北邮2014年通信原理硬件实验报告Word文档下载推荐.docx

北邮2014年通信原理硬件实验报告Word文档下载推荐.docx

《北邮2014年通信原理硬件实验报告Word文档下载推荐.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮2014年通信原理硬件实验报告Word文档下载推荐.docx（43页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。

实验三调频（FM） 22

实验六：

眼图 27

实验七：

采样、判决 29

实验八：

二进制通断键控（OOK） 33

实验十二：

低通信号的采样与重建 38

实验总结 42

实验一双边带抑制载波调幅（DSB-SCAM）

实验目的

（1）了解DSB-SCAM信号的产生以及相干解调的原理和实现方法

（2）了解DSB-SCAM信号波形以及振幅频谱特点,并掌握其测量方法

（3）了解在发送DSB-SCAM信号加导频分量的条件下,收端用锁相环提取载波的原理及其实现方法

（4）掌握锁相环的同步带和捕捉带的测量方法,掌握锁相环提取载波的调试方法

实验原理

AM信号的产生及相干解调原理框图如图1.1

图1.1

由图知，锁相环乘法器的输出为：

[Acmtcos2πfct+Apcos2πfct]∙sincos2πfct+φ

=Ac2mtsinφ+sincos4πfct+φ+Ap2sinφ+sincos4πfct+φ

经过锁相环反馈，相干解调时与恢复载波想成，则

[Acmtcos2πfct+Apcos2πfct]∙coscos2πfct+φ

=Ac2mtcosφ+coscos4πfct+φ+Ap2cosφ+coscos4πfct+φ，经过LPF、隔直流后，输出为Ac2mtcosφ.

实验步骤及实验结果

一、DSB-SCAM信号的产生

1、实验步骤

（1）按照图1.2所示，将音频振荡器输出的模拟音频信号及主振荡器输出的100khz模拟载波信号分别用连接线连至乘法器的两个输入端

（2）用示波器观看音频振荡器输出信号的信号波形幅度及振荡频率，调整音频信号的输出频率为10khz，作为均值为0的控制信号

（3）用示波器观看主振荡器输出信号波形的幅度及振荡频率

（4）用示波器观看乘法器的输出波形，并注意已调信号波形的相位翻转与调制信号波形关系

（5）测量已调信号的振幅频谱，注意其振幅频谱的特点

（6）按照图将DSB-SCAM信号及导频分别连到加法器的输入端，观看加法器的输出波形及振幅频谱，分别调整加法器中的增益G和g，具体调整方法如下

（a）首先调整增益G：

将加法器的B输入接地端接地，A输入端接已调信号，用示波器观看加法器A输入端的信号幅度与加法器输出信号幅度。

调节旋钮G，使得加法器暑促幅度与输入一致，说明此时G=1

（b）将调整增益g：

加法器A输入端仍接已调信号，B输入端接导频信号。

用频谱仪观看加法器输出信号的振幅频谱，调节增益g旋钮，使导频信号振幅频谱的幅度为已调信号的边带频谱幅度的0.8倍。

此导频信号功率约为已调信号功率的0.32倍。

图1.2DSB-SCAM信号加导频的实验连接图

2、实验结果：

调节g

增益=1

乘法器输出信号

已调信号的振幅频谱

二、DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取

锁相环调试

总解调图如图1.3

（1）单独测量VCO性能

。

实验中注意要将VCO模块印刷电路板上的开关拨到VCO模式

将VCO模块前面板上的频率选择开关拨到HI载波频段的位置，VCO的Vin输入端暂不接信号（此时Vin被模块内部接地）。

用示波器观看VCO的输出波形及工作频率f0，然后旋转VCO模块前面板上的f0旋钮，改变VCO中心频率f0，其频率范围约为70~130khz

图1.3DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取实验连接图

图1.4测量VCO的压控灵敏度

然后将可变直流电压模块的DC输出端与VCO模块的Vin端相连接，双踪示波器分别接于VCO输出端及DC输出端，如图1.4

·

当直流电压为零时，调节VCO模块f0旋钮，使VCO的中心频率为100khz。

从-2V至+2V改变直流电压，观察VCO的频率及线性工作范围

调节VCO模块的GAIN旋钮，使得在可变直流电压为+-1时的VCO频率偏移为+-10khz。

值得注意的是，不同GAIN值对应不同的VCO压控灵敏度。

（2）单独测量锁相环中的相乘、低通滤波器的工作是否正常

按图1.5所示的电路图进行实验，即图中的锁相环处于开环状态。

锁相环中的LPF输出端不要接至VCO的输入端。

此时，图中的乘法器相当于混频器。

图1.5

在实验中，将另一VCO作为信号源输出与乘法器。

改变信号源VCO的中心频率，用示波器观看锁相环中的相乘、低通滤波的输出信号，它应是输入信号与VCO输出信号的差拍信号（差频信号）。

（3）测量锁相环的同步带及捕捉带

按图将载频提取的锁相环闭环连接，仍使用另一VCO作为输入于锁相环的信号源，如图1.6所示

图1.6

锁相环的输出和输入存在差频或相差时，这种差别会体现在环路滤波器的输出上。

如果环路滤波器的输出接近直流，它将对VCO形成一个负反馈控制，使锁相环输出信号的频率和相位能跟踪输入，此即同步状态（锁定状态）。

锁定状态下，若输出信号的频率或相位发出轻微变化，VCO的输出都能进行跟踪。

如果环路滤波器的输出是交变的，则锁相环处于失锁状态。

失锁状态下锁相环中的乘法器相当于混频器，此时环路滤波器输出的是乘法器两端输入信号的差拍信号

设锁相环当前处于锁定状态，向上或向下改变锁相环的输入信号频率，使之远离VCO的中心频率，则当输入信号频率超过某边界值后，VCO将不再能跟踪输入的变化环路失锁。

向上和向下改变输入信号频率对应有两个边界频率，称这两个边界频率的差值为同步带

若锁相环当前处于失锁状态，向上或向下改变锁相环的输出信号频率，使之接近VCO的中心频率，则当输入信号频率进入某边界值后，VCO将能跟踪输入的变化，环路锁定。

向上和向下有有两个边界，称这两个边界频率的差值为捕捉带。

下面测量锁相环的同步带和捕捉带

按图进行连接，用示波器观看锁相环中LPF输出端信号波形

首先将信号源VCO的中心频率调到比100khz小很多的频率，使锁相环处于失锁状态。

调节信号源VCO，使其频率由低往高缓慢变化，当示波器呈现信号波形由交流信号变为直流信号时，说明锁相环由失锁状态进入了锁定状态，记录输入信号的频率f2，如图所示。

该图表示锁相环锁定时，环路控制电压Vin与输入信号频率的关系。

在锁定状态下，环路控制电压Vin是直流

继续将信号源的频率往高调节，环路电压Vin跟着变化，直到示波器见到的信号波形由直流突变为交流信号，说明锁相环失锁，记录此时的输入信号频率f4

再从f4开始，将输入信号频率从高往低调，记录再次捕捉到同步时的频率f3.继续向低调节频率，直到再次失锁，记录频率f1

上述过程反复进行几次

由锁相环锁定时的环路电压Vin与输入信号频率的关系可画图，根据测量得到的f1、f2、f3及f4值可算出锁相环的同步带及捕捉带为

同步带f1=f4-f1

捕捉带f2=f3-f2

在上述基础上，当VCO的压控灵敏度为10khz/V时，此锁相环的同步带约为12khz，对应的Vin输入的直流电压约为0.6v

最后，将主振荡器模块的100khz，余弦信号输入于锁相环，适当调节锁相环VCO模块中的f0旋钮，使锁相环锁定于100khz，此时LPF输出的直流电平约为零电平

恢复载波

（1）将图1.7（图2.2.3）中的锁相环按上述过程调好，在按照图的实验连接，将加法器输出信号接至锁相环的输出端。

将移相器模块印刷电路板上的频率选择开关拨到HI位置

（2）用示波器观察锁相环的LPF输出信号是否是直流信号，以此判断载波提取PLL是否处于锁定状态。

若锁相环锁定，用双踪示波器可以观察发端导频信号cos2πfct与锁相环VCO输出的信号sin（2πfct+Φ）时候同步的，二者的相应相位差为90°

+Φ，且Φ很小。

若锁相环失锁，则锁相环LPF输出波形是交流信号，可缓慢调节锁相环VCO模块的f0旋钮，直至锁相环LPF输出为直流，即锁相环由失锁进入锁定，继续调接f0旋钮，使LPF输出的直流电压约为0电平

（3）在确定锁相环提取载波成功后，利用双踪示波器分别观察发端的导频信号及收端载波提取锁相环中VCO的输出经移相后的信号波形，调节移相器模块中的移相旋钮，达到移相90°

，使输入于相干解调的恢复载波与发来的导频信号不仅同频，也基本同相。

（4）用频谱仪观测恢复载波的振幅频谱，并加以分析。

相干解调

（1）在上述实验的基础上，按照图1.7所示，将相干解调的相乘、低通滤波模块连接上（将“TUNEABLELPF”模块前面板上的频率范围选择开关拨到WIDE位置），并将发送来的信号与恢复载波分别连至相干解调的乘法器的两个输入端。

（2）用示波器观察相干解调相乘、低通滤波后的输出波形。

（3）改变发端音频振荡器的频率，解调输出信号也随之改变。

需指出，由于本实验系统所提供的锁相环中的RCLPF的3dB带宽为2.8kHz，所以此DSB-SC　AM实验的调制信号频率选为10kHz。

2、实验结果

输入信号与解调信号

恢复载波与原载波

原载波和恢复载波

相干解调输出

锁相环输出

恢复载波频谱

VCO同步带与捕捉带

同步带和捕捉带是:

捕捉带：

109.9-96.15=13.65KHZ

同步带：

99.8-84.6=15.2KHZ

思考题

（1） 整理实验记录波形，说明DSB-SCAM信号波形特点。

答：

DSB-SCAM信号波形的频率是恒定的，振幅是随时间变化的，而且关于即X轴上下对称,包络为余弦函数。

其单边功率谱为三个冲击。

在中心频率上冲击幅值大，边带的冲击幅值较小。

（2）整理实验记录振幅频谱，画出已调信号加导频的振幅频谱图（标上频率值）。

根据此振幅频谱，计算导频信号功率与已调信号功率之比。

图1.8

图1.8即加法器输出频谱图

中心频率为100KHz，带宽为20KHz

已调信号信号功率：

Ps=ACa22×

2=Ac2a22

导频信号功率：

Pc=Ap22

再带入实验中测的数据得：

PsPc≈0.32

（3） 实验中载波提取锁相环的LPF是否可用TIMS系统中的”TUNEABLELPF”?

请说明理由。

不能使用TUNEABLELPF来恢复载波。

因为恢复载波的电路中，经过乘法器之后，要使用滤波器滤除高频分量，剩下载波分量，而恢复的载波的频率为100KHZ，这就要求这时的低通带宽要100KHZ，然而TUNEABLELPF的滤波范围为900HZ~12KHZ，远不能满足滤波的要求。

故不能使用其来进行载波恢复的滤波。

（4）若本实验中的音频信号为1KHZ，请问实验系统所提供的PLL能否用来提取载波。

为什么？

不能。

因为本实验中回复载波信号的锁相环中使用了截止频率为2.8KHz的RCLPF滤波器，音频信号如果是1KHz，锁相环就会跟踪到音频信息的波形变化，使得信号失真。

（5）若发端不加导频，收端提取载波还有其他方法吗？

请画出框图。

若不加导频，调节信号中就没有离散的载频分量，就不能用窄带滤波器来提取载波了。

收端载波提取可以利用平方环法或科斯塔斯环法来提取载波。

平方环法：

图1.9平方环法框图

科斯塔斯环法（COSTAS）：

图1.10科斯塔斯环法（COSTAS）框图

实验总结：

本次实验是整个实验过