通原硬件实验报告最终版

1、实验一 ：双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM) 一、实验目的 1.了解DSB-SC AM 信号的产生及相干解调的原理和实现方法。 2.了解DSB-SC AM 的信号波形及振幅频谱特点，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。2、 DSB-SC AM 信号的产生及相干解调原理 下图表示DSB-SC AM 信号的产生及相干解调原理框图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DSB-SC AM信号，其频谱不包括离散的载波分量。载波采

2、用锁相环来提取，此锁相环是窄带锁相，仅用来跟踪导频信号。在锁相环锁定时，VCO输出信号sin（2fct+）与输入的导频信号cos2fct的频率相同，但二者的相位差为（+90），其中很小。锁相环中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的输入信号，二者相乘得到 =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。LPF的输出以负反馈的方式控制VCO,使其保持在锁定状态。锁定后的VCO输出信号经移相后，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

3、号 =经过低通滤波可以滤除四倍载频分量。而是直流分量，可通过隔直流电路滤除，于是输出为。3、 DSB-SC AM信号的产生 产生DSB-SC AM信号的实验连接框图如下1. 实验步骤A. 音频振荡器输出信号的信号波形的幅度及振荡频率，输出频率为10khz 音频振荡信号的频谱B.主振荡器输出信号波形的幅度及振荡频率 C.乘法器输出波形及其频谱 乘法器输出波形频谱D.调整增益G=1E.调整增益g=0.84、 DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取1. 锁相环的调试A. 单独测量VCO的性能 直流电压为零时，调节VCO模块的f。，使VCO的中心频率100khz 从-2v到2v改变直流电压，vco

4、的频率及线性工作范围 可变直流电压在1V时的VCO频率偏移为10khz。B.频率接近1khz的差频信号C.锁相环中的同步带及捕捉带 捕捉带捕捉带 则捕捉带16.04同步带同步带 则同步带2. 思考题A. 整理实验记录波形，说明DSB-AM信号波形的特点。 DSBSC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DSBSB信号的基础上加一离散的大载波

5、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。 B.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。根据此振幅频谱，计算导频信号功率与已调信号功率之比。 由图可知，导频信号的频谱幅度是A1=174mV，边频信号的频谱幅度是A2=216mV，所以导频信号功率与已调信号功率的百分比=32.45%，接近理论值32%，误差主要来源于读数误差。C.实验中载波提取的锁相环中的LPF能不能用TIMS系统中的“TUNEABLELPF”？ 不能，因为RCLPF中的3DB带宽是2.8kHz，而TUNEABLELPF中

6、WIDE一项中带宽的波范围是2kHz12kHz，所以不能使用。D.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，造成信号失真。E.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  如图所示 实验二：具有离散大载波的双边带调幅（AM)1、 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方法 3.了解AM信号的非相干解调原理和实现方法。2、 AM信号的产生及解调原理 1.

7、AM信号的产生若调制信号为单音频信号 则单音频调幅的AM信号表达式为 调幅系数 。 AM信号的包络与调制信号m（t）成正比，为避免产生过调制，要求a1。若用Amax及Amin分别表示单音频调幅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 产生AM信号的方法如下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-SC AM信号加导频的载波提取及相干解调的方法。 3、 AM信号的产生1. 实验步骤 A.按下图进行各个模块的连接B.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

8、态。C.分别调整加法器的增益G及g均为1。D.逐步增大可变直流电压，使得加法器输出波形为正的。E.观察乘法器输出波形是否为AM波形。F.测量AM信号的调幅系数a值，调整可变直流电压，使a=0.8。G.测量a=0.8的AM信号振幅频谱。4、 AM信号的非相干解调1.实验步骤A.用示波器观察整流器的输出波形 B.用示波器观察低通滤波器的输出波形C.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：会改变D.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答：会改变AM整流信号通过低通滤波器LPF后的最终解调输出信号2. 思考题 A.在什么情况下，会产生AM信号的过调现象？

9、当直流电压过小，加法器输出有负值的时候，会产生AM信号的过调现象。 B.对于a=0.8的AM信号，请计算载频功率与边带功率之比值。  AM信号公式为p p则其边带功率为 =+ 载波功率为   所以比值为3.125C.是否可用包络检波器对DSBSCAM信号进行解调？请解释原因。  不可以。因为已调信号的包络与m(t)不同，并不代表调制信号，有负值部分，且在t轴的交点处有相位翻转。而包络应该为正幅度。 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

10、及实现方法。二、实验原理1. FM信号的产生单音频信号经FM调制后的表达式为其中调制指数。由卡松公式可知FM信号的带宽为FM信号的产生框图如图1.1所示。图3.1 利用VCO产生FM信号的框图VCO的输入为，当输入电压为0时，VCO输入频率为；当输入模拟基带信号的电压变化时，VCO的振荡频率作相应的变化。2. 锁相环解调FM信号VCO的压控电压同基带信号成正比，所以就是FM解调的输出信号。锁相环解调FM信号有两个关键点，一是开环增益足够大，二是环路滤波器的带宽要与基带信号带宽相同。三、实验内容1. FM信号的产生A. 实验步骤1) 单独调测VCO，方法同实验一类似。接直流电压，当直流电压为零时

11、，调节中心频率；在直流内观察VCO线性工作范围；由GAIN调节VCO灵敏度，使直流电压变化 时VCO频偏为 。2) 将音频振荡器的频率调为，作为调制信号输入VCO的端。3) 测量音频信号和FM输出波形，测量FM信号的振幅频谱。 FM信号的频谱VCO的调节和前述实验完全一致，在此不再赘述。FM信号的波形如图上部所示，其形状为等幅疏密波。其振幅频谱如图下部所示。角度调制是非线性调制，很难用数学精确描述。可观察实际频谱加以研究。调节频偏为，且，故，由卡松公式：。2. FM信号的锁相环解调B. 实验步骤1) 单独调测VCO，此处同实验一中的调测完全一致，由于仪器相同，记录的捕捉带和同步带也应近似相同。

12、2) 将已经调测好的FM信号输入锁相环，用示波器观察解调信号。3) 改变发端的调制信号频率，观察FM解调的输出波形变化。C. 结果分析调制信号频率小于3kHz时解调无非线性失真当频率约为3kHz时出现了解调失真，其原因是实验中使用的LPF截频为2.8kHz，故超过此值后将出现失真。四、思考问题1、 实验中FM信号调制指数是多少？FM信号的带宽是多少？答：由于调节VCO灵敏度为时频偏为，且，故可知。2、 用VCO产生FM信号的优点是可以产生答频偏的FM信号，缺点是VCO中心频率稳定度差。为了解决FM信号大频偏及中心频率稳定度之间的矛盾，可以采用什么方案产生FM信号？答：可以采用晶振稳幅，使中心频

13、率稳定。3、 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出原信号？为什么？答：不能。本实验中使用的RC LPF截止频率是2.8KHz，如果发端频率为10KHz的信号，超出锁相环工作频率段，不能跟踪到此频率。4、 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相同；恢复载波的锁相环的输出是VCO的输出，其频率与调频信号相同，但有900的相差。实验四:线路码的编码与解码1、 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。2、 各线路码的信

14、号波形 一些典型的线路码的波形3、 实验步骤1. NRZ-L码2. NRZ-M3. UNI-RZ4. BIP-RZ5. RZ-AMI6. BiO-L7. DICODE-NRZ8. DUOBINARY 实验五：时钟恢复1、 实验目的 1.了解从线路码中提取时钟的原理。 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。2、 时钟提取的原理 在数字通信中，接收端为了能从接收信号中恢复出原始的数据信号，必须要有一个与收到的数字基带信号符号速率相同步的时钟信号。通常，从接收信号中提取时钟这一过程称为符号同步或时钟恢复。 1.双极性归零码的时

15、钟恢复双极性归零码的信号表达式为 其中,g(t)是矩形归零脉冲。2. 单极性归零码的时钟恢复单极性归零码的信号表达式为 其中，g(t)是矩形归零脉冲。3. 零均值限带PAM信号的时钟恢复对于均值为零的限带PAM信号，提取时钟的方法很多。很多情况下，对信号s(t)取绝对值或者取平方可以得到时钟的离散分量，这样就可以提取这个离散分量，再通过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。3、 从RZ-AMI码恢复时钟 实验连接如下： 实验结果： 1.恢复时钟和初始时钟 2.源码和解码实验六：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、实验原理实

16、际通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统产生畸变，总是在不同程度上存在码间干扰的，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。而眼图可以直观地估价系统码间干扰和噪声的影响，是常用的测试手段。从眼图的张开程度，可以观察码间干扰和加性噪声对接收基带信号波形的影响，从而对系统性能作出定性的判断。眼图分析中常用结论：1) 最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻；2) 眼睛闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感；3) 在取样时刻上，阴影区的垂直宽度表示最大信号失真量；4) 在取样时刻上，上下两阴影区的间隔垂直距离之半是最小噪声容限，噪声瞬时值超过

17、它就有可能发生错误判决；5) 阴影区与横轴相交的区间表示零点位置变动范围，它对于从信号平均零点位置提取定时信息的解调器有重要影响。三、实验内容1. 实验步骤1. 将可调低通滤波器模块开关置于NORM位置。2. 将主信号发生器的8.33kHz TTL电平的方波输入与线路编码器的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和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

18、眼图。2. 结果分析最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻。图中“眼睛”闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感。在取样时刻上，图中噪声容限为1V。实验七 采样、判决一、实验目的1) 了解采样、判决在数字通信系统中的作用及实现方法。2) 自主设计从限带基带信号中提取时钟、并对限带信号进行采样、判决、恢复数据的实验方案，完成实验任务。二、实验原理在数字通信系统中的接收端，设法从接收滤波器输出的基带信号中提取时钟，用以对接收滤波器输出的基带信号在眼图开最大处进行周期性的瞬时采样，然后将各采样值分别在最佳判决门限进行比较做出判决、输出数据。在NRZ-L中

19、，由于信号分量S（t）中的信息符号的均值为零，其功率谱密度中无离散时钟分量，故不能直接用S（t）来产生1/Ts的离散时钟分量，但S（t）2的数学期望是周期性的，周期为T，故可利用ES（t）2来产生离散的时钟分量。平方律器件窄带滤波器放大器移向电路比较器时钟信号三、实验内容1. 实验步骤1) 按原理中设计的时钟提取电路连接电路，注意调节恢复时钟的相移，使恢复时钟的相位与发来的数字基带信号的时钟相位一致。2) 按书上的图连接电路，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，并将判决模块印制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，使得在眼图睁开最大处进行采样、判决。对于NRZ-L码的最佳判决电平为零，判决输出的是TTL电平的数字信号。 2.实验结果 判决输出结果和原始序列码 a.采样图与眼图的关系 b.经过低通滤波器的信