北京交通大学-实验十二基带信号的频谱测试

1、通信原理实验第1页实验十二基带信号的频谱测试得分姓名： 穆书奇学号：15211017 班级：通信1501姓名： 王家乐学号：15211022 班级：通信1501第十三周 星期二 第 大节实验名称：频带信号的频谱测试一、实验目的(1)加深对各种基带数字信号频谱的理解。(2)加深对各种数字基带信号频谱带宽的理解。(3)掌握虚拟仪测试各种数字基带信号频谱和带宽的方法。二、实验仪器(1)ZH5001A通信原理综合实验系统(2)20MHz双踪示波器(3)计算机(4)虚拟仪三、实验前的准备(1)预习本实验的相关内容。(2)熟悉虚拟仪器的操作方法。(3)熟悉附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置,通信原

2、理实验第23页 (4)实验前重点熟悉的内容.了解周期和非周期信号的频谱；了解各种随机数字信号的功率谱，熟悉虚拟仪的主要功能和测试频谱的方法。四、实验原理本次实验是基于VIRTINS虚拟仪的基带信号频谱分析。1)单极性不归零码的功率谱所谓不归0,就是指工=工，此时，mnfs=mFfs=m , Sa2(m) = 0,所以, 二进制单极性不归0码随机序列的功率谱密度表达式为区=fsP(1 - P)A2 2Sa2() fs2P2A2 2、.(f)其波形如图10-7所示。由图可以看出，这种码型不存在定时分量。巴血)图10-7单极性不归。码的功率谱玲=fsR1 -P)A2.2Sa(/) fs2P2&.2、

3、.(f)fs2P2A2 葭 Sa2(m： / 2)、.(f _mg)m，二(式 10-20)其波形如图10-8所示。由图可以看出，这种码型在单数码元速率点都存 在离散频谱。可以从中提取出定时分量。AMI和HDB眄在接收端经过全波整 流后就是这种码型，因此，能够提取出定时分量。一随片-2a)s -g 02ws 3 妣图10-8单极性归0码的功率谱3)双极性不归零码的功率谱对于双极性二进制矩形方波随机序列A 0 t | t / 2-(式 10-21)-A 0t 匡 / 2g2(t) = 0t t / 2工(式 10-22)G(f ) = aW：)2G2(f) = -A Sai)2(式 10-23)

4、在这种情况下，G2(f) = C(f),由此可得双极性二进制矩形脉冲随机序 列的功率谱密度为Ps(f)=4fsP(1一P)|Qf )| 2fs2(2P . 1)2|G(0)|2、.(f)fs2(2P -1)2A2.2| G/mfs)| 2、.(f 一 mfs)笛(式10-24)将式10-23带入式10-24,可得P(f) = 4fsR1 一 P)A2.2Sa2() fs2(2P 一 1)2A2.2、.(f )fs2(2P 一 1)2A2 2Sa2(m.二fs)、(f 一 mfS)m 二:：二二进制双极性不归0码，与前面所述单极性归0的含义一样，就是7 = Ts , 止匕时mwfs=mTSnfs

5、=mJ Sa2(m)=0,因此，一进制双极性不归0码随机序列 的功率谱密度表达式如式(10-26)所示。PS(f) = 4fsP(1 - P)A、2Sa2(彳)+ fs2(2P 1)2A2T2d(f )由式(10-26)可以看出，双极性不归0码的功率谱密度仅在0频处有 一根离散线谱，其他所有的离散谱均为0,如图10-9所示。根据式(10-26), 当二进制信号等概时，在0频处的离散谱也消失，因为等概的双极性信号是 不会存在直流分量的，所以在0频处的离散分量消失也是不难理解的。图10-9 双极性不归。码的功率谱4)双极性归零码的功率谱对于双极性归零二进制矩形脉冲随机序列的功率谱密度可以用下式求P

6、S(f) = 4fsP；1 -P)A2.2Sa2() fs2(2P 一 1)2A2.2、.(f )fs2(2P - 1)2A2 2 - Sa2(m.二fs)、.(f - mfs)m=- 二二双极性二进制归0码，与前面所述单极性归0的含义一样，就是指七Ts, 利用50%占空比,即 f/2,此时 旧卜m*fs/2 = m/2, Sa2(m/2) = ,2 .当m=1时，Sa(n/2)#0,因此，二进制双极性归0码随机序列的功率谱密度 表达式如式(10-27)所不。PS(f) = 4fsR1 一 P)A2.2Sa2() fs2(2P 一 1)2A2.2、(f ) odfs2(2P 一 1)2A2 2

7、 工 Sa(m- / 2)、.(f 一 mfs) m三 ：其功率谱密度如图10-10所示。由图可知，这种码型的功率谱密度与二 进制单极性码的功率谱密度相同。实际上，这两者是有区别的，因为是否相 同，还要看其包含的各种分量的大小，对于双极性信号，其线谱分量是很小 的。因为从式中可以看到，线谱分量的大小与一进制码元出现的概率有关， 当等概情况下，离散谱全部消失。R lo-io双极性二进制收。码功率谱五、实验内容单极性归零码频谱测试：TPD08单极性归码是周期信号，其频谱图是离散的。由图可知，其频谱聚集于00.5MHZ内(主瓣宽度)，w=0.5MHZ输入日t钟为256khz,如图可看出，极性归零码有

8、丰富的时钟分量。随着频率的增大，定时分量频谱逐渐减小。单极性归码有丰富的直流分量。单极性不归零码频谱测试：TPD01单极性不归码是周期信号，其频谱图是离散的。由图可知，单极性不归码频谱的主瓣宽度为0.25MHZ随着频率的增大，其频谱逐渐减小。单极性不归码有直流分量。但时钟分量为 0.(3)双极性归码频谱测试：TPD05双极性码是周期信号，其频谱图是离散的。由图可知，其频谱集中在00.25MHZft。随着频率的增大，其频谱逐渐减小。当频率大于 1MHZ寸，其 频谱可忽略不计。可见双极性码的能量集中。双极性码无时钟分量。(5)HDB3码频谱测试：本实验的单极性归码和双极性归码就是借助HDB湘来实验

9、的，所以可以通过上述的实验来分析 HDB眄。(8) 1kHz方波信号频谱测试(示波器校准信号)1kHz方波的周期信号其频谱如图所示，在 1kHZ处存在基次谐波，随后 是高次谐波。六、遇到的问题及解决方法.开始进行实验时对实验原理不清晰，不明白操作的含义是什么，因此耽误 了一定的时间。.开始时对每一个取得测量点不清楚，通过翻阅前面实验的内容终于找到了 测试点。.在测量方波是，波形始终不是很好，通过不断调整采样率和时间才得到满 意的方波。七、心得穆书奇15211017我在这次实验中收获很多，从无法入手到理解实验目的和实验内容需要 一个过程。实验中输出波形与理论值会有一些差别，这就需要在牢固掌握理

10、论知识的前提下结合实际情况分析。遇到困难要积极思考对策，耐心细致排 查可能的原因，向老师虚心请教。实验仪器对波形会有很大影响，但是基本 规律还是一样的。我们要注意理论知识与实验相结合，才能加深对知识点的 理解。对于实验，我们必须保持耐心，首先懂得原理，懂得实验的目的，才 能有所收获。王家乐 15211022虽然我们的通信原理实验基本上都是验证性实验，但是对于我们这些知识能力还不够的学生来说，这些探索也是很有价值的。对于这些实验，我们 在探索中学习、在模仿中理解、在实践中掌握。通信原理实验让我在探索、 自 我学习中获得知识。当然经过一学期通信原理实验课的学习，也发现了 自身存在的很多不足。自己的

11、理论知识并不是很强，有些实验结果无法得到 透彻的解释；我的思维、思考方式还需要提高，一些复杂的实验时我还不能 很快很好的完成，每个实验后相关的思考题也不能得到很好的解决。八、参考文献：1郭宇春，张星，张立军，李磊，宋光农.通信系统原理M.北京：科学出版社，2012.32王根英，王琴，周春月.通信系统原理实验M.北京：清华大学出版社;北京：北京交通大学出版社，2010.10实验十三频带信号的频谱测试姓名：穆书奇姓名：干家乐学号：15211017学号：15211022班级： 通信1501班级： 通信1501第十三周星期一二第空大节得分实验名称：频带信号的频谱测试一、实验目的加深对各种数字已调信号频

12、谱的理解。加深对各种数字已调信号频谱带宽的理解。掌握虚拟仪测试各种数字频带信号频谱和带宽的方法二、实验仪器(1) ZH5001A通信原理综合实验系统一台(2) 20MHZX踪示波器一台(3)计算机一台(4)虚拟仪一台三、实验前的准备(1)预习本实验的相关内容。(2)熟悉虚拟仪器的操作方法。(3)熟悉附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置。(4)实验前重点熟悉的内容.FSK信号的频谱分布；BPSK言号的频谱分布；DBPSKI号的频谱分布；4)熟悉虚拟仪的主要功能和测试频谱的方法。四、实验原理ASK言号的功率谱前面已经求出了单极性非归0矩形脉冲随机序列的功率谱密度，如式(10-28)所示。玲

13、=fsP(1 - P)A2T2Sa2(y) + fs2P2A2d6(f )(式 10-28)设已调信号的功率谱密度用P0(f)表示，则ASK言号的功率谱密度为11P0(f) = 1 PS(f +3)+1玲63)(式 10-29)44将式10-28带入式10-29,并设p=1/2，A = 1,T=Ts ,可得1PS 16Tssaf21+ f0)Ts+Sa FSK信号的功率谱2FSK言号的功率谱密度可以看成两个 ASK言号功率谱密度的叠加。根据式（10-30）可以得到相位不连续的2FSK言号的功率谱密度，如式（10-31）所示。其功率谱如图10-12所示。W -/ + 16的”(f -f0) (式

14、10-30）由图10-11可以看出，它将基ASK信号的功率谱密度如图10-11所示带信号的功率谱分别线性地搬移到了载波信号与和0处，已调信号的带宽122%=.T 6a2二(f fo)Ts Sa2二(f 一 3兀SajMf +f2)TJ +Sa2n(f f2) +(式 10-31)1 . (f f) 、(f -f) 、(f f2)(f -f2)16由图10-12可以看出，相位不连续的2FSK言号的功率谱，是两个2ASK 信号功率谱的叠加。2FSK信号功率谱的两个频率分别为网和。2,已调信 号的带宽为。2-%+2久。PSK言号的功率谱如前所述，双极性不归零随机序列的功率谱密度可以表示为旦=4fsR

15、1 一 P)A2 2Sa2(可)fs2(2P 一 1)2A2.2、.(f )2(工 10-32)在一般情况下，已调信号的正、负频域的功率谱是不会重叠的。在这 种情况下，已调信号的功率谱密度可以表示为 TOC o 1-5 h z r，11 r， ，、P)(f)=：PS(f +fo) +- Ps(f - fo)(式 10-33) 44式(10-33)中的Ps(f)表示基带信号的功率谱密度。因此，将式(10-32) 代入式(10-33),并设PnWZAf=Ts,就可以得到2PSK信号的功率谱 密度122PS(f) = -Ts Sa2K(f 。兀+Sa2n(f - f。兀(式 10-34)42PSK言

16、号的功率谱如图10-13所示。五、实验内容(3)中频BPS颜谱测试测试点：TPK03由时域图可以看出，调制信号周期 T=20s,载波频率约为f0=1Hz,观察频域图，带宽B约为0.1Hz,满足B=2/T,中心频率为载波频率1Hz左右。(5)载波频谱测试测试点：TPK07载波信号周期约为1us,中心频率约为1MHz(6)位定时频谱测试发时钟TPM01时，收时钟TPMZ07六、实验补充在完成实验之后，由于做的比较快，开始时是截的图，后来老师告诉了我们输出图片文件的方法。由于时间相隔两周(13,14),在14周验收labview 时，我由于第一个验完等同学，闲着没事就做了一下FSK勺频谱测量，其实方

17、法一样。虽然前面为介绍FSK的实验，但是我们知道测试点和基本原理就 好。1、基带FSK频谱测试测试点：TP式3(1)测试信号为全。码时域图如下：L收IJ.： 工咂r LW i If省能D.F曹曲且二L葡T频谱图如下:I;如帕剧J片飞105D.1Q.L5t.”曰13D.350.40.幅2FSK全0码是非周期信号，其频谱图是连续的。由图可知，其频谱范围在00.05MHZft。在0.05MHZ后没有频谱分量(2)测试彳言号为m码时。4域图如下:a W勘就性工期k 4+6-Lffl v irE： d.咽 q #- L3M w频谱图如下:FSK m码是非周期信号，其频谱图是连续的。由图可知，其频谱范围也

18、在00.05MHZft。在00.05MHZ内，其频谱包含两个波峰，在 0.02MHZ处，有一频谱值达1的频谱分量，在最大频谱分量附近频谱值快速下降到 0.4附 近，降低了 60%同时，我们从图中也可以看出，在 0.05MHZ后基本没有频 谱分量。2、中频FSK频谱测试测试点：TPK03(1)测试信号为全。码时域图如下：中频FS迳0码是非周期信号，其频谱图是连续的。由图可知，其在1MHZ频率处有一值为1的单边带频谱分量，在其他频率范围内的频谱几乎没有。可见，其频谱能量很集中。单一性好。(2)测试彳言号为m码时域图如下:L |烽 1.DK1 V 财1/切海 tftft- IMF i口16T2491

19、4Q1449 aTJ -ISLUS撤舶：H的外拓画LM+色中:蜡:加IfB频谱图如下:通信原理实验 由图可知，m序列的频谱图与全0码频谱图及其相似。将正交调制信输入信号的一路基带调制信号断开（D/A模块内的跳线器Ki01或Ki02 ）,重复以上步骤（双边带）（1）测试信号为全。码时域图如下:L2ISIM： A Mt V it11-1, SM 1 年建24信 V ttt Q 献 14J14-n-TJ-16阐南LULUS骸翱器转蓄切尔室叫频谱图如下:由图可知，双边带全0码与单边带相比，其不同之处在与在 1MH变,其频谱分量由带边带频谱变为双边带频谱，但右边带频谱较左边带小（较单通信原理实验第23页

20、 边带的频谱值也小），我们推测可能是由于实验设备存在误差造成或是双边带FSK频谱更容易受外界影响。（2）测试彳言号为m码时域图如下:由图可知，m序列的频谱图与全0码频谱图及其相似。七、基带信号频谱与频带信号频谱区别基带信号：信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制（进行频谱 搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始， 具有低通形式。频带信号：在通信中，由于基带信号具有频率很低的频谱分量，出于抗干扰和提高传输率考虑一般不宜直接传输，需要把基带信号变换成其频带适合在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号（如果一个信号只包含了一种频率的交流成份或者有限几种频率的交流

21、成 份，我们就称这种信号叫做频带信号）。其主要用于网络电视和有线电视的 视频广播。因此，基带信号的频谱具有低通特性，而频带信号频谱具有带通特性。 这是本质区别。这种特点决定了两种信号在应用过程中的具体选择。对于实 验结果，与理论分析是一致的。八、遇到的问题及解决方法1、开始进行实验时对实验原理不清晰，不明白操作的含义是什么，因 此耽误了一定的时间。2、开始时对每一个取得测量点不清楚，通过翻阅前面实验的内容终于 找到了测试点。九、心得穆书奇15211017,做实验时，一定要亲力亲为，不要钻空子，务必要将每个步骤，每个细 节弄清楚，最好能理解明白。在完成实验后，还要进行一定的复习和思考。只 有这样，你的才会印象深刻，记得牢固。否则，过后不久，也许是半个学期， 就会忘得一干二净，这是很糟糕的一种情况。在做实验时,老师还会根据自己 的经验，将一些课本上没有的知识教给我们，拓宽我们的眼界，使我们认识到 通信原理实验的应用是那么的广泛，可以大大增强我们的探索的兴趣。通过完成本次的通信原理实验，使我学到了不少实用的通信知识，加深 了对通信系统的理解，加强了动手的能力，与理论课完成了很好的互补。更重要的是，在