北郵通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告

1、北京郵電大學(xué)通信原理實(shí)驗(yàn)報(bào)告學(xué)院：信息與通信工程學(xué)院班級(jí)： 姓名：姓名：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?、了解DSB-SC AM信號(hào)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(hào)波形以及振幅頻譜特點(diǎn),并掌握其測(cè)量方法。3、了解在發(fā)送DSB-SC AM信號(hào)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(cè)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DSB信號(hào)的時(shí)域表達(dá)式為頻域表達(dá)式為其波形和頻譜如下圖所示DSB-SC AM 信號(hào)的產(chǎn)生及相干解調(diào)原理框圖如下圖所示將均值為零的模擬基帶信號(hào)m(t)與正

2、弦載波c(t)相乘得到DSBSC AM信號(hào)，其頻譜不包含離散的載波分量。DSBSC AM信號(hào)的解調(diào)只能采用相干解調(diào)。為了能在接收端獲取載波，一種方法是在發(fā)送端加導(dǎo)頻，如上圖所示。收端可用鎖相環(huán)來(lái)提取導(dǎo)頻信號(hào)作為恢復(fù)載波。此鎖相環(huán)必須是窄帶鎖相，僅用來(lái)跟蹤導(dǎo)頻信號(hào)。在鎖相環(huán)鎖定時(shí)，VCO輸出信號(hào)sin2fct+與輸入的導(dǎo)頻信號(hào)cos2fct的頻率相同，但二者的相位差為+90，其中很小。鎖相環(huán)中乘法器的兩個(gè)輸入信號(hào)分別為發(fā)來(lái)的信號(hào)s(t)（已調(diào)信號(hào)加導(dǎo)頻）與鎖相環(huán)中VCO的輸出信號(hào)，二者相乘得到ACmtcos2fct+Apcos2fctsin2fct+=Ac2mtsin+sin4fct+Ap2si

3、n+sin4fct+在鎖相環(huán)中的LPF帶寬窄，能通過(guò)Ap2sin分量，濾除m(t)的頻率分量及四倍頻載頻分量，因?yàn)楹苄?，所以約等于。LPF的輸出以負(fù)反饋的方式控制VCO,使其保持在鎖相狀態(tài)。鎖定后的VCO輸出信號(hào)sin2fct+經(jīng)90度移相后，以cos2fct+作為相干解調(diào)的恢復(fù)載波，它與輸入的導(dǎo)頻信號(hào)cos2fct同頻，幾乎同相。相干解調(diào)是將發(fā)來(lái)的信號(hào)s(t)與恢復(fù)載波相乘，再經(jīng)過(guò)低通濾波后輸出模擬基帶信號(hào)ACmtcos2fct+Apcos2fctcos2fct+=Ac2mtcos+cos4fct+Ap2cos+cos4fct+經(jīng)過(guò)低通濾波可以濾除四倍載頻分量，而Ap2cos是直流分量，可以

4、通過(guò)隔直流電路濾除，于是輸出為Ac2mtcos。三、實(shí)驗(yàn)框圖1、根據(jù)原理圖得到產(chǎn)生DSB-SC AM信號(hào)的實(shí)驗(yàn)連接框圖如圖所示2、DSB-SC AM信號(hào)的相干解調(diào)及載波提取實(shí)驗(yàn)連接圖3、測(cè)量VCO的壓控靈敏度四、實(shí)驗(yàn)步驟1、DSBAC信號(hào)的產(chǎn)生（1）將音頻振蕩器輸出的模擬音頻信號(hào)及住振蕩器輸出的100KHZ模擬載頻信號(hào)分別用連線聯(lián)結(jié)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(hào)的信號(hào)波形的幅度和振蕩頻率，調(diào)整為10KHZ，作為均值為0的調(diào)制信號(hào)m(t)。（3）用示波器觀看主振蕩器輸出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(hào)波形的相位翻轉(zhuǎn)與調(diào)制信號(hào)波形

5、的關(guān)系。（5）測(cè)量已調(diào)信號(hào)的振幅頻譜，注意其振幅頻譜的特點(diǎn)。（6）將已調(diào)信號(hào)和導(dǎo)頻分量加到加法器的兩個(gè)輸入端，調(diào)整加法器上的參數(shù)G和g,使其與實(shí)際相符。觀看輸出波形及其頻譜。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(hào)，用示波器觀看加法器A輸入端的信號(hào)幅度與加法器輸出信號(hào)幅度。調(diào)節(jié)旋鈕G，使得加法器輸出幅度與輸入一致，說(shuō)明此時(shí)G=1b.再調(diào)整增益g：加法器A輸入端仍接已調(diào)信號(hào)，B輸入端接導(dǎo)頻信號(hào)。用頻譜儀觀看加法器輸出信號(hào)的振幅頻譜，調(diào)節(jié)增益g旋鈕，使導(dǎo)頻信號(hào)振幅頻譜的幅度為已調(diào)信號(hào)的邊帶頻譜幅度的0.8倍。此導(dǎo)頻信號(hào)功率約為已調(diào)信號(hào)功率的0.32倍。2

6、、DSBAC信號(hào)的相干解調(diào)及其載波提?。?）鎖相環(huán)的調(diào)試： VCO模塊及其框圖如上述實(shí)驗(yàn)框圖所示。 將VCO模塊前面板上的頻率選擇開(kāi)關(guān)撥到HI載波頻段的位置，VCO的VIN輸入端暫不接信號(hào)。用示波器觀看VCO的輸出波形及工作頻率，然后旋轉(zhuǎn)VCO模塊前面板上的f0按鈕，改變VCO中心頻率，其頻率范圍約為70130KHz。 然后將可變直流電壓模塊的DC輸出端與VCO模塊的VIN相連接，雙蹤示波器分別接于VCO輸出端及DC輸入端。a.當(dāng)直流電壓為0時(shí)，調(diào)整VCO模塊的f0按鈕，使VCO的中心頻率f0為100KHz。b.從-2V至+2V改變直流電壓，觀察VCO的頻率及其線性工作范圍。c.調(diào)節(jié)VCO的G

7、AIN旋鈕，使得在可變直流電壓為1V時(shí)的VCO頻率頻偏為10KHz。值得注意的是，不同GAIN值對(duì)應(yīng)不同的VCO壓控靈敏度。 （2）單獨(dú)測(cè)量鎖相環(huán)中的相乘、低通濾波器的工作是否正常 按下圖所示的電路圖進(jìn)行試驗(yàn)，即鎖相環(huán)處于開(kāi)環(huán)狀態(tài)。鎖相環(huán)中的LPF輸出端不要接至VCO的輸入端。此時(shí)，下圖中的乘法器相當(dāng)于混頻器。 在實(shí)驗(yàn)中，將另一VCO作為信號(hào)源輸入乘法器。改變信源VCO的中心頻率，用示波器觀看鎖相環(huán)中的相乘、低通濾波的輸出信號(hào)，它應(yīng)該是輸入信號(hào)與VCO輸出信號(hào)的差拍信號(hào)。（3）測(cè)量鎖相環(huán)的同步帶及捕捉帶 將載頻提取的鎖相環(huán)閉環(huán)連接，仍使用另一VCO作為輸入于鎖相環(huán)的信號(hào)源，如下圖所示。 首先將

8、信號(hào)源VCO的中心頻率調(diào)到比100KHz小很多的頻率，是鎖相環(huán)處于失鎖狀態(tài)（示波器輸出為交變波形）。調(diào)節(jié)信號(hào)源VCO，使其頻率由低往高緩慢變化。當(dāng)示波器呈現(xiàn)的信號(hào)波形由交變信號(hào)變?yōu)橹绷餍盘?hào)時(shí)，說(shuō)明鎖相環(huán)由失鎖狀態(tài)進(jìn)入了鎖定狀態(tài)，記錄輸入信號(hào)的頻率f2。 繼續(xù)將信源的頻率往高調(diào)節(jié)，環(huán)路電壓跟著變化，直到從示波器見(jiàn)到的信號(hào)波形由直流突變?yōu)榻涣餍盘?hào)，說(shuō)明鎖相環(huán)失鎖，記錄此時(shí)的輸入信號(hào)頻率f4.再?gòu)膄4開(kāi)始，將輸入信號(hào)頻率從高往低調(diào)，記錄再次捕捉到同步時(shí)的頻率f3.繼續(xù)向低調(diào)節(jié)頻率，直到再次失鎖，記錄頻率f1。 上述過(guò)程可反復(fù)進(jìn)行幾次。同步帶 f1=f4-f1捕捉帶 f2=f3-f2（4）恢復(fù)載波a)

9、將圖中的鎖相環(huán)按上述過(guò)程調(diào)好，在按照指導(dǎo)書(shū)圖示實(shí)驗(yàn)連接，將加法器輸出信號(hào)接至鎖相環(huán)的輸出端。將移相器模塊印刷電路板上的頻率選擇開(kāi)關(guān)撥到HI位置。b)用示波器觀察鎖相環(huán)的LPF輸出信號(hào)是否是直流信號(hào)，以此判斷載波提取PLL是否處于鎖定狀態(tài)。若鎖相環(huán)鎖定，用雙蹤示波器可以觀察發(fā)端導(dǎo)頻信號(hào) 與鎖相環(huán)VCO輸出的信號(hào) 時(shí)候同步的，二者的相應(yīng)相位差為 ，且 很小。若鎖相環(huán)失鎖，則鎖相環(huán)LPF輸出波形是交流信號(hào)，可緩慢調(diào)節(jié)鎖相環(huán)VCO模塊的 旋鈕，直至鎖相環(huán)LPF輸出為直流，即鎖相環(huán)由失鎖進(jìn)入鎖定，繼續(xù)調(diào)接 旋鈕，使LPF輸出的直流電壓約為0電平。c)在確定鎖相環(huán)提取載波成功后，利用雙蹤示波器分別觀察發(fā)端

10、的導(dǎo)頻信號(hào)及收端載波提取鎖相環(huán)中VCO的輸出經(jīng)移相后的信號(hào)波形，調(diào)節(jié)移相器模塊中的移相旋鈕，達(dá)到移相 ，使輸入于相干解調(diào)的恢復(fù)載波與發(fā)來(lái)的導(dǎo)頻信號(hào)不僅同頻，也基本同相。d)用頻譜儀觀測(cè)恢復(fù)載波的振幅頻譜，并加以分析。（5）相干解調(diào)a)在前述實(shí)驗(yàn)的基礎(chǔ)上，將信號(hào)和恢復(fù)載波分別連接至相干解調(diào)的乘法器的輸入端。b)用示波器觀察相干解調(diào)相乘、低通濾波后的輸出波形。c)改變發(fā)端音頻信號(hào)的頻率，觀察輸出波形的變化。五實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析（1） dsb-sc am信號(hào)的產(chǎn)生1、音頻振蕩器輸出調(diào)制信號(hào)波形，頻率為10KHz2、 主振蕩器輸出信號(hào)波形，頻率為100KHz3、乘法器輸出DSB-SC信號(hào)波形乘法器輸出信號(hào)

11、包絡(luò)為調(diào)制信號(hào)，音頻信號(hào)零點(diǎn)位置存在相位翻轉(zhuǎn)。4、乘法器輸出頻譜由圖可看出，dsb-sc am信號(hào)在100kHz處并無(wú)頻譜分量，僅在左右各偏移10kHz處存在信號(hào)，與理論分析一致。5、加法器輸出波形與頻譜6、加法器輸出頻譜從圖可以看出，在100KHz位置為導(dǎo)頻信號(hào)，兩邊為已調(diào)信號(hào)。導(dǎo)頻信號(hào)振幅頻譜的幅度為已調(diào)信號(hào)頻譜的邊帶頻譜幅度的0.8倍，導(dǎo)頻信號(hào)功率約為已調(diào)信號(hào)的0.8*0.8/2=0.32倍。（2） DSB-SC AM信號(hào)的相干解調(diào)及載波提取1、調(diào)整VCO中心頻率為100kHz 2、測(cè)試同步帶和捕捉帶直流電壓為+-2v頻率可變直流電壓為+-1v時(shí)，VOC頻率偏移為+-10khz測(cè)量得出f

12、1=94.37K f2=96.15K f3=104.2K f4=106.4K同步帶 f1=f4-f1=12.03K捕捉帶 f2=f3-f2=8.05K3、鎖相環(huán)相乘. 4、解調(diào)輸出波形解調(diào)輸出的波形與輸入波形基本同頻同相，僅在幅度上有偏差。5.恢復(fù)載波用鎖相環(huán)提取載波提取載波的頻譜圖六、思考題1、說(shuō)明DSB-SC AM信號(hào)波形的特點(diǎn)答： DSB-SC為雙邊帶調(diào)幅，是只傳輸兩個(gè)邊帶的調(diào)制方式。雙邊帶調(diào)制是實(shí)現(xiàn)頻譜搬移，其波形振幅隨著調(diào)制信號(hào)變化，但與普通調(diào)幅波不同，它的包絡(luò)不再反映調(diào)制信號(hào)的波形，而是在零值上下變化，并且在調(diào)制信號(hào)等于0的瞬間，書(shū)岸邊帶調(diào)幅波的高頻振蕩相位可能出現(xiàn)180度的相位突

13、變。經(jīng)幅度調(diào)制后，基帶信號(hào)的頻譜被搬移到了載頻fc處。若模擬基帶信號(hào)帶寬為W，則調(diào)幅信號(hào)帶寬為2W，因?yàn)樵陬l域中輸出此調(diào)幅信號(hào)s(t)的信道帶寬B=2W。2、畫(huà)出已調(diào)信號(hào)加導(dǎo)頻的振幅頻譜，算出導(dǎo)頻信號(hào)功率與已調(diào)信號(hào)功率之比。答：由圖可知，導(dǎo)頻信號(hào)功率與已調(diào)信號(hào)功率的百分比為31.2%，接近理論值32%。 3、實(shí)驗(yàn)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，TUNEABLE LPF 中WIDE一項(xiàng)中帶寬的濾波范圍是2kHz-12kHz，輸出信號(hào)頻率可能大于范圍被濾掉導(dǎo)致結(jié)果錯(cuò)誤，所以不能使用。4、若本實(shí)驗(yàn)中的音頻信號(hào)為1kHz，請(qǐng)問(wèn)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)所提供的

14、PLL能否用來(lái)提取載波？為什么？答：不能，因?yàn)殒i相環(huán)的截止頻率為2.8kHz，如果音頻信號(hào)為1kHz則鎖相環(huán)會(huì)跟蹤音頻信號(hào)，造成信號(hào)失真。5、若發(fā)端不加導(dǎo)頻，收端提取載波還有其他方法嗎？請(qǐng)畫(huà)出框圖答：使用平方環(huán)法或科斯塔斯環(huán)法提取。平方環(huán)法框圖：科斯塔斯環(huán)法框圖：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?、了解AM信號(hào)的產(chǎn)生原理和實(shí)現(xiàn)方法。2、了解AM信號(hào)波形和振幅頻譜的特點(diǎn)，并掌握調(diào)幅系數(shù)的測(cè)量方法。3、了解AM信號(hào)的非相干解調(diào)原理和實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、AM信號(hào)的產(chǎn)生對(duì)于單音頻信號(hào)進(jìn)行AM調(diào)制的結(jié)果為其中調(diào)幅系數(shù)。AM信號(hào)的包絡(luò)與調(diào)制信號(hào)m(t)成正比，為避免產(chǎn)生過(guò)調(diào)制（

15、過(guò)調(diào)會(huì)引起包絡(luò)失真）要求。AM信號(hào)的振幅頻譜具有離散的大載波，這是與DSB-SC AM信號(hào)的振幅頻譜的不同之處。由和分別表示AM信號(hào)波形包絡(luò)最大值和最小值，則AM信號(hào)的調(diào)幅系數(shù)為如圖所示為AM調(diào)制的過(guò)程和頻譜示意圖。產(chǎn)生AM信號(hào)的方法有兩種，分別如下圖所示。第二種方法與實(shí)驗(yàn)一DSB-SC AM信號(hào)加導(dǎo)頻的產(chǎn)生方法類似,只是AM信號(hào)的離散載波要足夠大，以避免產(chǎn)生過(guò)調(diào)制。本實(shí)驗(yàn)采用第一種方法產(chǎn)生AM信號(hào)。2、AM信號(hào)的解調(diào)AM信號(hào)由于具有離散大載波，故可以采用載波提取相干解調(diào)的方法。其實(shí)現(xiàn)類似于實(shí)驗(yàn)一中的DSB-SC AM信號(hào)加導(dǎo)頻的載波提取和相干解調(diào)的方法。AM的主要優(yōu)點(diǎn)是可以利用包絡(luò)檢波器進(jìn)行

16、非相干解調(diào)，可以使得接收設(shè)備更加簡(jiǎn)單。本實(shí)驗(yàn)采用包絡(luò)檢波方案。三、實(shí)驗(yàn)框圖1、AM信號(hào)的產(chǎn)生2、AM信號(hào)的非相干解調(diào)四、實(shí)驗(yàn)步驟1、AM信號(hào)的產(chǎn)生（1）按圖進(jìn)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(kāi)關(guān)置于DC狀態(tài)。（3）分別調(diào)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(cè)量AM信號(hào)的調(diào)幅系數(shù)a值，調(diào)整可變直流電壓，使a=0.8。（7）測(cè)量a=0.8的AM信號(hào)振幅頻譜。2、AM信號(hào)的非相干解調(diào)（1）輸入的AM信號(hào)的調(diào)幅系數(shù)a=0.8。（2）用示波器觀察整流器

17、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(hào)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(hào)的頻率，觀察包絡(luò)檢波輸出波形的變化。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析AM信號(hào)的產(chǎn)生1、音頻振蕩輸出信號(hào)由圖可看出，調(diào)制信號(hào)頻率約為5kHz。2、調(diào)整a=0.8后AM信號(hào)振幅及頻譜由上圖可看出a=0.8。在頻譜圖中，在100kHz處有明顯的載頻分量，在左右5kHz處有搬移后的邊頻分量。3、當(dāng)a=0.8時(shí)，整流器輸出波形4、當(dāng)a=0.8時(shí)，解調(diào)輸出波形5、當(dāng)a=1時(shí)，信號(hào)過(guò)零點(diǎn)。所以，當(dāng)a1時(shí)，信號(hào)必將出現(xiàn)失真。6、當(dāng)調(diào)制信號(hào)頻率改變時(shí)，信號(hào)解調(diào)出現(xiàn)失真。六、思考題1、

18、在什么情況下，會(huì)產(chǎn)生AM信號(hào)的過(guò)調(diào)現(xiàn)象？答：當(dāng)調(diào)制系數(shù)大于1時(shí)，會(huì)產(chǎn)生過(guò)調(diào)現(xiàn)象，此時(shí)幅度最小值不是實(shí)際最小值，實(shí)際最小值應(yīng)為負(fù)值。2、對(duì)于a=0.8的AM信號(hào)，請(qǐng)計(jì)算載頻功率與邊帶功率之比值。答：AM信號(hào)公式為則可得其邊帶功率為：載波功率為：所以比值為3.1253、是否可用包絡(luò)檢波器對(duì)DSB-SC AM信號(hào)進(jìn)行解調(diào)？請(qǐng)解釋原因。答：不可以。因?yàn)橐颜{(diào)信號(hào)的包絡(luò)與m(t)不同，并不代表調(diào)制信號(hào)，有負(fù)值部分，且在與t軸的交點(diǎn)處有相位翻轉(zhuǎn)。而包絡(luò)應(yīng)該為正幅度。實(shí)驗(yàn)三：調(diào)頻（FM）一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解用VCO作調(diào)頻器的原理及實(shí)驗(yàn)方法。2、測(cè)量FM信號(hào)的波形圖及振幅頻率。3、了解利用鎖相環(huán)作FM解調(diào)的原理

19、及實(shí)現(xiàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)原理1、FM信號(hào)的產(chǎn)生若調(diào)制信號(hào)是單音頻信號(hào)則FM信號(hào)的表達(dá)式為其中其中Kf為頻率偏移常數(shù)（Hz/V），是調(diào)制指數(shù)。由卡松公式可知FM信號(hào)的帶寬為產(chǎn)生FM信號(hào)的方法之一是利用VCO，如下圖所示。VCO的輸入為，當(dāng)輸入電壓為0時(shí)，VCO輸入頻率為；當(dāng)輸入模擬基帶信號(hào)的電壓變化時(shí)，VCO的振蕩頻率作相應(yīng)的變化。2、鎖相環(huán)解調(diào)FM信號(hào)鎖相環(huán)解調(diào)的原理框圖如下圖所示。鎖相環(huán)鎖定時(shí)，VCO輸出的FM信號(hào)與接收到的輸入FM信號(hào)之間是同頻關(guān)系，相位也幾乎相同。鎖相環(huán)解調(diào)的原理如下所述。假設(shè)鎖相環(huán)輸入是FM信號(hào)s(t)，則t=2Kf-tmd對(duì)于VCO來(lái)說(shuō)，它的控制電壓是環(huán)路濾波器的輸出v(

20、t).VCO的瞬時(shí)頻率為fvt=fc+Kvv(t)其中Kv是VCO的壓控靈敏度（Hz/V），VCO的輸出可表示為sot=AOsin2fct+o(t)其中ot=2Kv-tvd鎖相環(huán)中的乘法器和低通濾波器組成了相位比較器，該低通濾波器用來(lái)濾除二倍載頻分量。鑒頻器輸出為et=12AcAosint-o(t)其中t-ot=et為相位差。鎖相環(huán)處于鎖定狀態(tài)時(shí)，相位差很小，使得sint-o(t)t-ot=et此時(shí)，可將鎖相環(huán)等效表示為下圖所示的線性模型。圖中的g(t)是環(huán)路濾波器的沖激相應(yīng)，其傅里葉變換為G(f)。根據(jù)這一模型，相位差可表示為et=t-2Kv-tvd等效于detdt+2Kvvt=ddtt或d

21、etdt+2Kv-+egt-d=ddtt對(duì)上式進(jìn)行傅里葉變換，得到j(luò)2fef+2KvefGf=j2f(f)其中的ef、f分別是et和t的傅里葉變化。整理上式得：ef=11+KvjfGf(f)合理設(shè)計(jì)Kv及Gf，使它滿足以下條件：KvG(f)jf1 fW等效于vt=12Kvddtt=KfKvm(t)這個(gè)結(jié)果表明，VCO的控制電壓v(t)同基帶信號(hào)m(t)成正比，所以v(t)就是FM解調(diào)的輸出信號(hào)。鎖相環(huán)環(huán)路濾波器的頻率響應(yīng)G(f)的帶寬應(yīng)與系帶信號(hào)的帶寬相同，這樣環(huán)路濾波器輸出的噪聲將被限帶于W。VCO的輸出是寬帶調(diào)頻信號(hào)，它的瞬時(shí)頻率跟隨接受調(diào)頻信號(hào)的瞬時(shí)頻率而變。由上面的分析可以看出，鎖相環(huán)

22、作FM解調(diào)時(shí)有兩個(gè)關(guān)鍵點(diǎn)：一是開(kāi)環(huán)增益（即鎖相環(huán)開(kāi)環(huán)的增益）要足夠大，二是環(huán)路濾波器的帶寬要與基帶信號(hào)的帶寬相同。三、實(shí)驗(yàn)框圖1、FM信號(hào)的產(chǎn)生2、FM信號(hào)的鎖相環(huán)解調(diào)四、實(shí)驗(yàn)步驟1、FM信號(hào)的產(chǎn)生（1） 單步調(diào)試VCOa.將VCO模塊的印刷電路板上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)置于VCO模式。將VCO板塊前面板上的頻率選擇開(kāi)關(guān)置于“HI”狀態(tài)。然后，將VCO模塊插入系統(tǒng)機(jī)架的插槽內(nèi)。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(shí)，調(diào)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(nèi)改變直流電壓，測(cè)量VCO的頻率及線性工作范圍。

23、調(diào)節(jié)VCO模塊的GAIN旋鈕，使得直流電壓在+/-2V范圍內(nèi)變化時(shí)，VCO的頻率在+/-5HZ內(nèi)變化。（2）將音頻振蕩器的頻率調(diào)到2Hz，作為調(diào)制信號(hào)輸入于VCO的Vin輸入端。（3）測(cè)量圖2.4.4中各點(diǎn)信號(hào)波形。（4）測(cè)量FM信號(hào)的振幅頻譜。2、FM信號(hào)的解調(diào)（1）單步調(diào)試VCOa.將VCO模塊置于“VCO”, 前面板上的頻率選擇開(kāi)關(guān)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(dāng)直流電壓為零時(shí)，調(diào)節(jié)VCO的f0旋鈕，使VCO的中心頻率為100kHz。當(dāng)可變直流電壓為+/-1V時(shí)，調(diào)節(jié)VCO的GAIN旋鈕，使VCO的頻率偏移為+/-10kHz。（2）將鎖相環(huán)

24、閉環(huán)連接，將另一個(gè)VCO作信源，接入于鎖相環(huán)，測(cè)試鎖相環(huán)的同步帶及捕捉帶。（3）將已調(diào)好的FM信號(hào)輸入與鎖相環(huán)，用示波器觀察解調(diào)信號(hào)。若鎖相環(huán)已鎖定，則在鎖相環(huán)低通濾波器的輸出信號(hào)應(yīng)是直流分量疊加模擬基帶信號(hào)。（4）改變發(fā)端的調(diào)制信號(hào)頻率，觀察FM解調(diào)的輸出波形變化。五、實(shí)驗(yàn)結(jié)果與分析1音頻信號(hào)與輸出FM信號(hào)紅：原始信號(hào) 藍(lán)：vco輸出信號(hào)2.FM輸出信號(hào)頻譜3.FM信號(hào)的鎖相環(huán)解調(diào)紅：原始信號(hào) 藍(lán)：解調(diào)信號(hào)六、思考題1、本實(shí)驗(yàn)的FM信號(hào)調(diào)制指數(shù)是多少？FM信號(hào)的帶寬是多少？答： 2、用VCO產(chǎn)生FM信號(hào)的優(yōu)點(diǎn)是可以產(chǎn)生大頻偏的FM信號(hào)，缺點(diǎn)是VCO中心頻率穩(wěn)定程度差。為了解決FM大頻偏以及中

25、心頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，可采用什么方案來(lái)產(chǎn)生FM信號(hào)？答：為了使中心頻率穩(wěn)定，可以使用鎖相環(huán)形成反饋，使得它僅用確保VCO中心頻率的穩(wěn)定性及準(zhǔn)確度與晶振一致。3、對(duì)于本實(shí)驗(yàn)具體所用的鎖相環(huán)及相關(guān)模塊，若發(fā)端調(diào)制信號(hào)頻率為10kHz，請(qǐng)問(wèn)實(shí)驗(yàn)三中的鎖相環(huán)能否解調(diào)出原調(diào)制信號(hào)？為什么？答：不能，因?yàn)?0KHz不在鎖相環(huán)的同步帶內(nèi)，此時(shí)用鎖相環(huán)解調(diào)會(huì)使鎖相環(huán)進(jìn)入失鎖狀態(tài)，無(wú)法正確解調(diào)出原信號(hào)。4、用于調(diào)頻解調(diào)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(diào)頻解調(diào)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(diào)后的顯示信號(hào)為低通濾波器的輸出信號(hào)；在時(shí)鐘提取中使用的濾波器為環(huán)路濾

26、波器，濾波器輸出僅接至VCO中，而鎖相環(huán)輸出信號(hào)應(yīng)為VCO的輸出信號(hào)而不是低通濾波器的輸出信號(hào)。實(shí)驗(yàn)五：時(shí)鐘恢復(fù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模海?）了解從線路碼中提取時(shí)鐘的原理。（2）了解從RZ-AMI碼中提取時(shí)鐘的實(shí)現(xiàn)方法。（3）自主完成從BIP-RZ或UNI-RZ碼恢復(fù)時(shí)鐘的實(shí)驗(yàn)。二、實(shí)驗(yàn)原理：在數(shù)字通信中，接收端為了能從接受信號(hào)中恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)信號(hào)，必須要有一個(gè)與收到的數(shù)字基帶信號(hào)符號(hào)速率相同步的時(shí)鐘信號(hào)。通常，從接收信號(hào)中提取時(shí)鐘這一過(guò)程稱為符號(hào)同步或時(shí)鐘同步。1.BIP-RZ時(shí)鐘恢復(fù)假設(shè)數(shù)據(jù)獨(dú)立等概，該碼的功率譜密度無(wú)離散的時(shí)鐘分量，僅含連續(xù)譜，如圖所示。只須使用全波整流或者平方運(yùn)算，對(duì)于占空比為

27、50%的雙極性歸零碼，得到整流或平方后的波形，可以看成是數(shù)據(jù)全為1的單極性歸零碼，即為時(shí)鐘信號(hào)。2.UNI-RZ時(shí)鐘恢復(fù)單極性歸零碼功率譜中包含了離散直流分量、連續(xù)譜、離散時(shí)鐘分量及奇次諧波分量，密度如下圖所示，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(shí)鐘分量。如果濾波器足夠窄，則窄帶濾波器的輸出功率譜密度中，連續(xù)譜部分形成的干擾可以忽略。此時(shí)輸出的時(shí)域信號(hào)為 V(t)=2A11/2cos(2Rbt+)其中是固定相移，可通過(guò)移相器校正，再通過(guò)整形電路可得到方波時(shí)鐘。3.零均值限帶PAM時(shí)鐘恢復(fù)可用方法很多，很多情況下取絕對(duì)值或者取平方可以得到時(shí)鐘的離散分量，這樣就可以提取這個(gè)離散分量，

28、再通過(guò)整形移相得到需要的時(shí)鐘。也可以通過(guò)超前滯后門同步器或者其他環(huán)路方式恢復(fù)時(shí)鐘。三、實(shí)驗(yàn)步驟：從RZ-AMI碼恢復(fù)時(shí)鐘（1） 按書(shū)中示意圖連接模塊，將移相模塊印刷電路板上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥到LO位置。（2） 用示波器觀察實(shí)驗(yàn)連接圖的各點(diǎn)波形。（3） 調(diào)節(jié)緩沖放大器的K旋鈕，使得放大器輸出波形足夠大，經(jīng)移相器移相后，比較器輸出TTL電平的恢復(fù)時(shí)鐘。（4） 將恢復(fù)時(shí)鐘與發(fā)送時(shí)鐘分別送至雙蹤示波器，調(diào)節(jié)移相器的相移，使得恢復(fù)時(shí)鐘與發(fā)送端時(shí)鐘的相位一致。說(shuō)明本實(shí)驗(yàn)從RZ-AMI碼恢復(fù)時(shí)鐘的原理。（5） 將恢復(fù)時(shí)鐘送至線路解碼器的時(shí)鐘輸入端，線路碼的譯碼器輸出原發(fā)送的偽隨機(jī)序列。四、實(shí)驗(yàn)框圖五、實(shí)驗(yàn)波形圖：

29、從RZ-AMI碼恢復(fù)時(shí)鐘RZ-AMI碼輸出：乘法器輸出：低通濾波器輸出：緩沖放大器輸出：移相器輸出：恢復(fù)時(shí)鐘：解碼輸出：從BIP-RZ碼提取時(shí)鐘六、思考題（1）如何從分相碼中提取時(shí)鐘？答：利用01和10的中間跳變提取定時(shí)，分頻得到時(shí)鐘。（2）對(duì)于雙極性不歸零碼，如果發(fā)送數(shù)據(jù)中“1”出現(xiàn)的概率為90%，請(qǐng)問(wèn)如何從這樣的信號(hào)中提取時(shí)鐘？答：可利用呈現(xiàn)的頻譜中的離散分量提取時(shí)鐘信號(hào)。（3）從限帶基帶信號(hào)中提取時(shí)鐘的原理是什么？答：將限帶基帶信號(hào)平方，然后通過(guò)鎖相環(huán)提取。原理框圖如下：限帶濾波器鎖相環(huán)平方s(t)實(shí)驗(yàn)六：眼圖一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私鈹?shù)字傳輸系統(tǒng)中“眼圖”的觀察方法及其作用。二、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)際通信

30、系統(tǒng)中，數(shù)字信號(hào)經(jīng)過(guò)非理想的傳輸系統(tǒng)產(chǎn)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(jìn)行定量的分析，常常甚至得不到近似結(jié)果。而眼圖可以直觀地估價(jià)系統(tǒng)碼間干擾和噪聲的影響，是常用的測(cè)試手段。從眼圖的張開(kāi)程度，可以觀察碼間干擾和加性噪聲對(duì)接收基帶信號(hào)波形的影響，從而對(duì)系統(tǒng)性能作出定性的判斷。三、實(shí)驗(yàn)框圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、將可調(diào)低通濾波器模塊開(kāi)關(guān)置于NORM位置。2、將主信號(hào)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(jīng)四分頻后，由B.CLK端輸出2.083kHz的時(shí)鐘信號(hào)。3、將序列發(fā)生器模塊的印刷電路板上的雙列直插開(kāi)關(guān)選擇“10”，產(chǎn)生長(zhǎng)為256的序列碼。4、用雙

31、蹤示波器同時(shí)觀察可調(diào)低通濾波器的輸出波形和2.083kHz的時(shí)鐘信號(hào)。并調(diào)節(jié)可調(diào)低通濾波器的TUNE旋鈕及GAIN旋鈕，以得到合適的限帶基帶信號(hào)波形，觀察眼圖。五、實(shí)驗(yàn)波形圖實(shí)驗(yàn)七：采樣、判決一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、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(hào)中提取時(shí)鐘、并對(duì)限帶信號(hào)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(hào)中提取時(shí)鐘，用以對(duì)接受濾波器輸出的基帶信號(hào)在眼圖睜開(kāi)最大處進(jìn)行周期性的瞬時(shí)采樣，然后將各采樣值分別與最佳判決門限進(jìn)行比較做出判決、輸出數(shù)據(jù)。三、實(shí)驗(yàn)框圖1、采樣、判決系統(tǒng)框圖

32、2、時(shí)鐘提取電路四、實(shí)驗(yàn)步驟1、請(qǐng)自主設(shè)計(jì)圖2.8.1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)。請(qǐng)注意：調(diào)節(jié)恢復(fù)時(shí)鐘的相移，使恢復(fù)時(shí)鐘的相位與發(fā)來(lái)的數(shù)字基帶信號(hào)的時(shí)鐘相位一致（請(qǐng)將移相器模塊印刷電路板上的撥動(dòng)開(kāi)關(guān)撥到“LO”位置）。2、按照?qǐng)D2.8.1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(hào)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(kāi)關(guān)SW1撥到NRZ-L位置（雙極性不歸零碼），SW2開(kāi)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(kāi)最大處進(jìn)行采樣、

33、判決。對(duì)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(hào)。五、實(shí)驗(yàn)波形分析由上圖可以看出，在時(shí)鐘上升沿處，眼圖張開(kāi)最大，即最佳采樣時(shí)刻。在此時(shí)刻進(jìn)行采樣判決可以獲得較為準(zhǔn)確的判決結(jié)果。六、思考題對(duì)于滾降系數(shù)為=1的升余弦滾降的眼圖，請(qǐng)示意畫(huà)出眼圖，標(biāo)出最佳取樣時(shí)刻和最佳判決門限。答：如上圖，0為最佳判決門限，眼睛長(zhǎng)大最大時(shí)為最佳取樣時(shí)刻。實(shí)驗(yàn)八：二進(jìn)制通斷鍵控（FM）一 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?) 了解OOK信號(hào)的產(chǎn)生及其實(shí)現(xiàn)方法；2) 了解OOK信號(hào)波形和功率譜的特點(diǎn)及其測(cè)量方法；3) 了解OOK信號(hào)的解調(diào)及其實(shí)現(xiàn)方法；二 實(shí)驗(yàn)原理 二進(jìn)制通斷鍵控(OOK)方式是以單極性不歸零碼序列來(lái)控

34、制正弦載波的導(dǎo)通與關(guān)閉。如圖所示。OOK信號(hào)的功率譜密度含有離散的載頻分量和連續(xù)譜（主瓣寬度為2）。OOK信號(hào)的解調(diào)方式有相干解調(diào)和非相干解調(diào)兩種。對(duì)于相干解調(diào)，可以從接收到的OOK信號(hào)提取離散的載頻分量，恢復(fù)載波，然后進(jìn)行相干解調(diào)、時(shí)鐘提取、采樣、判決、輸出數(shù)字信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)采用非相干解調(diào)，其原理圖如圖所示。三 實(shí)驗(yàn)框圖OOK信號(hào)產(chǎn)生：OOK非相干信號(hào)解調(diào)：四 實(shí)驗(yàn)步驟OOK信號(hào)的產(chǎn)生1.如圖連接各模塊。2.用示波器觀察圖中各點(diǎn)信號(hào)波形。3.用頻譜儀測(cè)量圖中各點(diǎn)的功率譜。OOK信號(hào)的非相干解調(diào)1.如圖連接各模塊。2.用示波器觀察各點(diǎn)波形。3.自主完成時(shí)鐘提取、采樣、判決的實(shí)驗(yàn)任務(wù)。（恢復(fù)時(shí)鐘的

35、相位要與發(fā)來(lái)信號(hào)的時(shí)鐘相位一致）五實(shí)驗(yàn)結(jié)果及其分析 OOK信號(hào)產(chǎn)生B.CLK輸出：功率譜： 序列發(fā)生器x輸出功率譜：信號(hào)發(fā)生器sin輸出信號(hào)發(fā)生器8.3kTTL電平OOK信號(hào)：OOK信號(hào)非相干解調(diào) 整流器輸出：低通濾波器輸出判決器輸入時(shí)鐘判決器輸出五 思考題對(duì)OOK信號(hào)的相干解調(diào)，如何進(jìn)行載波提??？請(qǐng)畫(huà)出原理框圖及實(shí)驗(yàn)框圖。答：OOK的功率譜密度中含有離散載頻分量，所以可以用窄帶濾波器來(lái)提取時(shí)鐘實(shí)驗(yàn)十二：低通信號(hào)的采樣與重建一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?） 了解OOK信號(hào)的產(chǎn)生及其實(shí)現(xiàn)方法；2） 了解OOK信號(hào)波形和功率譜的特點(diǎn)及其測(cè)量方法；3） 了解OOK信號(hào)的解調(diào)及其實(shí)現(xiàn)方法；二、 實(shí)驗(yàn)原理頻帶受限于的模擬基帶信號(hào)，可以唯一地被采樣周期的采樣序列值所確定。將該樣值序列通過(guò)截止頻率為的LPF，可以無(wú)失真地重建或者恢復(fù)出原基帶信號(hào)。實(shí)驗(yàn)原理圖如上圖所示，模擬音頻信號(hào)通過(guò)采樣器輸出被采樣信號(hào)，由周期采樣脈沖序列控制開(kāi)關(guān)的閉合與打開(kāi)構(gòu)成采樣器。將采樣信號(hào)通過(guò)低通濾波器即可恢復(fù)原基帶信號(hào)。三、實(shí)驗(yàn)框圖四、實(shí)驗(yàn)步驟1、按照?qǐng)D連接各模塊。2、用雙蹤示波器測(cè)量圖中的各點(diǎn)信號(hào)波形，調(diào)節(jié)雙脈沖發(fā)生器模塊前面板上的“WIDTH”旋鈕，使采樣脈沖的脈沖寬度約為10s。3、用頻譜儀測(cè)量各信號(hào)的頻譜，并加以分析。五、實(shí)驗(yàn)波形分析信號(hào)發(fā)生器輸出sin（wt）波形