北邮大三上通信原理硬件实验报告课件

1、信息与通信工程学院通信原理硬件实验2015.11通信原理硬件实验报告学院：信息与通信工程学院班级： 姓名：学号：2015年11月30日目 录通信原理硬件实验报告1实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SCAM）3一、实验目的3二、实验原理3三、实验框图5四、实验步骤6五、 实验结果与分析14六、 思考题14七、总结思考15实验二 具有离散大载波的双边带调幅（AM）15一、实验目的15二、实验原理15三、实验框图16四、实验步骤17五、思考题22实验三 调频（FM）23一、实验目的23二、实验原理23三、实验框图24四、实验步骤24五、思考题28实验四 线路码的编码与解码29一、实验目的29二、实

2、验框图29三、实验步骤29实验五 时钟恢复37一、实验目的37二、实验原理37三、实验框图37四、实验步骤38五、思考题39实验六 眼图41一、实验目的41二、实验框图41三、实验步骤41实验七 采样、判决43一、实验目的43二、实验原理43三、实验框图44四、实验步骤44五、思考题46附录：实验总结47实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SCAM）一、实验目的1、了解DSB-SC AM信号的产生以及相干解调的原理和实现方法。2、了解DSB-SC AM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-SC AM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、

3、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、实验原理DSB信号的时域表达式为频域表达式为其波形和频谱如下图所示图1.2.1 DSB信号波形及频谱将均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(t)相乘得到DSBSC AM信号，其频谱不包含离散的载波分量。图1.2.2 DSB-SC AM信号调制解调DSBSC AM信号的解调只能采用相干解调。为了能在接收端获取载波，一种方法是在发送端加导频。收端可用锁相环来提取导频信号作为恢复载波。此锁相环必须是窄带锁相，仅用来跟踪导频信号。在锁相环锁定时，VCO输出信号与输入的导频信号的频率相同，但二者的相位差为度，其中很小。锁相环中

4、乘法器的两个输入信号分别为发来的信号s(t)与锁相环中VCO的输出信号，二者相乘得到在锁相环中的LPF带宽窄，能通过分量，滤除m(t)的频率分量及四倍频载频分量，因为很小，所以约等于。LPF的输出以负反馈的方式控制VCO,使其保持在锁相状态。锁定后的VCO输出信号经90度移相后，以作为相干解调的恢复载波，它与输入的导频信号同频，几乎同相。相干解调是将发来的信号s(t)与恢复载波相乘，再经过低通滤波后输出模拟基带信号，经过低通滤波可以滤除四倍载频分量，而是直流分量，可以通过隔直流电路滤除，于是输出为。三、实验框图1、DSB-SC AM信号的产生见图1.3.1。图1.3.1 DSB-SC AM信号

5、的产生2、DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取图1.3.2 DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取四、实验步骤1、DSBAC信号的产生（1）将音频振荡器输出的模拟音频信号及住振荡器输出的100KHZ模拟载频信号分别用连线联结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的幅度和激荡平率，调整为10KHZ，如图1.4.1。图1.4.1 10KHz音频振荡信号波形（3）用示波器观看主震荡器输出波形，如图图1.4.2。图1.4.2 主震荡器输出波形（4）用示波器观看乘法器的输出波形及其频谱。图1.4.3 乘法器输出信号波形图1.4.4 主震荡器输出信号频谱（5）将已调

6、信号和导频分量加到加法器的两个输入端，调整加法器上的参数G和g,使其与实际相符。观看输出波形及其频谱。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，使得加法器输出幅度与输入一致，说明此时G=1，如图1.4.5.图1.4.5 b.再调整增益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，如图1.4.6.图1.4.6 波形图图1.

7、4.7频谱图2、DSBAC信号的相干解调及其载波提取（1）锁相环的调试：a.调整VCO的中心频率f0在100KHZb.将直流电压输入VCO，改变其值从-2+2V，观察VCO的频率及其线性工作范围c.调节VCO模块的GAIN旋钮，使得在可变直流电压为正负1V时的VCO频率偏移为正负10KHz，调节VCO的压控灵敏度到合适范围，如图1.4.8，此时CH2输出为正1V直流电压信号；图1.4.9，此时CH2输出为负1V直流电压信号。图1.4.8图1.4.9d.按图1.4.10所示电路图进行实验，即图中的锁相环处于开环状态。图1.4.10 锁相环开环状态框图图1.4.11 锁相环开环状态波形图e.测量锁

8、相环的同步带和捕捉带。F2:锁相环由失锁状态进入锁定状态时输入信号测得频率，如图1.4.12。图1.4.12 锁相环进入锁定状态F4: 锁相环由锁定状态进入失锁状态时输入信号测得频率，此时信号波形由直流突变为交流，如图1.4.13。图1.4.13 锁相环进入失锁状态F3:将输入信号频率由高往低调，再次捕捉到同步时的频率，如图1.4.14图1.4.14 锁相环再次进入锁定状态F1:继续向低调节频率，再次失锁时频率，如图1.4.15。图1.4.15锁相环再次进入失锁状态（2）恢复载波a.将电路按照原理图连接好，用示波器观察锁相环中的LPF的输出信号是否为直流信号，以此判定是否锁定。b.贯穿导频信号

9、和VCO的输出是否同步，调节移相器使其相依到达90度。c.观察恢复载波的频谱振幅。图1.4.16 恢复载波的频谱振幅（3）相干解调a.将已调信号和恢复的载波接入解调乘法器的两个输入端。b.观察解调后的输出波形。图1.4.17解调后的输出波形c.改变音频振荡器的频率，观察解调输出波形的变化。答：频率变大后解调输出振幅变小，频率变小后输出失调。5、 实验结果与分析实验测得： f1=95.526Hz；f2=97.400Hz；f3=106.49Hz；f4=108.43Hz；同步带： f1=f4-f1=12.904Hz捕捉带：f2=f3-f2=9.09 Hz6、 思考题2.2.3思考题1、说明DSB-S

10、C AM信号波形的特点答：DSB-SC为双边带调幅，时域当载波与m(t)同时改变极性时出现反相点，而反相点不影响性能。经幅度调制后，基带信号的频谱被搬移到了载频fc处。若模拟基带信号带宽为W，则调幅信号带宽为2W，因为在频域中输出此调幅信号s(t)的信道带宽B=2W。AM信号为具有离散大载波的双边带幅度调制信号，它是在DSB-SB信号的基础上加一离散的大载波分量，因此传输效率有所下降。AM信号因为解调时要使用包络检波所以要保证|m(t)|1，使AM信号的包络Ac1+m(t)总为正数。2、画出已调信号加导频的振幅频谱，算出导频信号功率与已调信号功率之比。答：由于振幅频谱并不十分稳定，一下数据非仪

11、器测量精确数据（见图1.4.7）ps=(AS2)2pC=(AS2)2+(A2)22代入实验数据，得pspc0.34因频谱图并不十分稳定，存在一定读数误差。2.2.4思考题1、实验中载波提取的锁相环中的LPF能不能用TIMS系统中的“TUNEABLE LPF”？答：不能，因为RC LPF中的3DB带宽是2. 8kHz，而TUNEABLE LPF 中WIDE一项中带宽的滤波范围是2kHz-12kHz，所以不能使用。2、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，因为锁相环的截止频率为2.8kHz，如果音频信号为1kHz则锁相环会跟踪音频信号，造成信

12、号失真。3、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：如图1.6.1所示 平方律部件2fc BPF二分频输入已调信号e(t)载波输出图1.6.1七、总结思考第一次实验比较简单，我们只需测出同步带，捕捉带即可。在老师讲解了通源实验仪器的使用方法之后，自己摸索了一段时间已经能够比较熟练的掌握它的用法，给以后的实验打下了基础。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信号的产生原理和实现方法。2) 了解AM信号波形和振幅频谱的特点，并掌握调幅系数的测量方法。3) 了解AM信号的非相干解调原理和实现方法。二、实验原理1. AM信号的产生对于单音频信号进行AM调

13、制的结果为其中调幅系数，要求以免过调引起包络失真。由和分别表示AM信号波形包络最大值和最小值，则AM信号的调幅系数为如图2.2.1所示为AM调制的过程和频谱示意图。图2.2.1 调幅过程的波形及频谱图2.AM信号的解调AM信号由于具有离散大载波，故可以采用载波提取相干解调的方法。其实现类似于实验一中的DSB-SC AM信号加导频的载波提取和相干解调的方法。AM的主要优点是可以利用包络检波器进行非相干解调，可以使得接收设备更加简单。三、实验框图1、AM信号的产生图2.3.1 AM信号产生框图2、AM信号的非相干解调图2.3.1 AM信号非相干解调四、实验步骤1、AM信号的产生（1）按图进行各模块

14、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以g均为1。G=1调节波形：图2.4.1 g=1调节波形：图2.4.2 （4）逐步增大可变直流电压，使得加法器输出波形是正的，如图2.4.3。图2.4.3 （5）观察乘法器输出波形是否为AM波形，如图2.4.4。图2.4.4 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。图2.4.5 a=0.8时AM波形（7）测量a=0.8的AM信号振幅频谱。图2.4.6 a=0.8的AM信号振幅频谱2、AM信号的非相干解调（1）输入的AM信号的调幅系

15、数a=0.8。（2）用示波器观察整流器的输出波形。图2.4.7 经过整流器的输出波形（3）用示波器观察低通滤波器的输出波形。图2.4.8 经过低通滤波器的输出波形（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改变。 答：波形出现失真，如图2.4.9.图2.4.9 改变a后的输出波形（5）改变发端调制信号的频率，观察包络检波输出波形的变化。 答：输出波形频率变高，如图2.4.9.图2.4.9改变发端调制信号的频率五、思考题1 是否可用包络检波器对DSB-SC AM信号进行解调？请解释原因。答：不可以。因为DSB-SC AM信号的产生由调制信号与载波直接相乘，不具有离散大载波，它

16、的包络无法表征调制信号，故只能用相干解调方式。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、实验原理音频信号为m(t)=cos2.(t)其中=2sin2为频谱偏移常熟（HZ/V），=是调制指数，由卡松公式知，等效带宽为B2()。产生方法如图3.2.1,图3.2.2图3.2.1 利用VCO产生FM信号图3.2.2 利用锁相环做调频解调器三、实验框图图3.3.1 产生FM信号的实验连接图 图3.3.2测量VCO的压控灵敏度图3.3.3 FM信号的锁相环解调四、实验步骤1. FM信号

17、的产生（1）单独调测VCO（a）将VCO模块的印刷电路板上的拨到开关置于VCO模式，将频率选择开关置于“HI”状态。然后，将VCO模块插入插槽（b）将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的端相连接，示波器接VCO输出端。 l 当直流电压为0时，调节旋钮，使VCO中心频率为100khzl 在-2v+2v范围内改变直流电压，测量VCO的频率及线形工作区域l 调节VCO的“gain”旋钮，是的直流电压在-2v+2v范围内变化时，频率在-5khz+5khz范围内变化（2）将音频振荡器的频率调到2khz，作为调制信号输入于VCO的端图3.4.1音频振荡器输出信号频率为2KHz（3）测量图3.3中各点波形

18、图3.4.2 FM信号波形（4）测量波的振幅频谱图3.4. FM信号振幅频谱图2. FM信号的锁相环解调（1）单独调测VCO（a）将VCO模块的印刷电路板上的拨到开关置于VCO模式，将频率选择开关置于“hi”状态。然后，将VCO模块插入插槽（b）将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的端相连接，示波器接VCO输出端l 当直流电压为0时，调节旋钮，使VCO中心频率为100khzl 调节VCO的“gain”旋钮，是的直流电压在-1v+1v范围内变化时，频率在-10khz+10khz范围内变化（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。F2:锁相环由失锁

19、状态进入锁定状态时输入信号测得频率，如图1.4.12。图3.4.1 锁相环进入锁定状态F4: 锁相环由锁定状态进入失锁状态时输入信号测得频率，此时信号波形由直流突变为交流，如图1.4.13。图3.4.2 锁相环进入失锁状态F3:将输入信号频率由高往低调，再次捕捉到同步时的频率，如图1.4.14图3.4.3 锁相环再次进入锁定状态F1:继续向低调节频率，再次失锁时频率，如图1.4.15。图3.4.4 锁相环再次进入失锁状态五、思考题（1） 对于本实验具体所用的锁相环及相关模块，若发端调制信号频率为10KHZ，请问实验三中的锁相环能否解调除原调制信号？为什么？答：不可以。本实验中使用的RC LPF

20、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，不在锁相环工作频率段，所以不可惜。（2） 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。实验四 线路码的编码与解码一、实验目的1、了解各种常用线路码的信号波形及其功率谱。2、了解线路码的解码。二、实验框图图3.2.1 实验框图三、实验步骤1、按图连接各个模块 2、主振荡器 8.33kHz 信号（TTL电平）输出至线路编码器

21、的 M.CLK 端其内部电路四分频，由 B.CLK输出频率为2.083KHZ、TTL电平的时钟信号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（UNI-RZ），双极性归 零码（BIP-RZ），AMI码(RZ-AMI)和分相码（Manchester）等各种码型的线路编码。用示波器及频谱仪观察各线路码的信号波形及其功率谱。观察线路码频谱时，请将序列发生器模块印刷电路板上的双列直插开关置于“11”编码位置，产生长为2048的序列码。4、用线路码的解码器分别对各线路码进行解码。需要注意的是，上图中的线

22、路码解码时，时钟是从发端“借”用的。在实际中，解码器需要从收到的线路码中提取时钟。实验结果如下：a.NRZ_M图3.3.1 NRZ_M编码(CH1)及解码(CH2)图3.3.2 NRZ_M编码功率谱b.BIO_L图3.3.3 BIO_L编码(CH1)及解码(CH2)图3.3.4 BIO_L编码功率谱c.DICODE图3.3.5 DICODE编码(CH1)及解码(CH2)图3.3.6 DICODE编码功率谱d.NRZ_L图3.3.7 DICODE编码(CH1)及解码(CH2)图3.3.8 DICODE编码功率谱e.DUOBIN图3.3.9 DUOBIN编码(CH1)及解码(CH2)图3.3.10

23、 DUOBIN编码功率谱f.AMI图3.3.11 AMI编码(CH1)及解码(CH2)图3.3.12 AMI编码及功率谱g.BIP图3.3.13 BIP编码及功率谱h.UNI图3.3.14 UNI编码及功率谱I.AMI解码与源码图3.3.15 AMI源码（ch1）与解码(ch2)比较J.DUOBIN解码与源码比较图3.3.15 DOUBIN源码（ch1）与解码(ch2)比较实验五 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

24、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、实验框图图5.3.1 实验框图四、实验步骤A. 从RZAMI码恢复时钟实验步骤1) 按照书中示意图

25、连接模块。2) 用示波器观察各点波形。图5.4.13) 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，如图5.4.2。图5.4.2 时钟比较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，如图5.4.3。图5.4.3 时钟比较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。图5.4.4 时钟比较五、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：图5.5.1实验六 眼图一、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。二、实验框图图6.2.1三、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