北交通原实验5 基带信号与频带信号的频谱测试讲诉Word文件下载.docx

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一、实验目的1

二、实验仪器1

三、实验原理1

（一）基带信号的频谱分析1

1、周期信号的频谱1

2、非周期信号的频谱2

3、随机数字信号的功率谱2

（二）频带信号的频谱分析3

1、ASK信号的功率谱3

2、FSK信号的功率谱4

3、PSK信号的功率谱4

四、实验内容4

（一）基带信号的频谱测试4

1、单极性归码的频谱测试4

2、单极性不归码的频谱测试5

5、HDB3码频谱测试6

（二）频带信号的频谱测试6

1、基带FSK频谱测试6

2、中频FSK频谱测试7

3、BPSK频谱测试10

5、载波频谱测试11

6、位定时频谱测试12

一、实验目的

1、加深对各种基带数字信号频谱的理解。

2、加深对各种数字基带信号频谱带宽的理解。

3、掌握虚拟仪测试各种数字基带信号频谱和带宽的方法。

4、加深对各种数字已调信号频谱的理解。

5、掌握虚拟仪测试各种数字已调信号频谱的方法

6、加深对各种数字已调信号频谱带宽的理解。

二、实验仪器

1、ZH5001A通信原理综合实验系统一台

2、20MHz双踪示波器一台

3、计算机一台

4、虚拟仪一台

三、实验原理

（一）基带信号的频谱分析

1、周期信号的频谱

周期信号的频谱具有离散谱，频率轴上存在离散的冲激函数，根据周期信号的不同情况，其频谱的分布也有变化，离散冲激函数一般在基波分量及其整数倍的频率点上出现。

（1）方波信号：

方波信号的频谱如下图，频谱中包含有定时分量

Fs。

（2）余弦信号：

方波信号的频谱如下图

2、非周期信号的频谱

非周期信号的频谱可以用傅里叶变换来描述，，若已知信号f（t）为非周期信号，其傅里叶变换可以用下式表示

3、随机数字信号的功率谱

在实际应用中，数字信源的信号往往是随机序列，而不是周期或非周期信号，因此，有必要对随机序列数字信号的频谱进行分析。

一般来说，对于随机序列的分析，经常采用功率谱函数来分析其频谱特性。

（1）单极性不归0码的功率谱：

不存在定时分量

（2）单极性归0码的功率谱：

能够提取出定时分量

（3）双极性不归0码的功率谱：

（4）双极性归0码的功率谱：

（二）频带信号的频谱分析

1、ASK信号的功率谱

将基带信号的功率谱分别线性地搬移到了载波信号ω0和-ω0处，已调信号的带宽为2ωs。

2、FSK信号的功率谱

相位不连续的2FSK信号的功率谱，是两个2ASK信号功率谱的叠加。

2FSK信号功率谱的两个频率分别为ω1和ω2，已调信号的带宽为ω2–ω1+2ωs

3、PSK信号的功率谱

四、实验内容

（一）基带信号的频谱测试

1、单极性归码的频谱测试

测试点：

TPD08（15位单极性归码）

单极性归码时域图如下：

单极性归码频域图如下：

单极性归码是周期信号，其频谱图是离散的。

由图可知，其频谱聚集于0~0.5MHZ内（主瓣宽度），w=0.5MHZ。

其中，在频谱图的0.25MHZ处有一个较大的冲量（定时分量）。

同时，由图可知，每个旁瓣内都有一个较大的频谱冲量（定时分量）。

而且，随着频率的增大，其频谱逐渐减小。

单极性归码有丰富的直流分量。

2、单极性不归码的频谱测试

TPD01

单极性不归码时域图如下：

单极性不归码频域图如下：

单极性不归码是周期信号，其频谱图是离散的。

由图可知，单极性不归码频谱的主瓣宽度为0.25MHZ。

随着频率的增大，其频谱逐渐减小。

单极性不归码有直流分量。

5、HDB3码频谱测试

TPD05（15位）

HDB3码时域图如下：

HDB3码频域图如下：

HDB3码是周期信号，其频谱图是离散的。

由图可知，HDB3码的频谱集中在0~0.25MHZ内。

当频率大于1MHZ时，其频谱可忽略不计。

可见

HDB3码的能量集中。

（二）频带信号的频谱测试

1、基带FSK频谱测试

TPi03

（1）测试信号为全0码

时域图如下：

频谱图如下：

FSK全0码是非周期信号，其频谱图是连续的。

由图可知，其频谱范围在0~0.05MHZ内。

在0.05MHZ后没有频谱分量。

（2）测试信号为m码

FSKm码是非周期信号，其频谱图是连续的。

由图可知，其频谱范围也在0~0.05MHZ内。

在0~0.05MHZ内，其频谱包含两个波峰，在0.02MHZ处，有一频谱值达1的频谱分量，在最大频谱分量附近频谱值快速下降到0.4附近，降低了60%。

同时，我们从图中也可以看出，在0.05MHZ后基本没有频谱分量。

2、中频FSK频谱测试

TPK03

中频FSK全0码是非周期信号，其频谱图是连续的。

由图可知，其在1MHZ频率处有一值为1的单边带频谱分量，在其他频率范围内的频谱几乎没有。

可见，其频谱能量很集中。

单一性好。

由图可知，m序列的频谱图与全0码频谱图及其相似。

将正交调制信输入信号的一路基带调制信号断开（D/A模块内的跳线器Ki01或Ki02），重复以上步骤（双边带）。

由图可知，双边带全0码与单边带相比，其不同之处在与在1MHZ处，其频谱分量由带边带频谱变为双边带频谱，但右边带频谱较左边带小（较单边带的频谱值也小），我们推测可能是由于实验设备存在误差造成或是双边带FSK频谱更容易受外界影响。

3、BPSK频谱测试

（1）测试信号为m码

由图形可知，BPSK的m码频谱图与双边带中频FSK的频谱图相似，但其在1MHZ处的右边带几乎没有频谱值的下降。

说明BPSK的抗干扰能力较双边带FSK好。

（2）测试信号为0/1码

由图形可知，BPSK的0/1码频谱与双边带FSK频谱很相似。

但在1MHZ处，右边带不仅有明显的下降（越10%），而且有能够明显分辨出的频率间隔。

说明受实验设备影响，其频谱值会下降，频率会有明显时延。

5、载波频谱测试

TPK07

测试信号为0/1码

由图形可知，载波信号频谱与单边带FSK的频谱图很相似。

6、位定时频谱测试

当测试信号来自发时钟TPM01时，收时钟TPMZ07

当测试信号来自发收时钟TPMZ07时，

由图形可知，位定时信号的相位较发端时钟信号具有较多其他频谱分量，波形纯度不如发端好。

发端频谱间隔较收端大，收端频谱更加密集。

且收端更容易看出频谱的包络图。