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通信原理硬件实验报告学院：信息与通信工程学院班级：2008211115班姓名： 韩速 师争明学号：08210438 08210452序号： 08 222010/12/1目录实验一 双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM）- 1 -实验二 具有离散大载波的双边带调幅（AM）- 13 -实验三 调频(FM)- 18 -实验四 线路码的编码与解码- 23 -实验五 时钟恢复- 26 -实验六：眼图- 29 -实验七：采样、判决- 31 -实验八：二进制通断键控(OOK)- 34 -实验九：二进制频移控制（2FSK）- 39 -实验十：二进制移相键控及差分移相键控- 43 -实验十一 ：信号星座- 48 -实验十二：低通信号的采样与重建- 51 -实验十三：脉冲幅度调制与分时复用- 55 -实验总结- 58 - 62 -实验一 双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM）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有图知，锁相环乘法器的输出为：Acmtcos2fct+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.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（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 信号加到品的实验连接图2、实验结果： 主振频率100KHZ 音频频率10KHZ乘法器输出，观察相位反转 加法器输出波形振幅调节大G 调节小g二、DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取1、实验步骤锁相环调试总解调图如图1.3（1） 单独测量VCO性能。实验中注意要将VCO模块印刷电路板上的开关拨到VCO模式将VCO模块前面板上的频率选择开关拨到HI载波频段的位置，VCO的Vin输入端暂不接信号（此时Vin被模块内部接地）。用示波器观看VCO的输出波形及工作频率f0，然后旋转VCO模块前面板上的f0旋钮，改变VCO中心频率f0，其频率范围约为70130khz图1.3 DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取实验连接图图1.4 测量VCO的压控灵敏度然后将可变直流电压模块的DC输出端与VCO模块的Vin端相连接，双踪示波器分别接于VCO输出端及DC输出端，如图1.4当直流电压为零时，调节VCO模块f0旋钮，使VCO的中心频率为100khz。从-2V至+2V改变直流电压，观察VCO的频率及线性工作范围调节VCO模块的GAIN旋钮，使得在可变直流电压为+-1时的VCO频率偏移为+-10khz。值得注意的是，不同GAIN值对应不同的VCO压控灵敏度。（2） 单独测量锁相环中的相乘、低通滤波器的工作是否正常按图1.5所示的电路图进行实验，即图中的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，图中的乘法器相当于混频器。图 1.5在实验中，将另一VCO作为信号源输出与乘法器。改变信号源VCO的中心频率，用示波器观看锁相环中的相乘、低通滤波的输出信号，它应是输入信号与VCO输出信号的差拍信号（差频信号）。（3） 测量锁相环的同步带及捕捉带按图将载频提取的锁相环闭环连接，仍使用另一VCO作为输入于锁相环的信号源，如图1.6所示图 1.6锁相环的输出和输入存在差频或相差时，这种差别会体现在环路滤波器的输出上。如果环路滤波器的输出接近直流，它将对VCO形成一个负反馈控制，使锁相环输出信号的频率和相位能跟踪输入，此即同步状态（锁定状态）。锁定状态下，若输出信号的频率或相位发出轻微变化，VCO的输出都能进行跟踪。如果环路滤波器的输出是交变的，则锁相环处于失锁状态。失锁状态下锁相环中的乘法器相当于混频器，此时环路滤波器输出的是乘法器两端输入信号的差拍信号设锁相环当前处于锁定状态，向上或向下改变锁相环的输入信号频率，使之远离VCO的中心频率，则当输入信号频率超过某边界值后，VCO将不再能跟踪输入的变化环路失锁。向上和向下改变输入信号频率对应有两个边界频率，称这两个边界频率的差值为同步带若锁相环当前处于失锁状态，向上或向下改变锁相环的输出信号频率，使之接近VCO的中心频率，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。向上和向下有有两个边界，称这两个边界频率的差值为捕捉带。下面测量锁相环的同步带和捕捉带按图进行连接，用示波器观看锁相环中LPF输出端信号波形首先将信号源VCO的中心频率调到比100khz小很多的频率，使锁相环处于失锁状态。调节信号源VCO，使其频率由低往高缓慢变化，当示波器呈现信号波形由交流信号变为直流信号时，说明锁相环由失锁状态进入了锁定状态，记录输入信号的频率f2，如图所示。该图表示锁相环锁定时，环路控制电压Vin与输入信号频率的关系。在锁定状态下，环路控制电压Vin是直流继续将信号源的频率往高调节，环路电压Vin跟着变化，直到示波器见到的信号波形由直流突变为交流信号，说明锁相环失锁，记录此时的输入信号频率f4再从f4开始，将输入信号频率从高往低调，记录再次捕捉到同步时的频率f3.继续向低调节频率，直到再次失锁，记录频率f1上述过程反复进行几次由锁相环锁定时的环路电压Vin与输入信号频率的关系可画图，根据测量得到的f1、f2、f3及f4值可算出锁相环的同步带及捕捉带为 同步带 f1=f4-f1 捕捉带 f2=f3-f2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输入的直流电压约为0.6v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模块中的f0旋钮，使锁相环锁定于100khz，此时LPF输出的直流电平约为零电平恢复载波 （1）将图1.7（图2.2.3）中的锁相环按上述过程调好，在按照图的实验连接，将加法器输出信号接至锁相环的输出端。将移相器模块印刷电路板上的频率选择开关拨到HI位置 （2）用示波器观察锁相环的LPF输出信号是否是直流信号，以此判断载波提取PLL是否处于锁定状态。若锁相环锁定，用双踪示波器可以观察发端导频信号cos2fct 与锁相环VCO输出的信号sin(2fct+)时候同步的，二者的相应相位差为90+，且很小。若锁相环失锁，则锁相环LPF输出波形是交流信号，可缓慢调节锁相环VCO模块的f0旋钮，直至锁相环LPF输出为直流，即锁相环由失锁进入锁定，继续调接f0旋钮，使LPF输出的直流电压约为0电平 （3）在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VCO的输出经移相后的信号波形，调节移相器模块中的移相旋钮，达到移相90，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）用频谱仪观测恢复载波的振幅频谱，并加以分析。相干解调（1）在上述实验的基础上，按照图1.7所示，将相干解调的相乘、低通滤波模块连接上（将“TUNEABLE LPF”模块前面板上的频率范围选择开关拨到WIDE位置），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。 需指出，由于本实验系统所提供的锁相环中的RC LPF的3dB带宽为2.8kHz，所以此DSB-SCAM实验的调制信号频率选为10kHz。2、实验结果VCO中心频率100KHZ 两个VCO差频信号 +2V时频率变小 -2V时频率变大导频信号与VCO的差异 解调结果相干解调恢复载波与载波频谱图 乘法波形与解调波形修改调制频率后乘法波形与解调波同步带和捕捉带是:捕捉带：109.9-96.15=13.65KHZ同步带：99.8-84.6=15.2KHZ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信号波形的频率是恒定的，振幅是随时间变化的，而且关于即X轴上下对称,包络为余弦函数。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。图1.8图1.8即加法器输出频谱图中心频率为100KHz，带宽为20KHz已调信号信号功率：Ps=ACa222=Ac2a22导频信号功率：Pc=Ap22再带入实验中测的数据得：PsPc0.32 （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：不能使用TUNEABLE LPF来恢复载波。因为恢复载波的电路中，经过乘法器之后，要使用滤波器滤除高频分量，剩下载波分量，而恢复的载波的频率为100KHZ，这就要求这时的低通带宽要100KHZ，然而TUNEABLE LPF的滤波范围为900HZ12KHZ，远不能满足滤波的要求。故不能使用其来进行载波恢复的滤波。（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。因为本实验中回复载波信号的锁相环中使用了截止频率为2.8KHz的RC LPF滤波器，音频信号如果是1KHz，锁相环就会跟踪到音频信息的波形变化，使得信号失真。（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：若不加导频，调节信号中就没有离散的载频分量，就不能用窄带滤波器来提取载波了。收端载波提取可以利用平方环法或科斯塔斯环法来提取载波。平方环法：图1.9 平方环法框图科斯塔斯环法(COSTAS)：图1.10 科斯塔斯环法(COSTAS)框图实验总结：本次实验了解DSB-SC AM信号的产生以及相干解调的原理和实现方法，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，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，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。这次实验是对通信原理理论知识的一次升华。第一次接触通信硬件箱，模块很多，线也很多，合理的计划以及事先的预习规划都必不可少。另外本次实验是两个同学合作完成，如何将每个人的优点和长处发挥到极致。谁截图，谁连线，出现问题如何解决，如何讨论，都是实验过程中出现的小问题。开始很不适应，但随着配合加深，这种问题在本次试验的最后得到了有效的结局。这次实验既试一次实践，又是一次锻炼小团队合作的机会。实验二 具有离散大载波的双边带调幅（AM）实验目的(1) 了解AM信号的产生原理以及实现方法(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。3、 实验结果： 调节G=1 调节g=1 a=0.8时AM条幅波形 a=0.8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、实验结果：整流器（RECTIFIER）的输出波形低通滤波器（LPF）的输出波形改变输入AM信号的调幅系数，观察包络检波器输出波形没有改变（a变化范围小的时候，不考虑使AM过调的情况）改变发端调制信号的频率，观察包络检波输出波形的变化思考题（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a1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)22，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。实验总结：通过本次实验，我了解AM信号的产生原理以及实现方法，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，了解AM信号的非相干解调原理和方法。通过本次实验，让我更深刻的了解了AM信号的产生及包络检波解调的原理和实现方法，对实验仪器更加了解，连线更加熟练，小组配合也更加融洽，相信在以后的实验中能更进一步。实验三 调频(FM)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。实验原理音频信号为m(t)=acos2fmt.SFMt=Accos2fct+(t)，其中(t)=2Kf-tmd=aKffmsin2fmt=sin2fmt，Kf为频谱偏移常熟（HZ/V），=aKffm是调制指数，由卡松公式知，等效带宽为B2(+1) fm产生方法如图3.1,图3.2图3.1 利用VCO产生FM信号图3.2 利用锁相环做调频解调器实验步骤及实验结果一、FM信号的产生1、实验步骤（1）单独调测VCO（a）将VCO模块的印刷电路板上的拨到开关置于VCO模式，将频率选择开关置于“HI”状态。然后，将VCO模块插入插槽（b）将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的 Vin端相连接，示波器接VCO输出端,如图3.4图3.3 产生FM信号的实验连接图 图3.4 测量VCO的压控灵敏度l 当直流电压为0时，调节f0旋钮，使VCO中心频率为100khzl 在-2v+2v范围内改变直流电压，测量VCO的频率及线形工作区域l 调节VCO的“gain”旋钮，是的直流电压在-2v+2v范围内变化时，频率在-5khz+5khz范围内变化（2）将音频振荡器的频率调到2khz，作为调制信号输入于VCO的Vin端（3）测量图3.3中各点波形（4）测量FM波的振幅频谱2、实验结果100K中心频率 直流-2V时的VCO频率（变化为+5KHZ）直流+2V时的VCO频率（变化为-5KHZ） FM输出波形音频信号调到2K FM频谱图二、FM信号的锁相环解调1、实验步骤按照图3.5连接图3.5 FM信号的锁相环解调（1）单独调测VCO（a）将VCO模块的印刷电路板上的拨到开关置于VCO模式，将频率选择开关置于“hi”状态。然后，将VCO模块插入插槽（b）将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的端相连接，示波器接VCO输出端l 当直流电压为0时，调节f0旋钮，使VCO中心频率为100khzl 调节VCO的“gain”旋钮，是的直流电压在-1v+1v范围内变化时，频率在-10khz+10khz范围内变化（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LPF输出的信号应该是直流分量叠加模拟基带信号。（4）改变发端的调制信号频率，观察FM解调的输出波形变化。实验结果直流+1V VCO频率变化-10KHZ直流-1VVCO频率变化+10KHZ解调结果同步带和捕捉带是：捕捉带为：106.7-95.01=11.69KHZ同步带为：111.6-89.82=21.78KHZ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：采用VCO时，调制指数=aKffm，由结果图可以读出a=2, Kf=5KHZ/2V，fm=2KHZ，得=2.5，带宽B=21+fm=14KHz（2） 用VCO产生FM信号的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：采用晶振稳幅可以使中心频率稳定（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除原调制信号？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，不在锁相环工作频率段，所以不可惜。（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。实验总结：通过本次实验，我们了解用VCO作调频器的原理及实验方法，学会了测量FM信号的波形及振幅频谱，了解利用锁相环作FM解调的原理及实现方法。本次实验有一定的难度，最后解调出来的效果总是不很理想。有器件的原因，更有对理论知识欠缺的地方。我们静下心来，细细排查，甚至重新连接了许多次线，不断地调节旋钮，终于得到了较为理想的解调波形。对我们的细心程度以及不懈努力的意志品质是一次锻炼。实验四 线路码的编码与解码实验目的(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。实验步骤和实验结果1、实验步骤（1） 按图4.1连接各个模块图4.1 线路码的编码与解码实验连接图（2） 主振荡器 8.33kHz 信号（TTL电平）输出至线路编码器的 M.CLK 端其内部电路四分频，由 B.CLK输出频率为2.083KHZ、TTL电平的时钟信号（3） 用序列码产生器产生一伪随机序列数字信号输入于线路编码器，分别产生：双极性不归零码（NRZ-L），双极性不归零相对码（NRZ-M），单极性归零码（UNI-RZ），双极性归 零码（BIP-RZ），AMI码(RZ-AMI)和分相码（Manchester）等各种码型的线路编码。用示波器及频谱仪观察各线路码的信号波形及其功率谱。管啥线路码频谱时，请将序列发生器模块印刷电路板上的双列直插开关置于“11”编码位置，产生长为2048的序列码。（4）用线路码的解码器分别对各线路码进行解码。需要注意的是，图4.1中的线路码解码时，时钟是从发端“借”用的。在实际中，解码器需要从收到的线路码中提取时钟。2、实验结果TTL电平 B.CLK输出NRZ-L编码 NRZ-M编码UNI-RZ编码 BIP-RZ编码RZ-AMI编码 曼切斯特编码解 解码NRZ-L 解码NRZ-M解码UNI-RZ 解码BIP-RZ解码RZ-AMI 解码曼切斯特实验总结： 通过本次试验，我们了解各种常用线路码的信号波形及其功率谱