通信原理硬件实验报告

1、 电子工程学院通信原理硬件实验报告姓名班级学号班内序号联系电话指导教师: 实验日期：2016年4月23日4月24日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、实验原理AM信号的产生及相干解调原理框图如图1.1图1.1由图知，锁相环乘法器的输出为：Acmtcos2fct+

2、Apcos2fctsincos2fct+=Ac2mtsin+sincos4fct+Ap2sin+sincos4fct+经过锁相环反馈，相干解调时与恢复载波想成，则Acmtcos2fct+Apcos2fctcoscos2fct+=Ac2mtcos+coscos4fct+Ap2cos+coscos4fct+，经过LPF、隔直流后，输出为Ac2mt cos.三、实验步骤及实验结果（一）DSB-SC AM信号的产生1、实验步骤（1） 按照图1.2所示，将音频振荡器输出的模拟音频信号及主振荡器输出的100khz模拟载波信号分别用连接线连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

3、幅度及振荡频率，调整音频信号的输出频率为10khz，作为均值为0的控制信号（3） 用示波器观看主振荡器输出信号波形的幅度及振荡频率（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调制信号波形关系（5） 测量已调信号的振幅频谱，注意其振幅频谱的特点（6） 按照图将DSB-SC AM信号及导频分别连到加法器的输入端，观看加法器的输出波形及振幅频谱，分别调整加法器中的增益G和g，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，使得加法器暑促幅度与输入一致，说明此时G=1（

4、b） 将调整增益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。图1.2 DSB-SC AM 信号加导频的实验连接图2、实验结果和分析：主振荡器输出波形（100kHz余弦信号）：乘法器输出波形： 从输出波形可以看出，已调信号波形存在相位翻转。已调信号振幅频谱：从振幅频谱可以看到，波形主要在100kHz、（100-10）kHz和（100+10）kHz处有值，且90kHz与110kHz的振幅基本相等。加法器输出波形：加法器输出振幅频谱（导

5、频幅度为已调信号边带频谱幅度0.8倍）：四、思考题 （1）整理实验记录波形，说明DSB-SC AM信号波形特点。答：DSB-SC AM信号波形的频率恒定，振幅随时间变化，但振幅包络为余弦函数，同时其在余弦函数包络各个周期的90度和270度处有相位翻转。其单边功率谱为三个冲击。在中心频率上冲击幅值大，边带的冲击幅值较小。（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：振幅频谱图如下导频信号与已调信号功率比为：0.8*0.8/2=0.32 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

6、原理以及实现方法(2) 了解AM信号波形以及振幅频谱的特点,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方法二、实验原理1、 AM信号的产生音频信号为m(t)=Amsin(2fmt)，则单音频调幅的AM信号表达式为：SAMt=Ac（A+AMsin2fmt）sin2fct=AcA（1+asin2fmt）sin2fct其中调幅系数a=AmA，并要求a1，本次采用的原理框图为图2.1图2.1 产生AM信号2、 AM信号的解调用包络检波的方法进行解调三、 实验步骤和实验结果（一）AM信号的产生1、实验步骤（1） 按图2.2进行各模块之间的连接。（2） 音频振荡器输出为5kHz,主振荡

7、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和g均为1。（4） 逐步增大可变直流电压，使得加法器输出波形是正的。图2.2 产生AM信号的实验连接图（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、实验结果和分析：加法器输出为正时： 由于直流电压的不断提高，使加法器的叠加信号增大，最小值减小。从测量的数据来看，加法器最小值为1.16V，满足加法器输出为正的要求。a=0.8时的AM信号波形：由a=(Amax-Amin)/(Amax+Amin)，当a=0.

8、8时，解得Amax/Amin=9。从以上三幅图可以得到，2Amax=2.54V，2 Amin=0.28V，则Amax/Amin=2.54/0.28=9，满足a=0.8的要求。a=0.8时的AM信号振幅频谱：（二）AM信号的非相关解调1、实验步骤（1） 连接如图2.3所示，输入的AM信号的调幅系数a=0.8。图2.3 AM信号的非相干解调实验连接图（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改变。（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。2、实验

9、结果：整流器输出波形： 可以看到，经过整流器的输出波形只有大于0的部分。低通滤波器输出波形与原信号： 从图中可以看出，经过低通滤波器的输出信号基本与原信号一致，仍为正弦信号，只是相位与幅度不同。解调过程中，当使输入AM信号的调幅系数a增大，即所加直流减小时，包络检波波形形状没有发生变化，只是整体下移，这和所加直流减小相对应。当发端调制信号的频率改变时，包络检波输出的频率随之改变并与之相等。 四、 思考题（1）在什么情况下，会产生AM信号的过调现象？答：AM信号的包络与调制信号mt成正比，为避免产生过调制要求a1。也即当a>1时会产生过调现象，因为a>时不能保证AM信号的包络在任何时

10、候都大于零，使得包络会出现零点，产生过调。(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：a=0.8时，由AM信号的表达式：SAMt=AcA（1+asin2fmt）sin2fct可知，载频的单边功率为：(AcA/2)2，单边带功率为（AcAa4)2×2，故载频功率与单边带功率之比为：258=3.125(3)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：不能。因为DSB-SC AM信号为双边带抑制载波调幅信号，顾名思义，DSB-SC AM信号抑制了载波的存在，使得其信号的表达式中的包络与调制信号没有简单的正比关系，其信号波形有相位反转，包络没有

11、反映出调制信号的特征，故不适合用包络检波，宜采取相干解调。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。二、实验原理在数字通信系统中的接收端，设法从接受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睁开最大处进行周期性采样，然后将各采样值分别与判决门限进行比较做出判决、输出数据。三、实验步骤及实验结果实验连接图如下：图7.1 眼图、时钟提取、采样、判决实验连接图1、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

12、钟（TTL电平）的实验任务。（2） 按照下图所示，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。由于信号时双极性不归零码,所以直接平方的结果为直流,不能达到整流的目的,所以可以在将信号通过一个微分器后在进行整流提取时钟所以得到的时钟截图会有相位

13、偏移,在最后加一个移相器就能达到要求Get clock(blue)有相位偏移2、实验结果和分析眼图： 从图中可以看出，眼图的形状较为明显和稳定，经过调节判决模块前面板的判决点旋钮，采样脉冲与眼图最大处重叠，在眼图睁开最大处进行采样、判决。四、思考题对于滚降系数为 =1 升余弦滚降的眼图，请示意画出眼图，标出最佳采样时刻和最佳判决门限判决门限最佳采样时刻答：当滚降系数为 =1时，眼图是由余弦信号叠加而成的，其最佳采样时刻和最佳的判决门限如下所示：实验八：二进制通断键控(OOK)一、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

14、OOK信号的解调及其实现方法。二、实验原理OOK的产生原理图：图8.1 OOK信号产生原理OOK的相干解调：图8.2 OOK信号的相干解调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图8.3 OOK信号的非相干解调三、实验步骤及实验结果实验连接图如下：图8.4 产生OOK信号的实验连接图 图8.5 OOK信号非相干解调实验连接图1、实验步骤：（1）OOK信号的产生：如实验电路图连接电路，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）OO

15、K信号的非相干解调：如下图连接，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。2、实验结果：（1）OOK信号的产生： OOK信号波形OOK信号功率谱线路编码器功率谱序列发生器功率谱主信号功率谱（100kHz）8.3kTTL信号功率谱（2） OOK信号的非相干解调：采样点标记输出波形 时钟提取信号波形非相干解调输出信号和采样点标记信号波形序列码发生器波形与非相干解调输出信号波形对比如上图序列码发生器波形和非相干解调输出波形的对比，两者的波形幅度不同，但两者的波形形状基本一致，只是非相干解调输出信号有一定的延时，OOK信号解调的效果还是相当好的，误码率不高。 四、

16、思考题1.对OOK信号的相干解调如何进行载波提取？请画出原理框图及实验框图。答：对OOK信号进行相干解调时载波的提取原理如下所示：从上图中的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，所以可以直接用窄带滤波器来提取时钟：图8.6 时钟提取具体的实验框图如下所示：图8.7 时钟提取具体实现实验十二 低通信号的采样与重建一、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二、低通信号的采样与重建的定理1、低通信号的采样定理一个频带受限于于0,fH的模拟基带信号，可以唯一地被采样周期Ts不大于12fH的采样序列值所决定。将该样值序列通过

17、一带宽为fH的低通滤波器，可以无失真的重建或恢复出原基带信号。2、实验原理本实验的原理如下图所示：图12.1 低通信号的采样电路图一模拟音频信号 m(t)通过采样器输出被采样信号ms(t).由于周期采样脉冲序列的 S(t) 控制一开关的闭合与打开构成采样器，其采样信号为ms(t)，可以通过一个低通滤波器恢复出原基带信号。三、实验步骤及实验结果1、实验步骤：（1） 按照图连接各模块图12.2 低通信号的采样与重建实验连接图（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。2、实验结果和分析：双脉冲发

18、生器输出信号（采样信号脉冲宽度为10us） 重建信号波形由原信号与恢复信号的对比可见，重建信号与原信号基本一致，重建效果较好。8.0k TTL频谱2.083k 正弦信号频谱双脉冲发生器频谱采样信号频谱重建信号频谱四、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现象？答：若音频输入信号为5KHz，而采样信号为8.3KHz，不满足奈奎斯特第三准则Fs>=2Fh的要求，所以通过LPF的输出信号会产生失真，无法恢复原信号。（2）若输入于本实验采样器的信号频谱如图2.13.4所示,(a)请画出其采样信号的振幅频谱图（b）为了不失真恢复原基带信号，请问收端

19、的框图作何改动？（提示：请考虑采样脉冲序列的脉宽对采样信号的频谱的影响？）答：采样信号的振幅频谱图如下：8.3-8.3f/KHz022Ms(t)接收端的截止频率要改变，要使截止频率F满足大于2KHz小于6.3KHz，这样才能无失真的把输入信号的频谱给截取下来。实验总结一、 对各个实验的总结1、 双边带抑制载波条幅实验：通过这次实验，我对DSB-SC AM信号的产生、DSB-SC AM信号波形以及振幅频谱特点有了更深的了解,并熟悉掌握了TIMS系统的使用方法，同时复习频谱仪的使用。2、 具有离散大载波的双边带调幅实验：通过这次实验，掌握了AM信号的产生方式和非相干解调的方法（整流后包络检波），同时对AM信号的频谱和波形的特性有了更为深刻的了解。3、 采样、判决实验：通过这次实验，我们了解了眼图的特性和眼图所包含的信息，同时我们知道了如何进行最佳采样、判决（在眼图睁开最大处进行采样、判