北邮通原硬件实验报告.docx

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北邮通原硬件实验报告

通信原理硬件实验报告

班级：

2011211116

学号：

2011210466，2011210467

班内序号：

22，23

姓名：

李亚东，钱晋

实验一：

双边带抑制载波调幅（DSB-AM）

一、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。

二、实验系统框图：

DSB-SC加导频的产生

测量VCO压控灵敏度的框图

DSB-SC加导频分量的相干解调及载波提取框图

三、实验步骤：

SC-DSB信号的数学表达式为s（t）=Acm（t）cos（Wct），这个实验产生SC-DSB的方法很简单，就是用载波跟调制信号直接相乘，其中载波是由主振荡器产生为幅度为1V，频率为100KHZ的正弦波，而调制信号由音频振荡器产生的正弦信号再经缓冲放大器组成，幅度为1V，频率为1KHZ。

1、DSB-SCAM信号的产生

1）按照图连接，将音频振荡器输出的模拟音频信号及主振荡器输出的100KHz模拟载频信号分别用连接线连至乘法器的两个输出端；

2）用示波器观看音频输出信号的信号波形的幅度以及振荡频率，调整音频信号的输出频率为10kHz,作为均值为0的调制信号m（t）；

3）用示波器观看主振荡器输出信号的幅度以及振幅频谱；

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已调信号波形；

5）测量已调信号的波形频谱，注意其振幅频谱的特点；

6）调整增益G=1:

将加法器的B输出端接地，A输入端接已调信号，用示波器观看加法器的输出波形以及振幅频谱，使加法器输入与加法器输出幅度一致；

7）调整增益g；加法器A端接已调信号，B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。

此导频信号功率为已调信号功率的0.32倍。

2、DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取

1）锁相环的调试

1单独测量VCO的性能

将VCO模板前面板的频率开关拨到HI载波频段的位置，VCO的Vin输入端暂不接信号。

用示波器看VCO的输出波形及工作频率f0,然后旋转VCO模板前面板的f0旋钮，改变VCO的中心频率F0，其频率范围为70~130kHz；

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，双踪示波器分别接于ＶＣＯ的输出端与ＤＣ的输出端。

调节VCO的GAIN旋钮，使得可变直流电压为正负1V时的VCO的频率偏移为正负10KHz。

单独测试锁相环中的相乘、低通滤波器是否正常工作。

按电路图进行实验，即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。

在实验中，将另一VCO作为信号输入源输入于乘法器。

改变信源VCO的中心频率，用示波器观看锁相环的相乘、低通滤波器的输出信号，它应是输入信号与VCO输出信号的差拍信号。

2测量锁相环的同步带以及捕捉带

按图将载波提取的锁相环闭环连接，人使用另一VCO作为输入与锁相环的信号源，如下面的连线图所示：

锁相环在锁定状态下，向上或向下改变输入信号参考频率fR使之远离VCO的中心频率f0，则当输入信号频率超过某边界值后，VCO便不能在跟踪输入的变化，环路失锁。

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

锁相环在失锁状态下，向上或向下改变输入信号参考频率fR使之接近VCO的中心频率f0，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。

向上或向下改变输入信号频率对应有两个边界频率，成称这两个频率的差值为捕捉带。

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输入的直流电压为±0.6。

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的f0旋钮，使锁相环锁定于100KHz，此时LPF输出的直流电压约为零电平。

2）恢复载波

1将锁相环按上述过程调好，连接，将加法器的输出信号接至图2.2.3

锁相环的输入端。

移相器的频率选择开关拨到HI位置。

2用示波器观察LPF输出信号是否是直流信号，以此来判断载波提取

PLL是否处于锁定状态。

3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的VCO输出经移相器后的信号波形。

调节移相器中的移相旋钮，达到移相90度，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用频谱仪观察恢复载波的振幅频谱。

3）相干解调

1在上述实验的基础上，将相干解调的相乘、低通滤波器模块连接上，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、低通滤波器后的输出波形。

3改变发端音频振荡器的频率，解调输出信号也随之改变。

四、实验结果：

1、DSB-SCAM信号的产生步骤

1、音频振荡器输出波形（10kHz）：

可以看出从音频振荡器输出了调制信号m（t）=cos（wt）的余弦波形。

从图上可以读出该波形的频率为10kHz。

2、主振荡器输出波形（100kHz）：

可以看出从主振荡器输出了载波信号为cos（wt）的余弦波形。

从图上可以读出该波形的频率为100kHz。

3、乘法器输出波形（不加导频）：

图为乘法器输出的波形。

可以看出该波形是音频振荡器波形与主振荡器波形相乘的结果。

图中载频信号周期为10us，但是振幅变化与待调信号相一致，周期为100us。

图中红圈为相位翻转。

4、已调信号振幅频谱：

5、调整增益G后加法器输入输出波形：

从图上可以很容易读出输入与输出信号无论是在振幅上还是频率都一样。

说明此时的增益已经调成了G=1。

6、调整增益g加法器输出（加导频DSB-SCAM信号）的振幅频谱：

锁相环调试：

实验测得：

f1=93.31kHz,f2=95.03kHz,f3=102.95kHz,f4=105.28kHz

故有同步带F1=f4-f1=11.97kHz,捕捉带F2=f3-f2=7.92kHz

7、原调制信号与滤波后的输出波形：

由上可以看出滤波器输出的直流电平确实约为零电平。

8、恢复载波振幅频谱：

10、载频与移相器输出波形（调后）：

●思考题：

1.整理实验记录波形，说明DSB-SCAM信号波形的特点。

答：

整体来说DSB-SBAM信号波形上下包络对称。

包络为调制信号。

在包络降到0时会发生相位翻转。

在实验结果图中可以看出，DSB-SCAM波的振幅变化与音频信号一致，且包含fc（导频）、fc+fm、fc-fm三个频率分量。

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。

答：

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，所以，

经过计算，导频信号功率与已调信号功率之比为：

0.32倍。

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。

答：

不可以。

锁相环所使用的LPF带宽为0-2.8kHz，而TIMS系统中的“TUNEABLELPF”带宽为NORMAL:

200Hz-5kHz，WIDE:

200Hz-12kHz，故使用NORMAL档来提取即可。

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？

答：

不能，因为在频谱上会产生99kHz与101kHz两个频率的信号，都在带通滤波器的通带之内，提取的载波不纯。

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。

答：

有，不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法，也称为自同步法，原理是最简单的一种就是将已调信号做平方运算产生2fc频率分量，之后过滤并分频。

框图如下：

2.3实验二：

具有离散大载波的双边带调幅（AM）

一、实验目的：

（1）了解AM信号的产生原理及实现方法。

（2）了解AM的信号波形及振幅频谱的特点，并掌握调幅系数的测量法法。

（3）了解AM信号的非相干解调原理和实现方法。

二、实验系统框图：

产生AM信号的系统框图

AM波的非相干解调

三、实验步骤：

1、AM信号的产生

若调制信号为单音频信号：

M（t）=Amsin（2πfmt）；

则单音频调幅的AM信号表达式为：

SAM（t）=Ac（A+Amsin2πfmt）sin2πfct=AcA（1+asin2πfmt）sin2πfct；

调幅系数a=Am/A；

AM信号的包络与调制信号M（t）成正比，为避免产生过调制（过调会引起包络失真），要求a≤1。

Am信号的振幅频谱具有离散的大载波，这是与DSB-SCAM信号的振幅频谱的不同之处。

若用Amax及Amin分别表示单音频振幅频谱AM信号波形包络的最大值及最小值，则此AM信号的调幅系数为：

a=（Amax-Amin）/（Amax+Amin）

本实验采用包络检波方案产生AM波。

1）按图表12进行各模块之间的连接；

2）音频振荡器输出为5KHz，主振荡器输出为100KHz，乘法器输

入耦合开关置于DC状态；

3）分别调整加法器的增益G及g均为1；

4）逐步增大可变直流电压，使得加法器数出波形是正的；

5）观察乘法器输出波形是否为AM波形；

6）测量AM信号的调幅系数a值，调整可变直流电压，使a=0.8；

7）测量a=0.8的AM信号振幅频谱。

2、AM信号的解调

由于AM信号的振幅频谱具有离散大载波，所以收端可以从AM信号中提取载波进行相干解调，其实现类似于DSB-SCAM信号加导频的载波提取及相干解调的方法。

AM的主要优点时可以实现包络检波器进行非相干解调。

本实验就采用非相干解调方案。

1）输入的AM信号的调幅系数a=0.8；

2）用示波器观察整流器（RECTIFIER）的输出波形；

3）用示波器观察低通滤波器（LPF）的输出波形；

4）改变输入AM信号的调幅系数，观察包络检波器输出波形是否随之变

化；

5）改变发端调制信号的频率，观察包络检波器的输出波形的变化。

四、实验结果：

1、AM信号

1、AM信号波形

2、AM信号波形（a=0.8）

3、AM信号振幅频谱（a=0.8）：

4、整流器（RECTIFIER）输出波形：

5、低通滤波器（LPF）输出波形：

6、改变AM信号调幅系数（a=0.66666667），观察输出波形

问题：

对于过调信号，采用包络检波方法无法正常解调出原始信号，如何不采用包络检波方法而解出过调信号？

采用以下方法：

过调信号与载频相乘后包含基带及高频分量，我们想要的是基带信号，故要通过低通滤波器。

●思考题：

1.在什么情况下，会产生AM信号的过调现象？

答：

当载波信号的振幅比调制信号小的时候，即a>1时，会产生过调现象。

2.对于a=0.8的AM信号，请计算载频功率与边带功率之比值。

答：

3.125

3.是否可用包络检波器对DSB-SCAM信号进行解调？

请解释原因。

答：

不可以，因为DSB-SCAM信号的包络是一个正弦信号，在0点下有幅度，而包络检波器不能检出负的振幅。

2.4实验三：

调频（FM）

一、实验目的：

1、了解用VCO作调频器的原理及实验方法。

2、测量FM信号的波形及振幅频谱。

3、了解利用锁相环作FM解调的原理及实现方法。

二、实验系统框图：

利用VCO产生FM波的系统框图

利用锁相环解调FM波

三、实验步骤：

1、FM信号的调制

VCO的振荡频率随输入电压而变。

当输入电压为零时，振荡器产生一频率为Fo的正弦波，当输入基带信号的电压变化时，该振荡频率作相应变化。

该实验中，Fo为100KHx，调节VCO的增益钮，使得2V的电压改变5KHz的频率，再将频率为2KHz的调制信号加到VCO的输入端，从而完成了调频。

1）单独调测VCO：

将VCO模块的印刷电路板上的拨动开关置于VCO模式。

将VCO模块的前面板上的频率选择开关置于“HI”。

然后，将VCO模块插入系统机架的插槽内。

然后将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的inV端相连，示波器接于VCO输出端。

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

在-2V至+2V范围内改变直流电压，测量VCO的频率及线性工作范围。

调节VCO模块的GAIN旋钮，使得直流电压在±2V范围内变化时，VCO的频率在±5KHz内变化。

2）将音频振荡器的频率调节到2KHz，作为调频信号输入与VCO的inV输入端；

3）测量连接图中的各点信号波形；

4）测量FM信号的振幅频谱。

2、FM信号的PLL解调

1）单独调测VCO：

将VCO模块的印刷电路板上的拨动开关置于VCO模式。

将VCO模块的前面板上的频率选择开关置于“HI”。

将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的inV端相连。

当直流电压为零时，调节VCO的中心频率为100KHz。

当可变直流电压为±1V时，调节VCO的GAIN旋钮，使VCO的频率偏移为±10KHz。

2）将锁相环闭环连接，将另一个VCO作为信源，接入锁相环，测试锁相环的同步带及捕捉带；

3）将已调测好的FM信号输入于锁相环，用示波器观察解调信号。

若锁相环已锁定，则在锁相环低通滤波器的输出信号应是直流分量叠加模拟基带信号；

4）改变发端的调制信号频率，观察FM解调的输出波形变化。

四、实验结果：

1、FM信号的产生

1、VCO输入波形：

2、VCO的输出波形:

在-2~+2V范围内改变直流电压，测量VCO的线性工作范围如下：

测量数据表格：

直流电压（V）

-2.071

-1.7913

-1.6035

-1.394

-1.1972

-1.001

-0.776

-0.6056

-0.4044

VCO频率（KHZ）

106.03

105.72

105.21

104.65

104.15

103.64

103.05

102.58

102.05

直流电压（V）

-0.2095

-0.0035

0.0033

0.2108

0.4352

0.6057

0.8065

1.0301

1.2271

VCO频率（KHZ）

101.5

100.9

100.9

100.28

99.729

99.36

98.923

98.419

97.986

直流电压（V）

1.4222

1.6236

1.808

2.0685

VCO频率（KHZ）

97.512

97.236

97.028

96.539

VCO线性工作范围

由上图可见，VCO的线性工作范围大致为-2~+2V，而接近边界-2V或+2V则能看出开始展现一定的非线性，说明将要跳出它的线性工作区。

3、FM信号频谱

4、FM解调信号与原调制信号：

5、直流为零时VCO波形：

6.改变发端调制信号频率至1.5khz，解调输出波形：

经测量，VCO的f1=93.6kHz，f2=96kHz，f3=103.37kHz，f4=104.95kHz

则其同步带为f4-f1=11.35kHz，捕捉带为f3-f2=7.37kHz。

●思考题：

4.本实验的FM信号调制指数

是多少？

FM信号的带宽是多少？

答：

音频信号幅度a=2V，频偏常数K=10kHz/V，音频信号基带频率fm=2kHz，因此

10，FM信号带宽为B=

44kHz。

5.用VCO产生FM信号优点是可以产生大频偏的FM信号，缺点是VCO中心频率稳定度差。

为了解决FM大频偏及中心频率稳定度之间的矛盾，可采用什么方案来产生FM信号？

答：

可以采用间接调频的方法，框图如下：

6.对于本实验具体所用的锁相环及相关模块，基发端调制信号频率为10kHz，请问实验三中的锁相环能否解调出原调制信号？

为什么？

答：

不可以。

本实验中使用的RCLPF截止频率是2.8KHz，所以锁相环的工作频率是在2.8KHz附近。

如果发送一个频率为10KHz的信号，不再锁相环工作频率段，不能跟踪到此频率。

7.用于调频解调的锁相环与用于载波提取的锁相环有何不同之处？

答：

调频解调的锁相环的输出是LPF的输出，其频率和相位与调频信号是相同的；恢复载波的锁相环的输出是VCO的输出，其频率与调频信号是相同的，但相位与原调制信号相差90°

实验四线路编码与解码

（一）.实验目的

1）了解各种常用线路线路码的信号波形及其功率谱。

2）了解线路码的解码。

（二）.实验原理

常用线路码型波形如图4.1所示。

图4.1常用线路码波形图示

（三）.实验内容

1.实验步骤

1）按照书中图连接各模块。

使用的模块为：

主振荡器、序列发生器、线性编码器、线性解码器。

2）主振荡器8.33kHz信号（TTL电平）输入到线路编码器M.CLK端，其内部电路四分频，由B.CLK输出2.083kHz的TTL电平时钟信号。

3）用序列码产生器产生一伪随机序列数字信号输入于线路编码器。

分别产生：

双极性不归零码（NRZ-L），双极性不归零相对码（NRZ-M），单极性归零码（UNT-RZ），双极性归零码（BIP-RZ），归零AMI码（RZ-AMI）和分相码（Machester）等各种码型的线路码。

4）用示波器观察各线路码的信号波形及其功率谱。

5）用线路码解码器分别对各线路码进行解码。

2.结果分析

本实验较为简单，操作方法无太多变化。

如下给出各种码型的波形和其解码输出波形及频谱。

NRZ-L码波形和解码输出和频谱

NRZ-M码波形和解码输出和频谱

UNI-RZ码波形和解码输出和频谱

图4.2BIO-L码波形和解码输出

图4.3BIP-RZ码波形和解码输出

BIP-RZ码波形和解码输出和频谱

RZ-AMI码波形和解码输出和频谱

Manchester码波形和解码输出和频谱

实验得出的结果和原理分析中给出的理论结果一致

实验五时钟恢复

（一）.实验目的

1）了解从线路码中提取始终的原理。

2）了解从RZ-AMI码中提取时钟的实现方法。

3）请学生自主完成从BIP-RZ或UNI-RZ码恢复时钟的实验。

（二）.实验原理

数字通信信通中，为了能从接收信号中恢复出原始数据信号，必须有一个与收到的数字基带信号符号速率相同步的始终信号，提取时钟这一过程成为符号同步或者始终恢复。

1.BIP-RZ时钟恢复

只须使用全波整流或者平方，得到单极性归零码，即为时钟信号。

2.UNI-RZ时钟恢复

单极性归零码功率谱中包含了离散直流分量、连续谱、离散时钟分量及其奇次谐波分量，可以利用窄带滤波器或者锁相环从单极性归零码中提取出时钟分量。

3.零均值限带PAM时钟恢复

可用方法很多，例如取平方后整形移相得到需要的时钟，也可以通过超前滞后门同步器或者其他环路方式恢复时钟。

（三）.实验内容

1.从RZ-AMI码恢复时钟

A.实验步骤

1）按照书中示意图连接模块。

2）用示波器观察各点波形。

3）调节缓冲放大器的K旋钮，使得放大器输出波形足够大，经移相其的相移后，比较器输出TTL电平的恢复时钟。

4）将恢复时钟与发送时钟分别送至双踪示波器，调节相移，使得恢复时钟与发送时钟的相位一致。

5）将恢复时钟送至线路解码器的时钟输入端，线路译码器输出原发送的伪随机序列。

（四）.实验结果

产生的RZ-AMI码

恢复时钟与发送时钟的比较图（相移后）

图5.2恢复时钟TTL电平2.33kHz

图5.4恢复时钟与发送时钟-同相图

图5.3恢复时钟与发送时钟-有相差

图5.5编码与解码序列比较图（上编码下解码）

编码和解码比较图，可以看到，解出的波形存在一定的时延（上编码，下解码）

2.从BIP-RZ码提取时钟

B.实验步骤

1）自主设计时钟提取实验框图，完成时钟提取任务。

2）由线路解码器解出原伪随机序列。

C.结果分析

BIP-RZ码发送时钟与恢复时钟比较（经过移相）

图5.7BIP-RZ编码与解码序列比较图（上编码下解码）

如图，同RZ-AMI码解码恢复一样，BIP-RZ码恢复波形亦存在时延。

（五）.思考题

1.如何从分相码中提取时钟？

答：

利用符号“01”和“10”的中间跳变提取定时，然后分频得到时钟。

2.对于双极性不归零码，如果发送数据中“1”出现的概率为90%，请问如何从这样的信号中提取时钟？

答：

可利用呈现的频谱中的离散分量提取时钟信号。

3.从限带基带信号中提取时钟的原理是什么？

答：

将限带基带信号平方，然后通过锁相环进行提取。

其原理框图如下：

实验六：

眼图

实验目的

了解数字基带传输系统中“眼图”的观察方法及其作用。

实验步骤

1.将可调低通滤波器模板前面板上的开关置于NORM位置。

2.将主信号发生器的8.33khzTTL电平的方波输入于线路码编码器的M.CLK端，经四分频后，由B.CLK端输出2.083khz的时钟信号。

3.将序列发生器模块的印刷电路板上的双列直插开关选择“10”，产生长为256的序列码。

4.用双踪示波器同时观察可调低通滤波器的输出波形及2.083khz的时钟信号。

并调节可调低通滤波器的TUNE旋钮及GAIN旋钮，以得到合适的限带基带信号波形，观察眼图。

实验结果

眼图波形及时钟信号：

实验总结：

总体来说眼图实验比较简单，关键在截图要把握时机。

通过该实验进一步了解了眼图的功能，在眼图张开最大的地方是最佳采样点

实验七：

采样、判决

实验目的

1.了解采样、判决在数字通信系统中的作用及其实现方法。

2.自主设计从限带基带信号中提取时钟、并对限带基带信号进行采样、判决、恢复数据的实验方案，完成实验任务。

实验步骤

1.自主设计图中的提取时钟的实验方案，完成恢复时钟（TTL电平）的实验任务。

2.按图所示，将恢复时钟输入于判决模块的B.CLK时钟输入端（TTL电平）。

将可调低通滤波器输出的基带信号输入于判决模块，并将判决模块印刷电路板上的波形选择开关SW1拨到NRZ-L位置（双极性不归零码），SW2开关拨到“内部”位置。

3.用双踪示波器同时观察眼图及采样脉冲。

调节判决模块前面板上的判决点旋钮，使得在眼图睁开最大处进行采样、判决。

对于NRZ-L码的最佳判决电平是零，判决输出的是TTL电平的数字信号。

实验结果

眼图及采样脉冲:

如图，在眼图张开最大处进行采样

判决输出TTL电平数字信号：

实验六，七总结：

通过这次试验，我了解了采用判决在数字通信系统中的作用以及实现方法并且通过自主设计从限带基带信号中提