通信系统实验报告.doc

第一次通信系统实验报告实验一 信号源实验一、实验目的1、了解通信系统的一般模型及信源在整个通信系统中的作用。2、掌握信号源模块的使用方法。二、实验内容1、对应液晶屏显示，观测dds模拟信源输出波形。2、观测各路数字信源输出。3、观测正弦点频信源输出。4、模拟语音信源耳机接听话筒语音信号。三、实验过程1、将信号源模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再按下信号源模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，信号源模块开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、dds模拟信源（1）按键“波形选择”，“ddsout”测试点输出波形种类在正弦波、三角波、锯齿波、方波a、方波b间循环切换。（2）按键“步进选择”，“ddsout”测试点输出波形频率步进值在1khz、10khz、 1hz、50hz间循环切换。（3）按键“1”或“1”，“ddsout” 测试点输出波形频率增加或减少相应的步进值。（4）当输出波形选择“方波b”时，按键“功能切换”，此时液晶屏显示“步进”切换为“占空比”。再按键“1”或“1”，方波b占空比由0开始，每次增加或减少5。再次按键“功能切换”，此时液晶屏显示“占空比”切换回“步进”。（5）按键“复位”，“dds”测试点输出波形2khz正弦波，频率步进值为1khz。说明：按“复位”键后，设置的方波b的占空比信息仍保存；若断电后再开电，方波b的占空比还原为0。（6）“ddsout”的波形信息应与液晶屏显示对应。（7）“ddsout”测试点输出波形幅度可由“dds调幅”旋转电位器p05调节，波谷值为0，波峰值在200mv4v间变化。（8）对应液晶屏显示，示波器观测“ddsout”测试点波形，掌握dds模拟信源的使用方法。4、数字信源（1）示波器观测各路数字时钟信号。（2）示波器观测各路伪随机序列。（3）任意设置“nrz码型选择”拨码开关和“码速率选择”拨码开关，示波器观测24位nrz码信源信号。5、正弦点频信源调节两个“调幅”旋转电位器，示波器观测四路正弦点频信源信号波形。6、模拟语音信源连接测试点“tout”与“rin”，将耳机和话筒插入相应的音频插座，一边说话一边调节两个“音量调节”旋转电位器p01、p02，直至耳机能听到清晰的说话声音。四、实验结果1、观察了dds信号源的输出，通过按键或旋钮可以调节dds信号源输出的频率和峰峰值等参数，还可以输出pwm波形。2、观察了nrz信源输出和各路伪随机序列输出。3、连接测试点“tout”与“rin”，将耳机和话筒插入相应的音频插座，一边说话一边调节两个“音量调节”旋转电位器p01、p02，耳机听到了清晰的说话声音。五、实验分析与讨论1、什么是“dds直接数字频率合成模拟信源”？它的基本原理是什么？答：dds芯片中主要包括频率控制寄存器、高速相位累加器和正弦计算器三个部分（如q2220）。频率控制寄存器可以串行或并行的方式装载并寄存用户输入的频率控制码；而相位累加器根据频率控制码在每个时钟周期内进行相位累加，得到一个相位值；正弦计算器则对该相位值计算数字化正弦波幅度（芯片一般通过查表得到）。dds芯片输出的一般是数字化的正弦波，因此还需经过高速d/a转换器和低通滤波器才能得到一个可用的模拟频率信号。2、“伪随机序列”是如何产生的？它主要有哪些性质？答：通过反馈移位寄存器产生。主要有平衡性、游程特性以及相关性等性质。实验二 信道与眼图实验一、实验目的1、掌握用眼图来定性评价基带传输系统性能。2、掌握信道与眼图模块的使用方法。二、实验内容1、信号送入高斯白噪信道，调节噪声功率大小，观测信道输出。2、数字基带传输信道观测眼图。三、实验过程1、将信号源模块、信道与眼图模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、高斯白噪信道（1）将信号源模块任一测试点信号（建议“24.576m”时钟信号除外），送入高斯白噪信道“输入”点。（2）示波器观测“噪声”测试点，为位数较长的伪随机序列，示波器无法稳定观测。（3）观测“噪声”的频谱，应为伪随机序列的频谱，逼近高斯白噪的频谱特性。 这里可采用频谱分析仪或选配的虚拟仪器进行信号频谱分析。（4）示波器观测“输出”测试点，调节“噪声功率调节”旋转电位器p01。逆时针旋转到底时无失真，顺时针增大噪声功率，且输出信号波形上叠加的噪声越明显。（5）观测“输出”测试点信号的频谱随噪声功率大小的变化情况。4、观测眼图（1）信号源模块“码速率选择”拨码开关设置为3分频，即拨为00000000 00000011。（2）此时，将256k码速率的nrz码或任一伪随机序列，例如pn15，送入“256k”数字基带传输信道“输入”测试点。（3）示波器设定为外触发方式，即选择为“ext”触发。1通道接“256k”数字基带传输信道“输出”，“ext trig”外触发通道接信号源模块“bs”，调节“256k码速率带限信道”“眼图调节”旋转电位器，观测眼图“眼睛”张开/闭合过程。注： 数字基带传输系统实验中，时分复用信号的码速率为256k，送入256k数字基带传输信道观测眼图；时分复用信号经单极性码型变换后，bph/cmi编码的码速率为512k，送入512k数字基带传输信道观测眼图。“512k码速率带限信道”观测眼图的操作步骤与之相同。信道与眼图模块作为工具模块之一，本实验中仅要求掌握其使用方法，在今后的实验中再具体使用到。四、实验结果1、观测了信号源叠加不同功率谱的噪声的输出情况。下图为噪声功率谱：图2-4-1 噪声功率谱实验三 终端实验一、实验目的1、了解终端在整个通信系统中的作用。2、掌握终端模块的使用方法。二、实验内容1、将信号源模块24位nrz码及其位同步bs、帧同步fs、送入数字终端，观察对应的发光二极管显示情况。2、信号源模块模拟语音信源与终端模块模拟终端对接，实现简易的双方语音通信。三、实验过程1、将信号源模块、终端模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，在反别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块开始共作。3、数字终端 （1）信号源模块“码速率选择”及24位“nrz码型选择”拨码开关均任意设置。 （2）实验连线如下：信号源模块 终端模块（数字终端）nrz-data1bs-bs1fs-fs1 （3）观察终端模块下方“data1”24位发光二极管的亮灭情况是否与信号源模块24位“nrz码型选择”拨码开关设置一致。 （4）同理观察“data2”是否存在上述同样的现象。四、实验结果1、终端模块下方“data1”24位发光二极管的亮灭情况与信号源模块24位“nrz码型选择”拨码开关设置一致2、终端模块下方“data2”24位发光二极管的亮灭情况与信号源模块24位“nrz码型选择”拨码开关设置一致实验四 常规双边带调幅与解调实验（am）一、实验目的1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握二极管包络检波法原理。3、了解调幅信号的频谱特性。4、了解常规双边带调幅的优缺点。二、实验内容1、完成常规双边带调幅，观测am信号的波形及其频谱。2、采用二极管包络检波法，解调am信号。三、实验原理幅度调制是用调制信号去控制高频载波的振幅，使之随调制信号作线性变化的过程。幅度调制器的一般模型如图4-1所示。图4-1 幅度调制器的一般模型设调制信号的频谱为，冲激响应为的滤波器特性为，则该模型输出已调信号的时域和频域一般表达式为式中，为载波角频率，。由以上表达式可见，对于幅度调制信号，在波形上，它的幅度随基带信号规律而变化；在频谱结构上，它的频谱完全是基带信号频谱结构在频域内的简单搬移。由于这种搬移是线性的，因此幅度调制通常又称为线性调制。1、常规双边带调幅（am）常规双边带调制简称调幅（am）。假设调制信号的平均值为0，将其叠加一个直流偏量后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表示式为若为确知信号，则am信号的频谱为其典型波形和频谱（幅度谱）如图4-2所示图4-2 am信号的波形和频谱若为随机信号，则已调信号的频域表示必须用功率谱描述。由波形可以看出，当满足条件：时，am调幅波的包络与调制信号的形状完全一样，因此用包络检波的方法很容易恢复出原始调制信号；如果上述条件没有满足，就会出现“过调幅”现象，这时用包络检波将会发生失真。但是可以采用其它的解调方法。由频谱可以看出，am信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成，参照图4-2所示，通常我们将已调信号频谱中画斜线的部分称为上边带，不画斜线的部分称为下边带。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，am信号是带有载波分量的上边带信号，它的带宽是基带信号带宽的2倍，即am信号的载波分量并不携带信息。当调制信号为单音余弦信号，即时，有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例，即调制效率可以写为在“满调幅”（ 时，也称100调制）调节下，这时调制效率的最大值为。因此，am信号的功率利用率比较低。am的优点在于系统结构简单，价格低廉，所以至今调幅制仍广泛用于无线电广播。本实验采用的am调幅框图如下图4-3所示。图4-3 am调幅实验框图上图中，由信号源模块dds模拟信源直接提供调制信号，即含直流分量的正弦模拟信号，同时将信号源模块384khz正弦载波作为载波输入，两者相乘得到“am调幅信号”输出。模块电路中“调制深度调节1（2）”旋转电位器可调节乘法器的调制深度。2、包络检波法解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复出原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。前面提到，当am信号在满足的条件下，其包络与调制信号的形状完全一样。因此，am信号一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。本实验采用的二极管峰值包络检波器如下图4-4所示。图4-4 am解调实验框图（包络检波法）实验中将am调幅信号送入“调幅输入”，经二极管包络检波得到“检波输出”信号，它是am调幅信号的包络，然后再经一级rc低通滤波器，还原出原调制信号。四、实验过程1、将信号源模块、模拟调制模块、模拟解调模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、am调幅（1）信号源模块“ddsout”测试点输出2khz正弦波信号，调节“dds调幅”旋转电位器，使其峰峰值为1v左右。同时，调节“384k调幅”旋转电位器，使“384k正弦载波”输出峰峰值为3.6v左右。（2）实验连线如下：信号源模块 模拟调制模块“相乘调幅1”ddsout 基波输入384k正弦载波 载波输入（3）调节“调制深度调节1”旋转电位器，用示波器观测“调幅输出”信号波形。这里也可采用“相乘调幅2”电路完成同样过程。（4）示波器双踪观测模拟调制模块“基波输入”与“调幅输出”信号时，将示波器两通道幅度单位调到同一档，例如均为“1v/格”档位，理解基波信号是am调幅信号的“包络”这一概念。4、am解调（包络检波法）将am调幅信号送入模拟解调模块中包络检波法“调幅输入”测试点，观测“检波输出”与“解调输出”测试点波形，并对比模拟信号还原的效果。5、模拟语音信号am调幅与解调用信号源模块模拟语音信源输出的“tout”话音信号代替2k正弦信号送入模拟调制模块中，模拟解调模块还原的“解调输出”信号送回信号源模拟语音信源“rin”测试点，耳机接收话筒语音信号，完成模拟语音信号am调幅与解调的整个过程。五、实验结果1、示波器双踪观察基波和调幅输出波形：基波信号是调幅信号的“包络”。图4-5-1 基波和调幅波波形图4-5-2 am波频谱2、am信号解调 包络检波和相干解调输出波形：（注：黄色的线条是包络检波输出）图4-5-3 包络检波和相干解调输出波形实验五 双边带抑制载波调幅与解调实验（dsb-sc am）一、实验目的1、掌握双边带抑制载波调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握相干解调法原理。二、实验内容1、采用乘法器实现dsb调幅，观测dsb调幅信号的波形及频谱。2、采用相干解调法解调dsb调幅信号。三、实验原理1、dsb调幅在常规双边带调幅过程中，载波不携带任何信息，信息完全由边带传送。因此，如果在am调制模型中将直流去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式抑制载波双边带信号（dsbsc），简称双边带信号（dsb）。其典型波形和频谱如图4-1所示。图4-1 dsb信号的波形和频谱dsb信号的调制效率是100，即全部功率都用于信号传输。但由于dsb信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。dsb信号解调时需采用相干解调，也称同步检波。dsb信号虽然节省了载波功率，但它所需的传输带宽仍是调制信号带宽的两倍，与am信号带宽相同。实验中采用如下框图4-2实现dsb调幅。图4-2 dsb调幅实验框图由信号源模块提供不含直流分量的2k正弦基波信号和384k正弦载波信号，经乘法器相乘，调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调整，得到dsb调幅信号输出。2、相干解调法相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号的频谱搬到了载频位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调器适用于所有线性调制信号的解调。实验中采用如下框图4-3实现相干解调法解调dsb信号。图4-3 dsb解调实验框图（相干解调法）将dsb调幅信号与相干载波相乘，得“相乘输出”信号，再经低通滤波器取出低频分量，即可恢复出原始的基带调制信号。四、实验过程1、将信号源模块、调制模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、dsb调幅（1）信号源模块“2k正弦基波”测试点，调节“2k调幅”旋转电位器，使其输出信号峰峰值为1v左右；“384k正弦载波”测试点，调节“384k调幅”旋转电位器，使其输出信号峰峰值为3.6v左右。（2）实验连线如下：信号源模块 调制模块“模拟相乘法调制”2k正弦基波 基带输入384k正弦载波 载波输入（3）调节“调制深度调节”旋转电位器，用示波器观测“调制输出”测试点信号波形及其频谱。（4）观测dsb调幅信号的频谱，并与am调幅信号的频谱进行比较分析。 这里可采用频谱分析仪或选配的虚拟仪器进行信号频谱分析。4、dsb解调（相干解调法）（1）实验连线如下：调制模块内连线载波输入（模拟相乘法调制）载波输入（相干解调法）调制输出（模拟相乘法调制）dsb输入（相干解调法）（2）调节“解调深度调节”旋转电位器，观测“相乘输出”与“解调输出”测试点波形，并对比模拟信号还原的效果。5、模拟语音信号dsb调幅与解调用信号源模块模拟语音信源输出的“tout”话音信号代替2k正弦信号输入模拟调制模块中，模拟解调模块还原的“解调输出”信号送回信号源模拟语音信源“rin”测试点，耳机接收话筒语音信号，完成模拟语音信号dsb调幅与解调的整个过程。五、实验结果1、dsb-sc调幅与基波波形：图 5-5-1 dsb-sc调幅与基波波形2、dsb-sc调幅波频谱：图5-5-2 dsb-sc波形频谱3、dsb-sc波形解调： 注：黄色线条表示的是相乘输出图5-5-3 相乘输出和解调输出实验六 单边带调幅与解调实验（ssb am）一、实验目的1、掌握单边带调幅与解调的原理及实现方法。2、了解ssb（包括上边带、下边带）调幅信号的频谱特性。3、了解单边带调幅的优缺点。二、实验内容1、按相移法ssb调制框图，实现ssb调幅，观测ssb调幅信号的波形及其频谱。2、采用相干解调法解调ssb调幅信号。三、实验原理单边带调制（ssb）信号是将双边带信号中的一个边带滤掉而形成的。根据滤除方法的不同，产生的ssb信号的方法有滤波法和相移法。1、 滤波法ssb调幅先产生一个双边带信号，然后让其通过一个边带滤波器，滤除不要的边带，即可得到单边带信号。2、 相移法ssb调幅本实验采用的即是相移法ssb调幅。设调制信号为mt=amcosmt，载波为ct=cosct则dsb信号的时域表示式为：sdsbt=amcosmtcosct=12amcosm+ct+12amcos(c-m)t保留上边带的单边带调制信号为：susbt=12amcosm+ct=12am(cosctcosmt-sinctsinmt)保留下边带的单边带调制信号为：slsbt=12amcosm-ct=12am(cosctcosmt+sinctsinmt)图6-3-1 相移法ssb调幅实验框图相移法不需要滤波器具有陡峭的截止特性，不论载频有多高，均可一次实现一次ssb调制。3、 ssb解调单边带信号的解调不能采用简单的包络检波。与双边带抑制载波信号相比，单边带信号的包络更不能反映调制信号的波形，因此我们采用相干解调法解调ssb信号。四、实验过程1、将各个模块小心地固定到主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，在分别按下三个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，三个模块均开始工作。3、ssb调幅（1）信号源模块“2k正弦波”测试点，调节“2k调幅”旋转电位器，使其输出信号峰峰值为1v左右。“384k正弦波”测试点，调节“384k调幅”旋转电位器，使其输出信号峰峰值为3.6v左右。（2）实验连线（3）示波器双踪观测基波移相“输入”与“输出”测试点波形，比较其相对相位关系。（4）示波器双踪观测载波移相“输入”与“输出”测试点波形，比较其相对相位关系。（5）调节“调制深度调节1”旋转电位器，相乘调幅1“调幅输出”一路dsb信号。（6）调节“调制深度调节2”旋转电位器，相乘调幅2“调幅输出”一路dsb信号。（7）比较两路dsb调幅信号在频谱上的区别。（8）观测“上边带输出”及“下边带输出”测试点信号的波形及频谱。4、ssb解调（1）实验连线（2）调节“解调深度调节”旋转电位器，观测“相乘输出”与“解调输出”测试点波形，并对比模拟信号还原的效果。五、实验结果1、基波移相“输入”与“输出”测试点波形：图6-5-1 基波移相2、载波移相“输入”与“输出”测试点波形图6-5-2 载波移相4、 调幅输出1和2：注：调幅输出2是移相之后的调幅波图6-5-3 调幅输出1频谱图6-5-4 调幅输出2频谱（移相之后）两路dsb信号形状基本相同。5、 上边带输出：图6-5-5 上边带频谱下边带输出：图6-5-6 下边带输出图6-5-7 两个边带时域信号六、实验结果分析和讨论单边带、双边带、残留边带和抑制载波双边带调制这几种调制方式各有什么优缺点？答：单边带调制效率比较高、占用带宽等于信号带宽但是调制和解调电路较为复杂。双边带调制调制和解调实现起来都最方便，但是也最浪费能量和带宽。残留边带调制比双边带调制节省频谱，比单边带易于解调。抑制载波双边带调制相比于am调制减少了能量的浪费，但是解调变得比较复杂。实验七 频分复用实验（fdm）一、实验目的1、了解复用的概念。2、理解频分复用的原理。3、掌握频分复用的系统框图及其实现方法。二、实验内容1、两路不同载频的dsb调幅信号频分复用，观测频分复用前后信号波形及频谱的变化。2、对频分复用信号先解频分复用，再分别解调幅还原。三、实验原理当一条物理信道的传输能力高于一路信号的需求时，该信道就可以被多路信号共享，例如电话的干线通常有数千路信号在一根光纤中传输。复用就是解决如何利用一条信道同时传输多路信号的技术。其目的是为了充分利用信道的频带或时间资源，提高信道的利用率。信号多路复用有两种常用的方法：频分复用（fdm）和时分复用（tdm）。时分复用通常用于数字信号的多路传输，将在时分复用实验（tdm）中阐述。频分复用是一种按频率来划分信道的复用方式，主要用于模拟信号的多路传输，也可用于数字信号。在fdm中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段（子通道），每路信号占据其中一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带（防护频带）进行分隔，以防止信号重叠。在接收端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。频分复用系统的实验框图如下图7-1所示。图7-1 频分复用系统实验框图信号源模块提供两路模拟信号，经模拟调制模块分别与192k正弦载波、384k正弦载波相乘，得两路dsb调幅信号，其调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调整。然后将两路不同载频的dsb调幅信号送入复用模块频分复用电路中相加，得频分复用信号。为防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率，以使各路已调信号频谱之间留有一定的防护频带。这里选择载波频率分别是192k和384k，满足每路话音信号4khz的标准带宽。在接收端，先经复用模块频分解复用电路，分离出两路已调信号，再将已调信号送入模拟解调模块分别进行相干解调，还原出原始模拟信号。四、实验过程1、将信号源模块、模拟调制模块、模拟解调模块、复用模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下五个模块中的电源开关，对应的