通信原理硬件实验报告

1、通信原理硬件实验报告学院：信息与通信工程学院班级：2011211104学号：2011210095班内序号：04姓名： 王紫强实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-AM）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)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

2、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-SC AM 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）

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-SC AM 信号的相干解调及载波提取1）锁相环的调试1

4、 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70130kHz；然后将可变直流电压模块的DC 输出端与VCO 模块的V端相连，双踪示波器分别接于的输出端与的输出端。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

5、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

6、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

7、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

8、：1、DSB-SC AM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

9、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-SC AM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=7.92kHz7、 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9、载频与移相器输出波形（初始）：10、载频与移相器输出波形（调后）：已调信号l 思考题：1. 整理实验记录波形，说明DSB-SC

10、AM信号波形的特点。答：整体来说DSB-SB AM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-SC AM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“TUNEABLE LPF”？请说明理由。答：不

11、可以。锁相环所使用的LPF带宽为0-2.8kHz，而TIMS系统中的“TUNEABLE LPF”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

12、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(2fmt)；则单音频调幅的AM信号表达式为：SAM(t)=Ac(A+Amsin2fmt)sin2fct= Ac A(1+asin2fmt)sin2fct；调幅系数 a= Am /A；AM

13、 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a1。Am信号的振幅频谱具有离散的大载波，这是与DSB-SC AM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

14、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-SC AM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

15、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信号的产生1、音频输出波形（f=5kHz）2、AM信号波形3、AM信号波形（a=0.8）4 、AM信号振幅频谱（a=0.8）：5、整流器（RECTIFIER）输出波形：6、低通滤波器（LPF）输出波形：低通滤波器输入频谱：低通滤波器输出频谱：7、改变AM信号调幅系数（a=0.66666667），观察包检输出波形8、改变AM信号调幅系数（过调），观察包检输出波形问题：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：LPFAM信号载波信号解调信号载波提取过调信号与载频相乘后包含

16、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。9、改变发端调制信号的频率（f=2.8kHz），观察包检波形输出波形的变化：10、改变发端调制信号的频率（f=8kHz），观察包检波形输出波形的变化：l 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：3.1253. 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

17、 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

18、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in V 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o f 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in V 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。

19、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in V 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

20、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）-2.001-1.7913-1.6035-1.394-1.1972-1.001-0.776-0.6056-0.4044-0.2001VCO频率（KHZ）116.91115.12113.51111.82110.10108.60106.79105.06103.46101.78直流电压（V）0.0040.20230.40050.60020.80151.02011.20231.40021.6

21、0231.8207VCO频率（KHZ）100.2598.43496.69095.07593.36191.62289.97088.28286.65084.913直流电压（V）2.0005VCO频率（KHZ）83.333VCO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。我们以上的数据和线性工作范围图标都是在没有调节gain情况下得到的数据，然后紧接着我们进行调节，使得直流电压在+2V-2V范围变化时，VCO的频率变化范围为-5+5KHZ，并且，以下所做的都是调节gain之后的。3、 FM信号Fm信号

22、时域图Fm信号频谱4、 FM 解调信号5、直流为零时VCO波形：l 思考题：1. 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。2. 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：积分器载波振荡器90度移相器m(t)-+输出3. 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

23、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RC LPF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。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

24、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：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

25、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

26、是TTL电平的数字信号。实验结果时钟提取ttl波形判决器输出眼图及采样脉冲实验总结：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取时钟，并对限带信号进行采样，判决，恢复数据的实验方案。实验中需要看清每一个步骤才能正确得到结果，比如调节恢复时钟的相位与发来时钟相位一致。另外时钟提取电路设计要参考实验5，并与本实验相结合，一步一步测试波形是否正确，最后得到结果实验八：二进制通断键控(OOK)实验目的1. 了解OOK信号的产生及其实现方法。2. 了解OOK信号波形和功率谱的特点及其测量方法。3. 了解OOK信号的解调及其实现方法。实验原理OOK的

27、产生原理图：OOK的相干解调：OOK的非相干解调：将OOK信号整流，再经过低通，实现包络检波，用提取出来的时钟抽样判决得到解调输出实验步骤OOK信号的产生：1. 连接电路，产生OOK信号。用示波器观察各点信号波形，并用频谱仪观察各点功率谱（将序列发生器模块印刷电路板上的双列直插开关拨到“11”，使码长为2048）。2. 自主完成时钟提取、采样、判决，产生OOK的非相干解调信号。用示波器观察各点波形。实验结果 2.083TTL电平 线性编码器输出TTL 序列发生器输出OOK信号2.083TTL序列发生器OokDECISION MAKER输出采样点标记四、思考题对OOK信号的相干解调如何进行载波提

28、取？请画出原理框图及实验框图。答：从OOK的功率谱密度可以看出，其功率谱密度中含有离散的载频分量，可以用窄带滤波器来提取时钟：窄带滤波器输入信号输入载波实验框图：输入OOK窄带滤波器增益器移相器载波输出实验总结 本次实验通过对ook信号的产生及非相干解调，加深了对ook信号基本特性的理解，与上次实验一样，再次搭建了时钟提取电路，完成整个OOK产生和解调功能。实验过程中最重要的是明确每一个器件的作用，以及它们的输入、输出应该是什么，不能急于求成，确保每个器件都正确工作，最后才能出现正确的结果。实验十二：低通信号的采样与重建实验目的(1) 了解低通信号的采样及其信号重建的原理和实现方法(2) 测量各信号波形及振幅频谱实验原理IN out Ms(t)M(t) S(t) t 开关闭合 T 开关断开M（t）经过采样器输出被采样的信号ms（t），再经过低通滤波器即可恢复原基带信号实验步骤（1）按照图连接各模块（2）用双踪示波器测量图中各点处的信号波形，调节双脉冲发生器的width旋钮，使采样脉冲宽度约为10s。（3）用频谱仪测量各信号的频谱，并加以分析实验结果M（t）波形M（t）频谱S（t）波形s（t）频谱Ms（t）波形三、思考题（1）若采样器的输入音频信号频率为5kHz，请问本实验的LPF得输出信号会产生什么