通信原理硬件实验北邮通信工程

必做部分实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SCAM） 4 4二、实验原理 4三、实验框图 6 7 8六、思考题 七、问题及解决方法 实验二：具有离散大载波的双边带调幅（AM） 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、思考题 七、问题及解决方法 实验三：调频（FM） 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、思考题 七、问题及解决方法 实验六：眼图 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、问题及解决方法 实验七：采样、判决 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、思考题 七、问题及解决方法 实验八：二进制通断键控（OOK） 48 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、思考题 七、问题及解决方法 实验十二：低通信号的采样与重建 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、思考题 七、问题及解决方法 选做部分实验九：二进制移频键控（2FSK） 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、问题及解决方法 实验十一：信号星座 二、实验原理 三、实验框图 五、实验结果与分析 六、思考题 七、问题及解决方法 实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SCAM）一、实验目的1、了解DSB-SCAM信号的产生以及相干解调的原理和实现方法。2、了解DSB-SCAM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-SCAM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DSB信号的时域表达式为频域表达式为其波形和频谱如下图所示=-2=-2将均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(t)相乘得到DSB—SCAM信号，其频谱二者相乘得到复载波，它与输入的导频信号同频，几乎同相。相干解调是将发来的信号s(t)与恢复载波相乘，再经过低通滤波后输出模拟基带信号，经过低通滤波可以滤除四倍载频分量，而错误!未找到引用源。是直流分量，可以通过隔直三、实验框图四、实验步骤1、DSB—AC信号的产生（1）将音频振荡器输出的模拟音频信号及住振荡器输出的100KHZ模拟载频联结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的幅度和激荡平率，调整为10KHZ。（3）用示波器观看主震荡输出波形。（4）用示波器观看乘法器的输出波形及其频谱。（5）将已调信号和导频分量加到加法器的两个输入端，调整加法器上的参数G和g,使其与实际相符。观看输出波形及其频谱。具体调整方法如下: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，使得加法器输出幅度与输入一致，说明此时G=1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。2、DSB—AC信号的相干解调及其载波提取b.将直流电压输入VCO，改变其值从-2——2V，观察VCO的频率及其线性工作围e.反复测量锁相环的同步带和捕捉带，使其尽量准确。（2）恢复载波a.将电路按照原理图连接好，用示波器观察锁相环中的LPF的输出信号是否为直流信b.贯穿导频信号和VCO的输出是否同步，调节移相器使其相依到达90度。c.观察恢复载波的频谱振幅。a.将已调信号和恢复的载波接入解调乘法器的两个输入端。b.观察解调后的输出波形。c.改变音频振荡器的频率，观察解调输出波形的变化。五、实验结果与分析主震荡频率为100kHz，可以从图上看出，乘法器输出信号包络为调制信号，频率与载3、乘法器输出频谱在信号，与理论分析一致。4、已调信号波形6、带导频的调幅信号实验中将信号源VCO的中心频率由比100kHz小很多开始往高调的过程频率为f2=95kHz。将频率继续往高调节，当示波器信号波形由直流突变为交流信号，说明锁相环失锁，此时输入信号频谱为f4=112继续往低调节频率，直到再次失锁，记录频率f1=90kHz。6、锁相环中VCO输出信号与导频信号的相位差约为97、锁相环中VCO输出信号经过移相器后信号与导频信号同频同相18、锁相环中VCO输出信号经过移相器后信号与导频信号同频同相29、调制信号及相干解调输出信号距，在工程上可以说已经达到调制解调的目的。10、改变发端音频振荡器的频率后的调制信号及解调信号六、思考题则调幅信号带宽为2W，因为在频域中输出此调幅信号s(t)的信道带宽B=2W。2、画出已调信号加导频的振幅频谱，算出导频信号功率与已调信号功率之比。答：由图可知，导频信号的频谱幅度是A1=125mV，边频信号的频谱幅度是A2=160mV，所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：如图所示输入已调信号平方律部件二分频载波输出七、问题及解决方法养了我们的耐心，也让我们接触了实验的仪器，为后面的实验打下了良好的基础。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信号的产生原理和实现方法。2、了解AM信号波形和振幅频谱的特点，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实现方法。二、实验原理对于单音频信号进行AM调制的结果为A A,要求a<1由A和A分别表示AM信号波形包络最大值和最小值，则AM信号的调幅系数为AA如图所示为AM调制的过程和频谱示意图。2、AM信号的解调AM信号由于具有离散大载波，故可以采用载波提取相干解调的方法。其实现类似于实验一中的DSB-SCAM信号加导频的载波提取和相干解调的方法。三、实验框图2、AM信号的非相干解调四、实验步骤（1）按图进行各模块之间的连接。（4）逐步增大可变直流电压，使得加法器输出波形是正的。（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。2、AM信号的非相干解调（1）输入的AM信号的调幅系数a=0.8。（2）用示波器观察整流器的输出波形。（3）用示波器观察低通滤波器的输出波形。（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。五、实验结果与分析流电压后，加法器输出波形为正值。2、调整加法器增益由图可看出加法器输入输出幅值相等，即增益G=1。由图可看出加法器输入输出幅值相等，即增益g=1。4、乘法器输出波形由图可知，乘法器输出包络与调制信号幅值变化相同，且其中调幅系数a=0.8。5、两个通道显示的调制前后信号幅度波形9、改变调制信号频率为时解调输出由图可知，当调制信号频率改变时，信号解调出现失真。六、思考题2答：不可以。因为已调信号的包络与m(t)不同，并不代表调制信号，有负值部分，且在与t轴的交点处有相位翻转。而包络应该为正幅度。七、问题及解决方法c实验三：调频（FM）一、实验目的3、了解利用锁相环作FM解调的原理及实现方法。二、实验原理单音频信号m经FM调制后的表达式为fmmm调制指数β=f。fm由卡松公式可知FM信号的带宽为mFM信号的产生框图如下图所示。锁相环解调的原理框图如下图所示。VCO的压控电压v(t)同基带信号m(t)成正比，所以m(t)就是FM解调的输出信号。三、实验框图四、实验步骤a.将VCO模块的印刷电路板上的拨动开关置于VCO模式。将VCO板块前面板上的频率选择开关置于“HI”状态。然后，将VCO模块插入系统机架的插槽。赫兹。a.将VCO模块置于“VCO”,前面板上的频率选择开关置于“HI”状态.b.将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的Vin端相连接。当直流电压为零时，调（2）将锁相环闭环连接，将另一个VCO作信源，接入于锁相环，测试锁相环的同步带及（3）将已调好的FM信号输入与锁相环，用示波器观察解调信号。若锁相环已锁定，则在锁相环低通滤波器的输出信号应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。五、实验结果与分析由上两图可看出，调制信号一个周期为0.5ms，频率为2kHz。当调制信时，调频信号最为密集；反之，在到达负峰值时，调频信号最为稀疏。由上图所示，由于滤波等原因，波形频率正常，峰值出现一定失真。六、思考题f2kHz2、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中心频率稳定程度差。为了解决FM大频偏以及中心频率稳定度之间的矛盾，可采用什么方案来产生FM答：为了使中心频率稳定，可以使用锁相环形成反馈，使得它仅用确保VCO中心频率的稳定性及准确度与晶振一致。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，请问实验三答：在调频解调中使用的滤波器为低通滤波器，滤波器输出接至示波器和VCO，即锁相环器输出仅接至VCO中，而锁相环输出信号应为VCO的输出信号而不是低通滤波器的输出七、问题及解决方法锁相环的性能有了一定的了解，但是对于分析仍然存在一定的不足。我们问了许多同学后，才完成本次实验。对于FM，我在通原软件实验里已经对调制方法及解调有了相当的理解，本次实验则在实际应用上理解更深。实验六：眼图一、实验目的了解数字传输系统中“眼图”的观察方法及其作用。二、实验原理加性噪声对接收基带信号波形的影响，从而对系统性能作出定性的判断。三、实验框图四、实验步骤2、将主信号发生器的8.33kHzTTL电平的方波输入与线路编码器的M.CLK端，经四分频低通滤波器的TUNE旋钮及GAIN旋钮，以得到合适的限带基带信号波形，观察眼图。五、实验结果与分析2、经过低通滤波器后的信号波形图中“眼睛”闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感。在取样时刻上，图中噪声容限为4V，判决门限为0V。六、问题及解决方法输出而仅是观察眼图，所以较为简单。在通原的理论课程中，老师并没有仔细地讲解眼图，刻，为后续的实验做好了准备。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、并对限带信号进行采样、判决、恢复数据的实验二、实验原理最佳判决门限进行比较做出判决、输出数据。三、实验框图2、时钟提取电路四、实验步骤），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五、实验结果与分析2、经过低通滤波器的信号和判决信号由图上可以看出，在最佳采样时刻的采样可以较好还原信号。3、原信号与解调后信号对比如图，判决信号与原信号基本一致，仅仅存在一定时延，从工程上看已经达到目的。六、思考题对于滚降系数为a=1的升余弦滚降的眼图，请示意画出眼图，标出最佳取样时刻和最七、问题及解决方法本次实验的时钟提取部分，我们没有单独进行电路设计，而是采用了引出的时钟信号。实验八：二进制通断键控（OOK）一、实验目的2、了解OOK信号波形和功率谱的特点及其测量方法。二、实验原理二进制通断键控(OOK)方式是以单极性不归零码序列来控制正弦载波的导通与关闭。如OOK信号的解调方式有相干解调和非相干解调两种。本实验采用非相干解调。其原理三、实验框图四、实验步骤（2）并用频谱仪测量图2.9.4各点的功率谱（将序列（2）自主完成时钟提取、采样、判决的实验任务（需要注意的是，恢复时钟的相位要与发五、实验结果与分析由图可知，此时钟为双极性不归零码，幅值约为2.3V。2、序列码发生器输出及频谱所以由双极性不归零码产生的OOK信号也不含冲激分量，如图所示。由图可看出，经过整流器输出，信号零值以下翻转。由图可知，输出波形与原信号相比，仅存在一定的幅度衰减以及时延。六、思考题对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：从接收到的OOK信号提取离散的载频分量，恢复载波。框图如下七、问题及解决方法有了上一个实验的帮助，本次实验比起前几次实验轻松不少，而且我们惊喜地发现ook信号的调制解调都相对简单，可以完成很多实际应用。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、实验原理Hs2fH确定。将该样值序列通过一截止频率为f的LPF，可以无失真地重建或者恢复出原基带信H实验原理图如上图所示，一模拟音频信号m(t)通过采样器输出被采样信号m(t)，由s周期采样脉冲序列s(t)控制一开关的闭合与打开构成采样器。将采样信号通过一低通滤波器三、实验框图四、实验步骤2、用双踪示波器测量图中的各点信号波形，调节双脉冲发生器模块前面板上的“WIDTH”3、用频谱仪测量各信号的频谱，并加以分析。五、实验结果与分析由图可知，冲激序列的幅值与此时刻原始信号的幅值相等。由图可知，采样信号频谱也为一冲激序列，包络为采样冲激序列频谱的包络。由图可知，虽然有一些噪声干扰，但已能较完整地恢复出原信号，频率约为2kHz。六、思考题斯特抽样定理，所以会产生失真。210.80.60.40.20f/kHzMsMs(f)f/KHz（b）要达到不失真恢复原基带信号，就必须满足奈奎斯特抽样定理，且使得采样信号截止频率七、问题及解决方法对低通信号的采样、重建与奈奎斯特抽样定理有了更深的理解。实验九：二进制移频键控（2FSK）一、实验目的3、了解用锁相环进行的2FSK信号解调的原理及实现方法。二、实验原理1f。本实验产生的是相位连续2FSK。2以双极性不归零码为调制信号，对载波进行FM得到连续相位2F2FSK其带宽可以用卡松公式近似为其中R为主瓣带宽。b连续相位2FSK信号解调可以采用锁相环解调，原理框图如下图所示。三、实验框图四、实验步骤b.将可变直流电源模块的直流电压输入于VCO的Vin端。改变直流电压值，测量VCO的中心频率随直流电压的变化情况，调节VCO前面板上的GAIN旋钮，使VCO在输入直（3）用示波器观察图中各点的信号波形。b.将可变直流电源模块的直流电压输入于VCO的Vin端。改变直流电压值，测量VCO的中心频率随直流电压的变化情况，调节VCO前面板上的GAIN旋钮，使VCO在输入直（2）将锁相环闭环连接，另外用一个VCO作为信源，输入于锁相环的输入端，测试锁相（3）将已调好的连续相位2FSK信号输入于锁相环，观察锁相环是则锁相环的LPF输出是直流加上解调信号。若未锁定，则调解锁相环VCO的f0旋钮，直至锁定，并使LPF输出的直流