通信原理硬件實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、 電子工程學(xué)院通信原理硬件實(shí)驗(yàn)報(bào)告姓名班級學(xué)號班內(nèi)序號聯(lián)系電話指導(dǎo)教師: 實(shí)驗(yàn)日期：2016年4月23日4月24日實(shí)驗(yàn)一雙邊帶抑制載波調(diào)幅（DSB-SC AM）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解DSB-SC AM信號的產(chǎn)生以及相干解調(diào)的原理和實(shí)現(xiàn)方法(2) 了解DSB-SC AM信號波形以及振幅頻譜特點(diǎn),并掌握其測量方法(3) 了解在發(fā)送DSB-SC AM信號加導(dǎo)頻分量的條件下,收端用鎖相環(huán)提取載波的原理及其實(shí)現(xiàn)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(diào)試方法二、實(shí)驗(yàn)原理AM信號的產(chǎn)生及相干解調(diào)原理框圖如圖1.1圖1.1由圖知，鎖相環(huán)乘法器的輸出為：Acmtcos2fct+

2、Apcos2fctsincos2fct+=Ac2mtsin+sincos4fct+Ap2sin+sincos4fct+經(jīng)過鎖相環(huán)反饋，相干解調(diào)時(shí)與恢復(fù)載波想成，則Acmtcos2fct+Apcos2fctcoscos2fct+=Ac2mtcos+coscos4fct+Ap2cos+coscos4fct+，經(jīng)過LPF、隔直流后，輸出為Ac2mt cos.三、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果（一）DSB-SC AM信號的產(chǎn)生1、實(shí)驗(yàn)步驟（1） 按照圖1.2所示，將音頻振蕩器輸出的模擬音頻信號及主振蕩器輸出的100khz模擬載波信號分別用連接線連至乘法器的兩個(gè)輸入端（2） 用示波器觀看音頻振蕩器輸出信號的信號波形

3、幅度及振蕩頻率，調(diào)整音頻信號的輸出頻率為10khz，作為均值為0的控制信號（3） 用示波器觀看主振蕩器輸出信號波形的幅度及振蕩頻率（4） 用示波器觀看乘法器的輸出波形，并注意已調(diào)信號波形的相位翻轉(zhuǎn)與調(diào)制信號波形關(guān)系（5） 測量已調(diào)信號的振幅頻譜，注意其振幅頻譜的特點(diǎn)（6） 按照圖將DSB-SC AM信號及導(dǎo)頻分別連到加法器的輸入端，觀看加法器的輸出波形及振幅頻譜，分別調(diào)整加法器中的增益G和g，具體調(diào)整方法如下（a） 首先調(diào)整增益G：將加法器的B輸入接地端接地，A輸入端接已調(diào)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(diào)節(jié)旋鈕G，使得加法器暑促幅度與輸入一致，說明此時(shí)G=1（

4、b） 將調(diào)整增益g：加法器A輸入端仍接已調(diào)信號，B輸入端接導(dǎo)頻信號。用頻譜儀觀看加法器輸出信號的振幅頻譜，調(diào)節(jié)增益g旋鈕，使導(dǎo)頻信號振幅頻譜的幅度為已調(diào)信號的邊帶頻譜幅度的0.8倍。此導(dǎo)頻信號功率約為已調(diào)信號功率的0.32倍。圖1.2 DSB-SC AM 信號加導(dǎo)頻的實(shí)驗(yàn)連接圖2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析：主振蕩器輸出波形（100kHz余弦信號）：乘法器輸出波形： 從輸出波形可以看出，已調(diào)信號波形存在相位翻轉(zhuǎn)。已調(diào)信號振幅頻譜：從振幅頻譜可以看到，波形主要在100kHz、（100-10）kHz和（100+10）kHz處有值，且90kHz與110kHz的振幅基本相等。加法器輸出波形：加法器輸出振幅頻譜（導(dǎo)

5、頻幅度為已調(diào)信號邊帶頻譜幅度0.8倍）：四、思考題 （1）整理實(shí)驗(yàn)記錄波形，說明DSB-SC AM信號波形特點(diǎn)。答：DSB-SC AM信號波形的頻率恒定，振幅隨時(shí)間變化，但振幅包絡(luò)為余弦函數(shù)，同時(shí)其在余弦函數(shù)包絡(luò)各個(gè)周期的90度和270度處有相位翻轉(zhuǎn)。其單邊功率譜為三個(gè)沖擊。在中心頻率上沖擊幅值大，邊帶的沖擊幅值較小。（2）整理實(shí)驗(yàn)記錄振幅頻譜，畫出已調(diào)信號加導(dǎo)頻的振幅頻譜圖（標(biāo)上頻率值）。根據(jù)此振幅頻譜，計(jì)算導(dǎo)頻信號功率與已調(diào)信號功率之比。答：振幅頻譜圖如下導(dǎo)頻信號與已調(diào)信號功率比為：0.8*0.8/2=0.32 實(shí)驗(yàn)二具有離散大載波的雙邊帶調(diào)幅（AM）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解AM信號的產(chǎn)生

6、原理以及實(shí)現(xiàn)方法(2) 了解AM信號波形以及振幅頻譜的特點(diǎn),并掌握調(diào)幅系數(shù)的測量方法(3) 了解AM信號的非相干解調(diào)原理和方法二、實(shí)驗(yàn)原理1、 AM信號的產(chǎn)生音頻信號為m(t)=Amsin(2fmt)，則單音頻調(diào)幅的AM信號表達(dá)式為：SAMt=Ac（A+AMsin2fmt）sin2fct=AcA（1+asin2fmt）sin2fct其中調(diào)幅系數(shù)a=AmA，并要求a1，本次采用的原理框圖為圖2.1圖2.1 產(chǎn)生AM信號2、 AM信號的解調(diào)用包絡(luò)檢波的方法進(jìn)行解調(diào)三、 實(shí)驗(yàn)步驟和實(shí)驗(yàn)結(jié)果（一）AM信號的產(chǎn)生1、實(shí)驗(yàn)步驟（1） 按圖2.2進(jìn)行各模塊之間的連接。（2） 音頻振蕩器輸出為5kHz,主振蕩

7、器輸出為100kHz，乘法器輸入耦合開關(guān)置于DC狀態(tài)。（3） 分別調(diào)整加法器的增益G和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。圖2.2 產(chǎn)生AM信號的實(shí)驗(yàn)連接圖（5） 觀察乘法器輸出波形是否為AM波形。（6） 測量AM信號的調(diào)幅系數(shù)a值，調(diào)整可變直流電壓，使a=0.8。（7） 測量a=0.8的AM信號振幅頻譜。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析：加法器輸出為正時(shí)： 由于直流電壓的不斷提高，使加法器的疊加信號增大，最小值減小。從測量的數(shù)據(jù)來看，加法器最小值為1.16V，滿足加法器輸出為正的要求。a=0.8時(shí)的AM信號波形：由a=(Amax-Amin)/(Amax+Amin)，當(dāng)a=0.

8、8時(shí)，解得Amax/Amin=9。從以上三幅圖可以得到，2Amax=2.54V，2 Amin=0.28V，則Amax/Amin=2.54/0.28=9，滿足a=0.8的要求。a=0.8時(shí)的AM信號振幅頻譜：（二）AM信號的非相關(guān)解調(diào)1、實(shí)驗(yàn)步驟（1） 連接如圖2.3所示，輸入的AM信號的調(diào)幅系數(shù)a=0.8。圖2.3 AM信號的非相干解調(diào)實(shí)驗(yàn)連接圖（2） 用示波器觀察整流器（RECTIFIER）的輸出波形。（3） 用示波器觀察低通濾波器（LPF）的輸出波形。（4） 改變輸入AM信號的調(diào)幅系數(shù)，觀察包絡(luò)檢波器輸出波形是否隨之改變。（5） 改變發(fā)端調(diào)制信號的頻率，觀察包絡(luò)檢波輸出波形的變化。2、實(shí)驗(yàn)

9、結(jié)果：整流器輸出波形： 可以看到，經(jīng)過整流器的輸出波形只有大于0的部分。低通濾波器輸出波形與原信號： 從圖中可以看出，經(jīng)過低通濾波器的輸出信號基本與原信號一致，仍為正弦信號，只是相位與幅度不同。解調(diào)過程中，當(dāng)使輸入AM信號的調(diào)幅系數(shù)a增大，即所加直流減小時(shí)，包絡(luò)檢波波形形狀沒有發(fā)生變化，只是整體下移，這和所加直流減小相對應(yīng)。當(dāng)發(fā)端調(diào)制信號的頻率改變時(shí)，包絡(luò)檢波輸出的頻率隨之改變并與之相等。 四、 思考題（1）在什么情況下，會產(chǎn)生AM信號的過調(diào)現(xiàn)象？答：AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號mt成正比，為避免產(chǎn)生過調(diào)制要求a1。也即當(dāng)a1時(shí)會產(chǎn)生過調(diào)現(xiàn)象，因?yàn)閍時(shí)不能保證AM信號的包絡(luò)在任何時(shí)候都大于零，使得

10、包絡(luò)會出現(xiàn)零點(diǎn)，產(chǎn)生過調(diào)。(2)對于a=0.8的AM信號，請計(jì)算載頻功率與邊帶功率之比值。答：a=0.8時(shí)，由AM信號的表達(dá)式：SAMt=AcA（1+asin2fmt）sin2fct可知，載頻的單邊功率為：(AcA/2)2，單邊帶功率為（AcAa4)22，故載頻功率與單邊帶功率之比為：258=3.125(3)是否可用包絡(luò)檢波器對DSB-SC AM信號進(jìn)行解調(diào)？請解釋原因。答：不能。因?yàn)镈SB-SC AM信號為雙邊帶抑制載波調(diào)幅信號，顧名思義，DSB-SC AM信號抑制了載波的存在，使得其信號的表達(dá)式中的包絡(luò)與調(diào)制信號沒有簡單的正比關(guān)系，其信號波形有相位反轉(zhuǎn)，包絡(luò)沒有反映出調(diào)制信號的特征，故不適

11、合用包絡(luò)檢波，宜采取相干解調(diào)。實(shí)驗(yàn)七：采樣、判決一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解采樣、判決在數(shù)字通信系統(tǒng)中的作用及其實(shí)現(xiàn)方法。（2） 自主設(shè)計(jì)從限帶基帶信號中提取時(shí)鐘、并對限帶基帶信號進(jìn)行采樣、判決、恢復(fù)數(shù)據(jù)的實(shí)驗(yàn)方案，完成實(shí)驗(yàn)任務(wù)。二、實(shí)驗(yàn)原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收端，設(shè)法從接受濾波器輸出的基帶信號中提取時(shí)鐘，用以對接收濾波器輸出的基帶信號在眼圖睜開最大處進(jìn)行周期性采樣，然后將各采樣值分別與判決門限進(jìn)行比較做出判決、輸出數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)連接圖如下：圖7.1 眼圖、時(shí)鐘提取、采樣、判決實(shí)驗(yàn)連接圖1、實(shí)驗(yàn)步驟（1） 自主設(shè)計(jì)圖中的提取時(shí)鐘的實(shí)驗(yàn)方案，完成恢復(fù)時(shí)鐘（TTL電平）的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。

12、（2） 按照下圖所示，將恢復(fù)時(shí)鐘輸入于判決模塊的B.CLK時(shí)鐘輸入端（TTL電平）。將可調(diào)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(guān)SW1撥到NRZ-L位置（雙極性不歸零碼），SW2開關(guān)撥到“內(nèi)部”位置。（3） 用雙蹤示波器同時(shí)觀察眼圖及采樣脈沖。調(diào)節(jié)判決模塊前面板上的判決點(diǎn)旋鈕，使得在眼圖睜開最大處進(jìn)行采樣、判決。對于NRZ-L碼的最佳判決電平是零，判決輸出的是TTL電平的數(shù)字信號。由于信號時(shí)雙極性不歸零碼,所以直接平方的結(jié)果為直流,不能達(dá)到整流的目的,所以可以在將信號通過一個(gè)微分器后在進(jìn)行整流提取時(shí)鐘所以得到的時(shí)鐘截圖會有相位偏移,在最后加一個(gè)移相器就能

13、達(dá)到要求Get clock(blue)有相位偏移2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析眼圖： 從圖中可以看出，眼圖的形狀較為明顯和穩(wěn)定，經(jīng)過調(diào)節(jié)判決模塊前面板的判決點(diǎn)旋鈕，采樣脈沖與眼圖最大處重疊，在眼圖睜開最大處進(jìn)行采樣、判決。四、思考題對于滾降系數(shù)為 =1 升余弦滾降的眼圖，請示意畫出眼圖，標(biāo)出最佳采樣時(shí)刻和最佳判決門限判決門限最佳采樣時(shí)刻答：當(dāng)滾降系數(shù)為 =1時(shí)，眼圖是由余弦信號疊加而成的，其最佳采樣時(shí)刻和最佳的判決門限如下所示：實(shí)驗(yàn)八：二進(jìn)制通斷鍵控(OOK)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?） 了解OOK信號的產(chǎn)生及其實(shí)現(xiàn)方法。（2） 了解OOK信號波形和功率譜的特點(diǎn)及其測量方法。（3） 了解OOK信號的解調(diào)及其實(shí)現(xiàn)方法

14、。二、實(shí)驗(yàn)原理OOK的產(chǎn)生原理圖：圖8.1 OOK信號產(chǎn)生原理OOK的相干解調(diào)：圖8.2 OOK信號的相干解調(diào)OOK的非相干解調(diào)：將OOK信號整流，再經(jīng)過低通，實(shí)現(xiàn)包絡(luò)檢波，用提取出來的時(shí)鐘抽樣判決得到解調(diào)輸出圖8.3 OOK信號的非相干解調(diào)三、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果實(shí)驗(yàn)連接圖如下：圖8.4 產(chǎn)生OOK信號的實(shí)驗(yàn)連接圖 圖8.5 OOK信號非相干解調(diào)實(shí)驗(yàn)連接圖1、實(shí)驗(yàn)步驟：（1）OOK信號的產(chǎn)生：如實(shí)驗(yàn)電路圖連接電路，產(chǎn)生OOK信號。用示波器觀察各點(diǎn)信號波形，并用頻譜儀觀察各點(diǎn)功率譜（將序列發(fā)生器模塊印刷電路板上的雙列直插開關(guān)撥到“11”，使碼長為2048）。（2）OOK信號的非相干解調(diào)：如下圖連

15、接，自主完成時(shí)鐘提取、采樣、判決，產(chǎn)生OOK的非相干解調(diào)信號。用示波器觀察各點(diǎn)波形。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果：（1）OOK信號的產(chǎn)生： OOK信號波形OOK信號功率譜線路編碼器功率譜序列發(fā)生器功率譜主信號功率譜（100kHz）8.3kTTL信號功率譜（2） OOK信號的非相干解調(diào)：采樣點(diǎn)標(biāo)記輸出波形 時(shí)鐘提取信號波形非相干解調(diào)輸出信號和采樣點(diǎn)標(biāo)記信號波形序列碼發(fā)生器波形與非相干解調(diào)輸出信號波形對比如上圖序列碼發(fā)生器波形和非相干解調(diào)輸出波形的對比，兩者的波形幅度不同，但兩者的波形形狀基本一致，只是非相干解調(diào)輸出信號有一定的延時(shí)，OOK信號解調(diào)的效果還是相當(dāng)好的，誤碼率不高。 四、思考題1.對OOK信號的相干

16、解調(diào)如何進(jìn)行載波提?。空埉嫵鲈砜驁D及實(shí)驗(yàn)框圖。答：對OOK信號進(jìn)行相干解調(diào)時(shí)載波的提取原理如下所示：從上圖中的OOK的功率譜密度可以看出，其功率譜密度中含有離散的載頻分量，所以可以直接用窄帶濾波器來提取時(shí)鐘：圖8.6 時(shí)鐘提取具體的實(shí)驗(yàn)框圖如下所示：圖8.7 時(shí)鐘提取具體實(shí)現(xiàn)實(shí)驗(yàn)十二 低通信號的采樣與重建一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?1) 了解低通信號的采樣及其信號重建的原理和實(shí)現(xiàn)方法(2) 測量各信號波形及振幅頻譜二、低通信號的采樣與重建的定理1、低通信號的采樣定理一個(gè)頻帶受限于于0,fH的模擬基帶信號，可以唯一地被采樣周期Ts不大于12fH的采樣序列值所決定。將該樣值序列通過一帶寬為fH的低通濾波器，可

17、以無失真的重建或恢復(fù)出原基帶信號。2、實(shí)驗(yàn)原理本實(shí)驗(yàn)的原理如下圖所示：圖12.1 低通信號的采樣電路圖一模擬音頻信號 m(t)通過采樣器輸出被采樣信號ms(t).由于周期采樣脈沖序列的 S(t) 控制一開關(guān)的閉合與打開構(gòu)成采樣器，其采樣信號為ms(t)，可以通過一個(gè)低通濾波器恢復(fù)出原基帶信號。三、實(shí)驗(yàn)步驟及實(shí)驗(yàn)結(jié)果1、實(shí)驗(yàn)步驟：（1） 按照圖連接各模塊圖12.2 低通信號的采樣與重建實(shí)驗(yàn)連接圖（2）用雙蹤示波器測量圖中各點(diǎn)處的信號波形，調(diào)節(jié)雙脈沖發(fā)生器的width旋鈕，使采樣脈沖寬度約為10s。（3）用頻譜儀測量各信號的頻譜，并加以分析。2、實(shí)驗(yàn)結(jié)果和分析：雙脈沖發(fā)生器輸出信號（采樣信號脈沖寬

18、度為10us） 重建信號波形由原信號與恢復(fù)信號的對比可見，重建信號與原信號基本一致，重建效果較好。8.0k TTL頻譜2.083k 正弦信號頻譜雙脈沖發(fā)生器頻譜采樣信號頻譜重建信號頻譜四、思考題（1）若采樣器的輸入音頻信號頻率為5kHz，請問本實(shí)驗(yàn)的LPF得輸出信號會產(chǎn)生什么現(xiàn)象？答：若音頻輸入信號為5KHz，而采樣信號為8.3KHz，不滿足奈奎斯特第三準(zhǔn)則Fs=2Fh的要求，所以通過LPF的輸出信號會產(chǎn)生失真，無法恢復(fù)原信號。（2）若輸入于本實(shí)驗(yàn)采樣器的信號頻譜如圖2.13.4所示,(a)請畫出其采樣信號的振幅頻譜圖（b）為了不失真恢復(fù)原基帶信號，請問收端的框圖作何改動？（提示：請考慮采樣脈

19、沖序列的脈寬對采樣信號的頻譜的影響？）答：采樣信號的振幅頻譜圖如下：8.3-8.3f/KHz022Ms(t)接收端的截止頻率要改變，要使截止頻率F滿足大于2KHz小于6.3KHz，這樣才能無失真的把輸入信號的頻譜給截取下來。實(shí)驗(yàn)總結(jié)一、 對各個(gè)實(shí)驗(yàn)的總結(jié)1、 雙邊帶抑制載波條幅實(shí)驗(yàn)：通過這次實(shí)驗(yàn)，我對DSB-SC AM信號的產(chǎn)生、DSB-SC AM信號波形以及振幅頻譜特點(diǎn)有了更深的了解,并熟悉掌握了TIMS系統(tǒng)的使用方法，同時(shí)復(fù)習(xí)頻譜儀的使用。2、 具有離散大載波的雙邊帶調(diào)幅實(shí)驗(yàn)：通過這次實(shí)驗(yàn)，掌握了AM信號的產(chǎn)生方式和非相干解調(diào)的方法（整流后包絡(luò)檢波），同時(shí)對AM信號的頻譜和波形的特性有了更為深刻的了解。3、 采樣、判決實(shí)驗(yàn)：通過這次實(shí)驗(yàn)，我們了解了眼圖的特性和眼圖所包含的信息，同時(shí)我們知道了如何進(jìn)行最佳采樣、判決（在眼圖睜開最大處進(jìn)行采樣、判決