北郵大三上通信原理硬件實驗報告

1、信息與通信工程學院通信原理硬件實驗2015.11通信原理硬件實驗報告學院：信息與通信工程學院班級： 姓名：學號：2015年11月30日目 錄通信原理硬件實驗報告1實驗一：雙邊帶抑制載波調(diào)幅（DSB-SCAM）3一、實驗目的3二、實驗原理3三、實驗框圖5四、實驗步驟6五、 實驗結果與分析14六、 思考題14七、總結思考15實驗二 具有離散大載波的雙邊帶調(diào)幅（AM）15一、實驗目的15二、實驗原理15三、實驗框圖16四、實驗步驟17五、思考題22實驗三 調(diào)頻（FM）23一、實驗目的23二、實驗原理23三、實驗框圖24四、實驗步驟24五、思考題28實驗四 線路碼的編碼與解碼29一、實驗目的29二、實

2、驗框圖29三、實驗步驟29實驗五 時鐘恢復37一、實驗目的37二、實驗原理37三、實驗框圖37四、實驗步驟38五、思考題39實驗六 眼圖41一、實驗目的41二、實驗框圖41三、實驗步驟41實驗七 采樣、判決43一、實驗目的43二、實驗原理43三、實驗框圖44四、實驗步驟44五、思考題46附錄：實驗總結47實驗一：雙邊帶抑制載波調(diào)幅（DSB-SCAM）一、實驗目的1、了解DSB-SC AM信號的產(chǎn)生以及相干解調(diào)的原理和實現(xiàn)方法。2、了解DSB-SC AM信號波形以及振幅頻譜特點,并掌握其測量方法。3、了解在發(fā)送DSB-SC AM信號加導頻分量的條件下,收端用鎖相環(huán)提取載波的原理及其實現(xiàn)方法。4、

3、掌握鎖相環(huán)的同步帶和捕捉帶的測量方法,掌握鎖相環(huán)提取載波的調(diào)試方法。二、實驗原理DSB信號的時域表達式為頻域表達式為其波形和頻譜如下圖所示圖1.2.1 DSB信號波形及頻譜將均值為零的模擬基帶信號m(t)與正弦載波c(t)相乘得到DSBSC AM信號，其頻譜不包含離散的載波分量。圖1.2.2 DSB-SC AM信號調(diào)制解調(diào)DSBSC AM信號的解調(diào)只能采用相干解調(diào)。為了能在接收端獲取載波，一種方法是在發(fā)送端加導頻。收端可用鎖相環(huán)來提取導頻信號作為恢復載波。此鎖相環(huán)必須是窄帶鎖相，僅用來跟蹤導頻信號。在鎖相環(huán)鎖定時，VCO輸出信號與輸入的導頻信號的頻率相同，但二者的相位差為度，其中很小。鎖相環(huán)中

4、乘法器的兩個輸入信號分別為發(fā)來的信號s(t)與鎖相環(huán)中VCO的輸出信號，二者相乘得到在鎖相環(huán)中的LPF帶寬窄，能通過分量，濾除m(t)的頻率分量及四倍頻載頻分量，因為很小，所以約等于。LPF的輸出以負反饋的方式控制VCO,使其保持在鎖相狀態(tài)。鎖定后的VCO輸出信號經(jīng)90度移相后，以作為相干解調(diào)的恢復載波，它與輸入的導頻信號同頻，幾乎同相。相干解調(diào)是將發(fā)來的信號s(t)與恢復載波相乘，再經(jīng)過低通濾波后輸出模擬基帶信號，經(jīng)過低通濾波可以濾除四倍載頻分量，而是直流分量，可以通過隔直流電路濾除，于是輸出為。三、實驗框圖1、DSB-SC AM信號的產(chǎn)生見圖1.3.1。圖1.3.1 DSB-SC AM信號

5、的產(chǎn)生2、DSB-SC AM信號的相干解調(diào)及載波提取圖1.3.2 DSB-SC AM信號的相干解調(diào)及載波提取四、實驗步驟1、DSBAC信號的產(chǎn)生（1）將音頻振蕩器輸出的模擬音頻信號及住振蕩器輸出的100KHZ模擬載頻信號分別用連線聯(lián)結至乘法器的兩個輸入端。（2）用示波器觀看音頻振蕩器輸出信號的信號波形的幅度和激蕩平率，調(diào)整為10KHZ，如圖1.4.1。圖1.4.1 10KHz音頻振蕩信號波形（3）用示波器觀看主震蕩器輸出波形，如圖圖1.4.2。圖1.4.2 主震蕩器輸出波形（4）用示波器觀看乘法器的輸出波形及其頻譜。圖1.4.3 乘法器輸出信號波形圖1.4.4 主震蕩器輸出信號頻譜（5）將已調(diào)

6、信號和導頻分量加到加法器的兩個輸入端，調(diào)整加法器上的參數(shù)G和g,使其與實際相符。觀看輸出波形及其頻譜。具體調(diào)整方法如下:a.首先調(diào)整增益G：將加法器的B輸入接地端接地，A輸入端接已調(diào)信號，用示波器觀看加法器A輸入端的信號幅度與加法器輸出信號幅度。調(diào)節(jié)旋鈕G，使得加法器輸出幅度與輸入一致，說明此時G=1，如圖1.4.5.圖1.4.5 b.再調(diào)整增益g：加法器A輸入端仍接已調(diào)信號，B輸入端接導頻信號。用頻譜儀觀看加法器輸出信號的振幅頻譜，調(diào)節(jié)增益g旋鈕，使導頻信號振幅頻譜的幅度為已調(diào)信號的邊帶頻譜幅度的0.8倍。此導頻信號功率約為已調(diào)信號功率的0.32倍，如圖1.4.6.圖1.4.6 波形圖圖1.

7、4.7頻譜圖2、DSBAC信號的相干解調(diào)及其載波提?。?）鎖相環(huán)的調(diào)試：a.調(diào)整VCO的中心頻率f0在100KHZb.將直流電壓輸入VCO，改變其值從-2+2V，觀察VCO的頻率及其線性工作范圍c.調(diào)節(jié)VCO模塊的GAIN旋鈕，使得在可變直流電壓為正負1V時的VCO頻率偏移為正負10KHz，調(diào)節(jié)VCO的壓控靈敏度到合適范圍，如圖1.4.8，此時CH2輸出為正1V直流電壓信號；圖1.4.9，此時CH2輸出為負1V直流電壓信號。圖1.4.8圖1.4.9d.按圖1.4.10所示電路圖進行實驗，即圖中的鎖相環(huán)處于開環(huán)狀態(tài)。圖1.4.10 鎖相環(huán)開環(huán)狀態(tài)框圖圖1.4.11 鎖相環(huán)開環(huán)狀態(tài)波形圖e.測量鎖

8、相環(huán)的同步帶和捕捉帶。F2:鎖相環(huán)由失鎖狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時輸入信號測得頻率，如圖1.4.12。圖1.4.12 鎖相環(huán)進入鎖定狀態(tài)F4: 鎖相環(huán)由鎖定狀態(tài)進入失鎖狀態(tài)時輸入信號測得頻率，此時信號波形由直流突變?yōu)榻涣?，如圖1.4.13。圖1.4.13 鎖相環(huán)進入失鎖狀態(tài)F3:將輸入信號頻率由高往低調(diào)，再次捕捉到同步時的頻率，如圖1.4.14圖1.4.14 鎖相環(huán)再次進入鎖定狀態(tài)F1:繼續(xù)向低調(diào)節(jié)頻率，再次失鎖時頻率，如圖1.4.15。圖1.4.15鎖相環(huán)再次進入失鎖狀態(tài)（2）恢復載波a.將電路按照原理圖連接好，用示波器觀察鎖相環(huán)中的LPF的輸出信號是否為直流信號，以此判定是否鎖定。b.貫穿導頻信號

9、和VCO的輸出是否同步，調(diào)節(jié)移相器使其相依到達90度。c.觀察恢復載波的頻譜振幅。圖1.4.16 恢復載波的頻譜振幅（3）相干解調(diào)a.將已調(diào)信號和恢復的載波接入解調(diào)乘法器的兩個輸入端。b.觀察解調(diào)后的輸出波形。圖1.4.17解調(diào)后的輸出波形c.改變音頻振蕩器的頻率，觀察解調(diào)輸出波形的變化。答：頻率變大后解調(diào)輸出振幅變小，頻率變小后輸出失調(diào)。5、 實驗結果與分析實驗測得： f1=95.526Hz；f2=97.400Hz；f3=106.49Hz；f4=108.43Hz；同步帶： f1=f4-f1=12.904Hz捕捉帶：f2=f3-f2=9.09 Hz6、 思考題2.2.3思考題1、說明DSB-S

10、C AM信號波形的特點答：DSB-SC為雙邊帶調(diào)幅，時域當載波與m(t)同時改變極性時出現(xiàn)反相點，而反相點不影響性能。經(jīng)幅度調(diào)制后，基帶信號的頻譜被搬移到了載頻fc處。若模擬基帶信號帶寬為W，則調(diào)幅信號帶寬為2W，因為在頻域中輸出此調(diào)幅信號s(t)的信道帶寬B=2W。AM信號為具有離散大載波的雙邊帶幅度調(diào)制信號，它是在DSB-SB信號的基礎上加一離散的大載波分量，因此傳輸效率有所下降。AM信號因為解調(diào)時要使用包絡檢波所以要保證|m(t)|1，使AM信號的包絡Ac1+m(t)總為正數(shù)。2、畫出已調(diào)信號加導頻的振幅頻譜，算出導頻信號功率與已調(diào)信號功率之比。答：由于振幅頻譜并不十分穩(wěn)定，一下數(shù)據(jù)非儀

11、器測量精確數(shù)據(jù)（見圖1.4.7）ps=(AS2)2pC=(AS2)2+(A2)2×2代入實驗數(shù)據(jù)，得pspc0.34因頻譜圖并不十分穩(wěn)定，存在一定讀數(shù)誤差。2.2.4思考題1、實驗中載波提取的鎖相環(huán)中的LPF能不能用TIMS系統(tǒng)中的“TUNEABLE LPF”？答：不能，因為RC LPF中的3DB帶寬是2. 8kHz，而TUNEABLE LPF 中WIDE一項中帶寬的濾波范圍是2kHz-12kHz，所以不能使用。2、若本實驗中的音頻信號為1kHz，請問實驗系統(tǒng)所提供的PLL能否用來提取載波？為什么？答：不能，因為鎖相環(huán)的截止頻率為2.8kHz，如果音頻信號為1kHz則鎖相環(huán)會跟蹤音頻

12、信號，造成信號失真。3、若發(fā)端不加導頻，收端提取載波還有其他方法嗎？請畫出框圖答：如圖1.6.1所示 平方律部件2fc BPF二分頻輸入已調(diào)信號e(t)載波輸出圖1.6.1七、總結思考第一次實驗比較簡單，我們只需測出同步帶，捕捉帶即可。在老師講解了通源實驗儀器的使用方法之后，自己摸索了一段時間已經(jīng)能夠比較熟練的掌握它的用法，給以后的實驗打下了基礎。實驗二 具有離散大載波的雙邊帶調(diào)幅（AM）一、實驗目的1) 了解AM信號的產(chǎn)生原理和實現(xiàn)方法。2) 了解AM信號波形和振幅頻譜的特點，并掌握調(diào)幅系數(shù)的測量方法。3) 了解AM信號的非相干解調(diào)原理和實現(xiàn)方法。二、實驗原理1. AM信號的產(chǎn)生對于單音頻信

13、號進行AM調(diào)制的結果為其中調(diào)幅系數(shù)，要求以免過調(diào)引起包絡失真。由和分別表示AM信號波形包絡最大值和最小值，則AM信號的調(diào)幅系數(shù)為如圖2.2.1所示為AM調(diào)制的過程和頻譜示意圖。圖2.2.1 調(diào)幅過程的波形及頻譜圖2.AM信號的解調(diào)AM信號由于具有離散大載波，故可以采用載波提取相干解調(diào)的方法。其實現(xiàn)類似于實驗一中的DSB-SC AM信號加導頻的載波提取和相干解調(diào)的方法。AM的主要優(yōu)點是可以利用包絡檢波器進行非相干解調(diào)，可以使得接收設備更加簡單。三、實驗框圖1、AM信號的產(chǎn)生圖2.3.1 AM信號產(chǎn)生框圖2、AM信號的非相干解調(diào)圖2.3.1 AM信號非相干解調(diào)四、實驗步驟1、AM信號的產(chǎn)生（1）按

14、圖進行各模塊之間的連接。（2）音頻振蕩器輸出為5KHz，主振蕩器輸出為100KHz，乘法器輸入耦合開關置于DC狀態(tài)。（3）分別調(diào)整加法器的增益G以g均為1。G=1調(diào)節(jié)波形：圖2.4.1 g=1調(diào)節(jié)波形：圖2.4.2 （4）逐步增大可變直流電壓，使得加法器輸出波形是正的，如圖2.4.3。圖2.4.3 （5）觀察乘法器輸出波形是否為AM波形，如圖2.4.4。圖2.4.4 AM波形（6）測量AM信號的調(diào)幅系數(shù)a值，調(diào)整可變直流電壓，使a=0.8。圖2.4.5 a=0.8時AM波形（7）測量a=0.8的AM信號振幅頻譜。圖2.4.6 a=0.8的AM信號振幅頻譜2、AM信號的非相干解調(diào)（1）輸入的AM

15、信號的調(diào)幅系數(shù)a=0.8。（2）用示波器觀察整流器的輸出波形。圖2.4.7 經(jīng)過整流器的輸出波形（3）用示波器觀察低通濾波器的輸出波形。圖2.4.8 經(jīng)過低通濾波器的輸出波形（4）改變輸入AM信號的調(diào)幅系數(shù)，觀察包絡檢波器輸出波形是否隨之改變。 答：波形出現(xiàn)失真，如圖2.4.9.圖2.4.9 改變a后的輸出波形（5）改變發(fā)端調(diào)制信號的頻率，觀察包絡檢波輸出波形的變化。 答：輸出波形頻率變高，如圖2.4.9.圖2.4.9改變發(fā)端調(diào)制信號的頻率五、思考題1 是否可用包絡檢波器對DSB-SC AM信號進行解調(diào)？請解釋原因。答：不可以。因為DSB-SC AM信號的產(chǎn)生由調(diào)制信號與載波直接相乘，不具有離

16、散大載波，它的包絡無法表征調(diào)制信號，故只能用相干解調(diào)方式。實驗三 調(diào)頻（FM）一、實驗目的1. 了解用VCO作調(diào)頻器的原理及實驗方法。2. 測量FM信號的波形及振幅頻譜。3. 了解利用鎖相環(huán)作FM解調(diào)的原理及實現(xiàn)方法。二、實驗原理音頻信號為m(t)=cos2.(t)其中=2sin2為頻譜偏移常熟（HZ/V），=是調(diào)制指數(shù)，由卡松公式知，等效帶寬為B2()。產(chǎn)生方法如圖3.2.1,圖3.2.2圖3.2.1 利用VCO產(chǎn)生FM信號圖3.2.2 利用鎖相環(huán)做調(diào)頻解調(diào)器三、實驗框圖圖3.3.1 產(chǎn)生FM信號的實驗連接圖 圖3.3.2測量VCO的壓控靈敏度圖3.3.3 FM信號的鎖相環(huán)解調(diào)四、實驗步驟1

17、. FM信號的產(chǎn)生（1）單獨調(diào)測VCO（a）將VCO模塊的印刷電路板上的撥到開關置于VCO模式，將頻率選擇開關置于“HI”狀態(tài)。然后，將VCO模塊插入插槽（b）將可變直流電壓模塊的輸出端與VCO模塊的端相連接，示波器接VCO輸出端。 l 當直流電壓為0時，調(diào)節(jié)旋鈕，使VCO中心頻率為100khzl 在-2v+2v范圍內(nèi)改變直流電壓，測量VCO的頻率及線形工作區(qū)域l 調(diào)節(jié)VCO的“gain”旋鈕，是的直流電壓在-2v+2v范圍內(nèi)變化時，頻率在-5khz+5khz范圍內(nèi)變化（2）將音頻振蕩器的頻率調(diào)到2khz，作為調(diào)制信號輸入于VCO的端圖3.4.1音頻振蕩器輸出信號頻率為2KHz（3）測量圖3.

18、3中各點波形圖3.4.2 FM信號波形（4）測量波的振幅頻譜圖3.4. FM信號振幅頻譜圖2. FM信號的鎖相環(huán)解調(diào)（1）單獨調(diào)測VCO（a）將VCO模塊的印刷電路板上的撥到開關置于VCO模式，將頻率選擇開關置于“hi”狀態(tài)。然后，將VCO模塊插入插槽（b）將可變直流電壓模塊的輸出端與VCO模塊的端相連接，示波器接VCO輸出端l 當直流電壓為0時，調(diào)節(jié)旋鈕，使VCO中心頻率為100khzl 調(diào)節(jié)VCO的“gain”旋鈕，是的直流電壓在-1v+1v范圍內(nèi)變化時，頻率在-10khz+10khz范圍內(nèi)變化（2） 將鎖相環(huán)閉環(huán)連接，將另一個VCO作為信源，接入鎖相環(huán)，測試鎖相環(huán)的同步帶及捕捉帶。F2:

19、鎖相環(huán)由失鎖狀態(tài)進入鎖定狀態(tài)時輸入信號測得頻率，如圖1.4.12。圖3.4.1 鎖相環(huán)進入鎖定狀態(tài)F4: 鎖相環(huán)由鎖定狀態(tài)進入失鎖狀態(tài)時輸入信號測得頻率，此時信號波形由直流突變?yōu)榻涣鳎鐖D1.4.13。圖3.4.2 鎖相環(huán)進入失鎖狀態(tài)F3:將輸入信號頻率由高往低調(diào)，再次捕捉到同步時的頻率，如圖1.4.14圖3.4.3 鎖相環(huán)再次進入鎖定狀態(tài)F1:繼續(xù)向低調(diào)節(jié)頻率，再次失鎖時頻率，如圖1.4.15。圖3.4.4 鎖相環(huán)再次進入失鎖狀態(tài)五、思考題（1） 對于本實驗具體所用的鎖相環(huán)及相關模塊，若發(fā)端調(diào)制信號頻率為10KHZ，請問實驗三中的鎖相環(huán)能否解調(diào)除原調(diào)制信號？為什么？答：不可以。本實驗中使用的

20、RC LPF截止頻率是2.8KHz，所以鎖相環(huán)的工作頻率是在2.8KHz附近。如果發(fā)送一個頻率為10KHz的信號，不在鎖相環(huán)工作頻率段，所以不可惜。（2） 用于調(diào)頻解調(diào)的鎖相環(huán)，與用于載波提取的鎖相環(huán)有何不同之處？答：調(diào)頻解調(diào)的鎖相環(huán)的輸出是LPF的輸出，其頻率和相位與調(diào)頻信號是相同的；恢復載波的鎖相環(huán)的輸出是VCO的輸出，其頻率與調(diào)頻信號是相同的，但相位與原調(diào)制信號相差。實驗四 線路碼的編碼與解碼一、實驗目的1、了解各種常用線路碼的信號波形及其功率譜。2、了解線路碼的解碼。二、實驗框圖圖3.2.1 實驗框圖三、實驗步驟1、按圖連接各個模塊 2、主振蕩器 8.33kHz 信號（TTL電平）輸出

21、至線路編碼器的 M.CLK 端其內(nèi)部電路四分頻，由 B.CLK輸出頻率為2.083KHZ、TTL電平的時鐘信號3、用序列碼產(chǎn)生器產(chǎn)生一偽隨機序列數(shù)字信號輸入于線路編碼器，分別產(chǎn)生：雙極性不歸零碼（NRZ-L），雙極性不歸零相對碼（NRZ-M），單極性歸零碼（UNI-RZ），雙極性歸 零碼（BIP-RZ），AMI碼(RZ-AMI)和分相碼（Manchester）等各種碼型的線路編碼。用示波器及頻譜儀觀察各線路碼的信號波形及其功率譜。觀察線路碼頻譜時，請將序列發(fā)生器模塊印刷電路板上的雙列直插開關置于“11”編碼位置，產(chǎn)生長為2048的序列碼。4、用線路碼的解碼器分別對各線路碼進行解碼。需要注意的是

22、，上圖中的線路碼解碼時，時鐘是從發(fā)端“借”用的。在實際中，解碼器需要從收到的線路碼中提取時鐘。實驗結果如下：a.NRZ_M圖3.3.1 NRZ_M編碼(CH1)及解碼(CH2)圖3.3.2 NRZ_M編碼功率譜b.BIO_L圖3.3.3 BIO_L編碼(CH1)及解碼(CH2)圖3.3.4 BIO_L編碼功率譜c.DICODE圖3.3.5 DICODE編碼(CH1)及解碼(CH2)圖3.3.6 DICODE編碼功率譜d.NRZ_L圖3.3.7 DICODE編碼(CH1)及解碼(CH2)圖3.3.8 DICODE編碼功率譜e.DUOBIN圖3.3.9 DUOBIN編碼(CH1)及解碼(CH2)圖

23、3.3.10 DUOBIN編碼功率譜f.AMI圖3.3.11 AMI編碼(CH1)及解碼(CH2)圖3.3.12 AMI編碼及功率譜g.BIP圖3.3.13 BIP編碼及功率譜h.UNI圖3.3.14 UNI編碼及功率譜I.AMI解碼與源碼圖3.3.15 AMI源碼（ch1）與解碼(ch2)比較J.DUOBIN解碼與源碼比較圖3.3.15 DOUBIN源碼（ch1）與解碼(ch2)比較實驗五 時鐘恢復一、實驗目的1) 了解從線路碼中提取始終的原理。2) 了解從RZ-AMI碼中提取時鐘的實現(xiàn)方法。3) 請學生自主完成從BIP-RZ或UNI-RZ碼恢復時鐘的實驗。二、實驗原理數(shù)字通信信通中，為了能

24、從接收信號中恢復出原始數(shù)據(jù)信號，必須有一個與收到的數(shù)字基帶信號符號速率相同步的始終信號，提取時鐘這一過程成為符號同步或者始終恢復。1. BIP-RZ時鐘恢復只須使用全波整流或者平方，得到單極性歸零碼，即為時鐘信號。2. UNI-RZ時鐘恢復單極性歸零碼功率譜中包含了離散直流分量、連續(xù)譜、離散時鐘分量及其奇次諧波分量，可以利用窄帶濾波器或者鎖相環(huán)從單極性歸零碼中提取出時鐘分量。3. 零均值限帶PAM時鐘恢復可用方法很多，例如取平方后整形移相得到需要的時鐘，也可以通過超前滯后門同步器或者其他環(huán)路方式恢復時鐘。三、實驗框圖圖5.3.1 實驗框圖四、實驗步驟A. 從RZAMI碼恢復時鐘實驗步驟1) 按

25、照書中示意圖連接模塊。2) 用示波器觀察各點波形。圖5.4.13) 調(diào)節(jié)緩沖放大器的K旋鈕，使得放大器輸出波形足夠大，經(jīng)移相其的相移后，比較器輸出TTL電平的恢復時鐘，如圖5.4.2。圖5.4.2 時鐘比較4) 將恢復時鐘與發(fā)送時鐘分別送至雙蹤示波器，調(diào)節(jié)相移，使得恢復時鐘與發(fā)送時鐘的相位一致，如圖5.4.3。圖5.4.3 時鐘比較5) 將恢復時鐘送至線路解碼器的時鐘輸入端，線路譯碼器輸出原發(fā)送的偽隨機序列。圖5.4.4 時鐘比較五、思考題1. 如何從分相碼中提取時鐘？答：利用符號“01”和“10”的中間跳變提取定時，然后分頻得到時鐘。2. 對于雙極性不歸零碼，如果發(fā)送數(shù)據(jù)中“1”出現(xiàn)的概率為90%，請問如何從這樣的信號中提取時鐘？答：可利用呈現(xiàn)的頻譜中的離散分量提取時鐘信號。3. 從限帶基帶信號中提取時鐘的原理是什么？答：將限帶基帶信號平方，然后通過鎖相環(huán)進行提取。其原理框圖如下：圖5.5.1實驗六 眼圖一、實驗目的了解數(shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中“眼圖”的觀察方法及其作用。二、實驗框圖圖6.2.1三、實驗步驟（1） 將可調(diào)低通濾波器模板前面板上的開關置于NORM位置。（2） 將主信號發(fā)生器的8.33khzTTL電平的方波輸入于線路碼編碼器的M.CLK端，經(jīng)四分頻后，由B.CLK端輸出2.083khz的時鐘信號。（3） 將序列發(fā)生器模塊的印刷電