，通過上、下沿單穩(wěn)觸發(fā)電路再相加輸出，最后經(jīng)過低通濾波和門限判決來恢復(fù)原始基帶信號(hào)。實(shí)驗(yàn)三 BPSK調(diào)制及解調(diào)實(shí)驗(yàn)（一）實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握BPSK調(diào)制和解調(diào)的基本原理；2、掌握BPSK數(shù)據(jù)傳輸過程，熟悉典型電路；3、了解數(shù)字基帶波形時(shí)域形成的原理和方法，

15、掌握滾降系數(shù)的概念；4、熟悉BPSK調(diào)制載波包絡(luò)的變化；5、掌握BPSK載波恢復(fù)特點(diǎn)與位定時(shí)恢復(fù)的基本方法。（二）實(shí)驗(yàn)器材1、主控&信號(hào)源、9號(hào)、13號(hào)模塊各一塊2、雙蹤示波器一臺(tái)3、連接線若干（三）實(shí)驗(yàn)原理在9號(hào)模塊中，基帶信號(hào)的“1”電平和“0”電平信號(hào)分別與256kHz載波及256kHz反相載波相乘，疊加后得到BPSK調(diào)制輸出。已調(diào)信號(hào)送入到13模塊載波提取單元得到同步載波。已調(diào)信號(hào)與相干載波相乘后，經(jīng)過低通濾波和門限判決后，便可解調(diào)出原始基帶信號(hào)。（四）實(shí)驗(yàn)過程&波形分析實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 BPSK調(diào)制信號(hào)觀測(cè)（9號(hào)模塊）1、連線，設(shè)置主控菜單，將模塊9的開關(guān)S1撥為0000。2、調(diào)節(jié)信號(hào)源模

16、塊的W3使256kHz載波信號(hào)峰峰值為3V。由圖可知，縱向每一大格代表500mV，共有6個(gè)大格，即峰峰值為3V。3、 此時(shí)系統(tǒng)的初始狀態(tài)為：PN序列輸出頻率為32kHz。4、 （1）以9號(hào)模塊“NRZ-I”為觸發(fā)，觀測(cè)“I”。右圖為左圖的局部放大。（2） 以9號(hào)模塊“NRZ-Q”為觸發(fā)，觀測(cè)“Q”。（3） 以9號(hào)模塊“基帶信號(hào)”為觸發(fā)，觀測(cè)“調(diào)制輸出”。思考：分析以上觀測(cè)的波形，分析與ASK有何關(guān)系？分析實(shí)驗(yàn)框圖可知，基帶信號(hào)分成兩路，一路信號(hào)是NRZ_I分量，其直接與256kHz的載波相乘，從觀測(cè)點(diǎn)I可觀察到兩者相乘后的波形情況；另一路信號(hào)取反后構(gòu)成NRZ_Q分量，再與反相的256kHz載波

17、相乘，從觀測(cè)點(diǎn)Q可觀察到兩者相乘后的波形情況。經(jīng)過I、Q觀測(cè)點(diǎn)后的兩路信號(hào)相加便可得到調(diào)制輸出信號(hào)。對(duì)比（1）、（2）中的載波波形，可發(fā)現(xiàn)兩者相位相反。在兩路信號(hào)相加得到的已調(diào)信號(hào)波形（3）中，也可觀察到“1”、“0”對(duì)應(yīng)的載波幅度、頻率相同，但相位相反。ASK為振幅調(diào)制，當(dāng)基帶信號(hào)為“0”時(shí)，對(duì)應(yīng)的已調(diào)信號(hào)載波幅值若為0，則當(dāng)基帶信號(hào)為“1”時(shí)，對(duì)應(yīng)的已調(diào)信號(hào)載波幅值不為0。在以上的各圖中，從“I”、“Q”處觀測(cè)到的波形類似于ASK信號(hào)，即不同的二進(jìn)制碼元對(duì)應(yīng)載波的不同幅度。但兩路信號(hào)相加后便得到了BPSK調(diào)制信號(hào)。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 BPSK解調(diào)1、保持實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一中的連線及初始狀態(tài)。2、以9號(hào)模塊

18、的“基帶信號(hào)”為觸發(fā)，觀測(cè)13號(hào)模塊的“SIN”，調(diào)節(jié)13號(hào)模塊的W1使“SIN”的波形穩(wěn)定，即恢復(fù)出載波。3、 以9號(hào)模塊的“基帶信號(hào)”為觸發(fā)，觀測(cè)“BPSK解調(diào)輸出”，多次單擊13號(hào)模塊的“復(fù)位”按鍵。觀測(cè)“BPSK解調(diào)輸出”的變化。由上圖觀察可知，一開始觀測(cè)到的BPSK解調(diào)輸出信號(hào)（CH2）與輸入基帶信號(hào)（CH1）中的“0”、“1”恰相反，即出現(xiàn)了相位模糊現(xiàn)象，但通過多次單擊13號(hào)模塊的“復(fù)位”按鍵，BPSK解調(diào)輸出的信號(hào)逐漸接近基帶信號(hào)，最終基本上相同，消除了“0”、“1”相反的現(xiàn)象。4、 以信號(hào)源的CLK為觸發(fā)，測(cè)9號(hào)模塊LPF-BPSK，觀測(cè)眼圖。 觀察上圖可知，“眼睛”張開得較大，線跡清晰，但眼圖不端正，因此存在碼間串?dāng)_和噪聲的影響