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电子工程学院
通信原理硬件实验报告

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目录
实验一 双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM） 4
一、 实验目的 4
二、 实验原理 4
三、 实验连接框图 5
四、 实验步骤 5
五、 实验结果与分析 6
六、 思考题 8
七、 问题及解决 9
实验二 具有离散大载波的双边带调幅（AM） 10
一、 实验目的 10
二、 实验原理 10
三、 实验连接框图 11
四、 实验步骤 12
五、 实验结果与分析 12
六、 思考题 16
实验四 线路码的编码与解码 17
一、 实验目的 17
二、 实验原理 17
三、 实验连接框图 18
四、 实验步骤 18
五、 实验结果及分析 18
实验六 眼图 25
一、 实验目的 25
二、 实验原理 25
三、 实验连接框图 25
四、 实验步骤 25
五、 实验结果及分析 26
六、 问题及解决 26
实验八 二进制通断键控（OOK） 27
一、 实验目的 27
二、 实验原理 27
三、 实验框图 27
四、 实验步骤 28
五、 实验结果及分析 29
六、 思考题 34
实验心得 35

实验一 双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM）
一、 实验目的
1. 了解DSB-SC AM信号的产生及相干解调的原理和实现方法。
2. 了解DSB-SC AM的信号波形及振幅频谱特点，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。
二、 实验原理
DSB-SC AM信号的产生及相干解调原理框图如下

将均值为0的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(t)相乘得到DSB-SC AM信号，其频谱不包含离散的载波分量。
DSB-SC AM信号的解调只能采用相干解调。为了能在接收端获取载波，其中一种方法是在发送端添加导频（如上图）。收端可用锁相环来提取导频信号作为恢复载波。锁相环必须是窄带锁相，仅用来跟踪导频信号。
在锁相环锁定时，VCO输出信号sin(2πfct+φ)与输入的导频信号cos2πfct的频率相同，但二者的相位差为(φ+90°)，其中φ很小。锁相环中乘法器（相当于鉴相器）的两个输入信号分别为发来的信号s(t)（已调信号加导频）与锁相环中VCO的输出信号，二者相乘得到信号
Acmtcos2πfct+Apcos2πfct∙sin2πfct+φ
=Ac2mtsinφ+sin4πfct+φ+Ap2[sinφ+sin4πfct+φ]
锁相环中的LPF带宽窄，能通过Ap2sinφ分量，滤除m(t)的频率分量及四倍频载频分量。
因为φ很小，所以sinφ≈φ。LPF的输出Ap2sinφ以负反馈的方式控制VCO，使其保持在锁定状态。锁定后的VCO输出信号sin2πfct+φ经90度移相后，以cos(2πfct+φ)作为相干解调的恢复载波，它与输入的导频信号cos(2πfct)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，再经过低通滤波器后输出模拟基带信号
Acmtcos2πfct+Apcos2πfct∙cos2πfct+φ
=Ac2mtcosφ+cos4πfct+φ+Ap2[cosφ+cos4πfct+φ]
经过低通滤波器可以滤除四倍频分量。而Ap2cosφ是直流分量，可通过隔直电路滤除，于是输出Ac2mtcosφ。
三、 实验连接框图
DSB-SC AM信号的产生

四、 实验步骤
1. 如图，将音频振荡输出的模拟音频信号及主振荡器输出的100kHz模拟载频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的幅度及振荡频率，调整音频信号的输出频率为10kHz，作为均值为0的调制信号m(t)。
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的关系。
5. 测量已调信号的振幅频谱，注意振幅频谱的特点。
6. 将DSB-SC AM信号和导频分别连到加法器的输入端，观看加法器的输出波形及频谱，分别调整加法器中的G和g，方法如下。
a) 首先调制增益G：将加法器的B输入端接地，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的幅度。调节旋钮G，使得加法器输出幅度与输入一致，此时G=1.
b) 再调整增益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。
五、 实验结果与分析
10kHZ音频信号

乘法器输出

加法器输出

乘法器输出频谱

导频信号振幅频谱幅度为已调信号的边带频谱幅度的0.8倍

六、 思考题
1. 说明DSB-SC AM信号波形的特点
DSB-SC为双边带调幅，时域当载波与m(t)同时改变极性时出现反相点，而反相点不影响性能。经幅度调制后，基带信号的频谱被搬移到了载频fc处。若模拟基带信号带宽为W，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。
AM信号为具有离散大载波的双边带幅度调制信号，它是在DSB-SB信号的基础上加一离散的大载波分量，因此传输效率有所下降。AM信号因为解调时要使用包络检波所以要保证|m(t)|≤1，使AM信号的包络Ac[1+m(t)]总为正数。
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。

此时已调信号的功率约为-5dB，导频信号的功率约为—16dB，导频信号功率与已调信号功率之比为0.079
七、 问题及解决
实验开始后我们将所有线全部插好后准备用示波器和频谱仪观看所需的波形，但发现此时并不方便观看所有波形，且按示意图连接线后不能调整G和g。之后我们按实验步骤一步步操作，顺利完成了实验。

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信号的产生原理及实现方法。
2. 了解AM的信号波形及振幅频谱的特点，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实现方法。
二、 实验原理
AM信号的产生
若调制信号为单音频信号
mt=Amsin(2πfmt)
则单音频调幅的AM信号表达式为
sAMt=AcA+Amsin2πfmtsin2πfct=AcA(1+asin2πfmt)sin2πfct
调幅系数a=AmA.
AM信号的包络与调制信号m(t)成正比，为避免产生过调制（过调会引起包络失真），要求a≤1
AM信号的振幅频谱具有离散大载波，这是与DSB-SC AM信号的振幅频谱的不同之处。下图表示单音频调幅AM信号的信号波形与振幅频谱。

若用Amax和Amin分别表示单音频调幅AM信号波形包络的最大值和最小值，则此AM信号的调幅系数为
a=Amax-AminAmax+Amin
实验中采用下图所示方法产生AM信号

AM信号的解调
由于AM信号的振幅频谱具有离散大载波，所以收端可以从AM信号中提取载波进行相干解调，其实现类似于DSB-SC AM信号加导频的载波提取及相干解调的方法。
AM的主要优点是可以使用包络检波器进行非相干解调。
本实验采用包络检波的方法。
三、 实验连接框图

四、 实验步骤
AM信号的产生
1. 如图对各模块进行连接。
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（或为其他合适值）。
4. 逐步增大可变直流电压，使得加法器输出波形为正。
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。
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

加法器输出

可以看到波形的最小值在0电平之上，输出为正。
AM波形

AM信号频谱

实验中测得Amax=1.52v，Amin=0.16v，计算得a=0.8095
整流器输出波形

滤波器输出波形

改变调幅系数后输出波形

此时a=1，出现过调制，信号失真。

改变频率后输出波形

改变频率后检波输出波形频率随之改变。

六、 思考题
1. 什么情况下会产生AM信号的过调现象？
当调制系数大于1时，会产生过调现象，此时幅度最小值不是实际最小值，实际最小值应为负值。
2. 对于a=0.8的AM信号，请计算载频功率与边带功率之比。
边带功率为
Pb=(Aca)(Aca)4
载波功率为
Pb=AcAc2
比值为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。
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。

实验四 线路码的编码与解码
一、 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。
二、 实验原理
一些典型的线路码的波形如下图所示

1. NRZ-L是双极性不归零码
2. NRZ-M是基于传号的差分NRZ码。信号电平在遇到传号（即数据1）是改变，遇空号（数据0）不变。如果码型的变化规律相反，则称为NRZ-S，S代表空号。
3. UNI-RZ是单极性归零码
4. BIP-RZ是双极性归零码
5. RZ-AMI是归零的传号交替反转码
6. BIO-L是分相码，O是相位符号φ，该码也称Manchester码
7. DICODE-NRZ是不归零双码。每次输入数据的边沿跳变会输出一个脉冲，其极性与前一脉冲相反。如果输入没有边沿跳变则输出0电平
8. DUOBINARY是双二进制码，即二进制的第一类部分响应的相关编码

三、 实验连接框图

四、 实验步骤
1. 如图连接各模块。
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端输出频率为2.083kHz、TTL电平的时钟信号。
3. 用序列码发生器产生一伪随机序列数字信号输入于线路编码器。产生不同的线路码。用示波器及频谱仪观察各线路码的信号波形与功率谱。
4. 用线路码解码器对各线路码进行解码。
五、 实验结果及分析
NRZ-L波形及功率谱

NRZ-M波形及功率谱

UNI-RZ波形及功率谱

BIP-RZ波形及功率谱

RZ-AMI波形及功率谱

BIO-L波形及功率谱

DICODE-NRZ波形及功率谱

DUOBINARY波形及功率谱

NRZ-L解码

NRZ-M解码

UNI-RZ解码

BIP-RZ解码

RZ-AMI解码

BIO-L解码

DICODE-NRZ解码

DUOBINARY解码

实验六 眼图
一、 实验目的
了解数字基带传输系统中“眼图”的观察方法及其作用。
二、 实验原理
实际通信系统中，数字信号经过非理想的传输系统产生畸变，总是在不同程度上存在码间干扰的，系统性能很难进行定量的分析，常常甚至得不到近似结果。而眼图可以直观地估价系统码间干扰和噪声的影响，是常用的测试手段。从眼图的张开程度，可以观察码间干扰和加性噪声对接收基带信号波形的影响，从而对系统性能做出定性的判断。
三、 实验连接框图

四、 实验步骤
1. 将可调低通滤波器模块前面板上的开关置于NORM位置。
2. 将主信号发生器的8.33kHz TTL电平的方波输入于线路码编码器的M.CLK端，经四分频后，由B.CLK端输出2.083kHZ的时钟信号。
3. 用双踪示波器同时观察可调低通滤波器的输出波形和2.083kHZ的时钟信号。并调节可调低通滤波器的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、 实验结果及分析

CH1为信号叠加产生的眼图，CH2为经四分频后的2.083kHZ信号。最佳取样时刻应选择在眼睛张开最大的时刻。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。
六、 问题及解决
实验初无论怎么调整低通滤波器的TUNE和GAIN旋钮都不能在示波器上看到眼图。后来发现是调节是速度过快，示波器也存在一定的延时。慢慢调节旋钮后，在示波器上可以清晰地看到眼图。

实验八 二进制通断键控（OOK）
一、 实验目的
1. 了解OOK信号的产生及其实现方法。
2. 了解OOK信号波形和功率谱的特点及测量方法。
3. 了解OOK信号的解调及其实现方法。
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。如图所示。

OOK信号的功率谱密度含有离散的载频分量和连续谱（主瓣宽度为2Rb）。
OOK信号的解调方式有相干解调和非相干解调两种。对于相干解调，可以从接收到的OOK信号提取离散的载频分量，恢复载波，然后进行相干解调、时钟提取、采样、判决、输出数字信号。本实验采用非相干解调，其原理图如图所示。

三、 实验框图
OOK信号的产生

OOK信号的非相干解调

四、 实验步骤
OOK信号的产生
1. 如图连接各模块。
2. 用示波器观察图中各点信号波形。
3. 用频谱仪测量图中各点的功率谱。
OOK信号的非相干解调
1. 如图连接各模块。
2. 用示波器观察各点波形。
3. 自主完成时钟提取、采样、判决的实验任务。（恢复时钟的相位要与发来信号的时钟相位一致）

五、 实验结果及分析
OOK信号波形及CLK波形

可以看出数据为1时，正弦载波导通；数据为0时，正弦载波关闭。
100kHZ主信号波形及TTL电平波形

乘法器X端的波形

CLK功率谱

OOK信号功率谱

乘法器X端的信号功率谱

主信号功率谱

TTL电平功率谱

过公共模块后的输出波形

判决器输出波形(上)及滤波器输出波形（下）

OOK信号解调波形

CH2为原波形，CH1为解调后的波形。两波形基本一致，存在延时。

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。
OOK的功率谱密度中含有离散载频分量，所以可以用窄带滤波器来提取时钟

实验心得
经过这次的通信原理硬件实验，我进一步了解、掌握了通信原理课上学习过的理论知识，如DSB-SC信号的产生及解调、AM信号的产生及解调、OOK信号的产生及解调线路码的编解码等等。观察到了眼图。原本一些停留在概念上的东西也在实际中找到了应用。对时钟、振荡器、噪声对系统的影响有了进一步认识。这些经历都让我对理论与实验的相互结合有了更加深刻的认识。另外我意识到，书本上的知识只是死的，而只有让其运用到实验中去，并根据实验的条件和装置，灵活运用才算是给理论知识注入真正的活力。这次实验让我颇有感触，对后续的实验与学习都有很大的启发和帮助！
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