北邮通原硬件实验报告.docx

信息与通信工程学院
通信原理硬件实验报告

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实验日期：

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的特点，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调试方法。
二、实验内容及步骤
1. DSB-SC AM 信号的产生
1) 按照指导书图示，连接实验模块。
2) 示波器观察音频振荡器输出调制信号m(t)，调整频率10kHz=，均值0
3) 示波器观察主振荡器输出信号波形和频率；

观察乘法器输出，注意相位翻转。

4) 测量已调信号的振幅频谱，调整加法器的G和g，使导频信号的振幅频谱的幅度为已调信号的编带频谱幅度的0.8倍。

2、DSB-SC AM 信号的相干解调及载波提取
1) 调试锁相环
a) 单独测试VCO的性能 Vin暂不接输入，调节f0旋钮，改变中心频率，频率范围约为 70~130kHz。
V in接直流电压，调节中心频率100kHz=，使直流电压在-2~2V变化，观察VCO线性工作范围；由GAIN调节VCO灵敏度，使直流电压变化正负1V时VCO频偏为10kHz±。
b) 单独测试相乘和低通滤波工作是否正常。锁相环开环，LPF输出接示波器。 两VCO经过混频之后由LPF输出，输出信号为差拍信号。
c) 测试同步带和捕捉带：锁相环闭环，输出接示波器，直流耦合。
将信号源VCO的频率f0调节到比100kHz小很多的频率，使锁相环失锁，输出为交变波形。调节信号源VCO频率缓慢升高，当波形由交流变直流时说明VCO锁定，记录频率f2=96.8kHz，继续升高频率，当直流突变为交流时再次失锁，记录频率 f4=115.6kHz。缓慢降低输入VCO频率，记录同步时频率f3=106.9kHz和再次失锁时频率f1=90.7kHz。
同步带Δf1=f4-f1=24.9kHz
捕捉带Δf2=f3-f2=20.1kHz
2) 恢复载波
a) 将图中的锁相环按上述过程调好，在按照指导书图示实验连接，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。
b) 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cos2πfctp与锁相环VCO输出的信号sin(2πfct+φ)是同步的，二者的相应相位差为90°+φ+，且φ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。
c) 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。

d) 用频谱仪观测恢复载波的振幅频谱，并加以分析。

3) 相干解调
a) 在前述实验的基础上，将信号和恢复载波分别连接至相干解调的乘法器的输入端。
b) 用示波器观察相干解调相乘、低通滤波后的输出波形。

c)改变发端音频信号的频率，解调输出信号也随之改变
三、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信号频率为载波频率10kHz，振幅包络受到调制信号控制，但有180°相位翻转。
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。

a=0.8 ps/pc=0.32
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。恢复载波要滤除高频分量，得到载波，载波频率 100kHz， TUNEABLE LPF的滤波范围为900Hz~12kHz，带宽不足。
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：不加导频就没有离散的频谱分量，不窄带滤波。可用平方环法或科斯塔斯环法提取载波。
平方环法

四、心得体会
由于是开头的实验，对于器材不够熟悉，调整G和g时不知道具体作用是什么，调整时间较久，振幅之间0.8倍也仅仅是目测。载波提取调试锁相环，最开始选用的中心频率不当，总是调不出锁相环的效果，或者只能出现一半，后来改变中心频率小于100kHz，按照课本上原理图连接重新调测，正确测得同步带和捕捉带。后面恢复载波比较简单

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、实验内容及步骤
1 . AM信号的产生
1) 按照书中图示进行模块的连接。
2) 分别调整增益G和g均为1。
3) 观察乘法器输出是否为AM波形。
4) 测量AM信号的条幅系数a的值，并调整可变电压，使得a=0.8=，并测量振幅频谱。

2.AM信号的非相干解调
1) 用示波器观察整流器的输出波形，观察LPF的输出波形。

2) 改变输入AM信号的调幅系数，观察包络检波器输出波形的变化。

3) 改变发端调制信号的频率，观察包络检波输出波形的变化。

三、思考题
1． 在什么情况下，会产生AM信号的过调现象？
答：当调制系数a>1时，已调信号的包络不再是调制信号，信号波形失真，包络检波器无法从 中解调出正确信号。AM信号产生过调现象。
2． 对于a=0.8 的AM信号，请计算载频功率与边带功率之比。
答：pc/ps=1/(0.5×0.8²)=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：不可以。因为DSB-SC AM信号的产生由调制信号与载波直接相乘，不具有离散大载波，它的包络无法表征调制信号，故只能用相干解调方式。

实验三 调频（FM）
一、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。
二、实验内容及步骤
1.FM信号的产生
1) 单独调测VCO，方法同实验一类似。Vin接直流电压，当直流电压为零时，调节中心频率100kHz=；在直流±2V内观察VCO线性工作范围；由GAIN调节VCO灵敏度，使直流电压±2V变化 时VCO频偏为±5kHz 。
2) 将音频振荡器的频率调为2kHz，作为调制信号输入VCO的Vin端。
3) 测量FM输出波形及振幅频谱。

2. FM信号的锁相环解调
1) 单独调测VCO，此处同实验一中的调测完全一致.f2=94.2kHz f4=114.5kHz f3=106.3kHz f1=86.5kHz
2) 将已经调测好的FM信号输入锁相环，用示波器观察解调信号。

3) 改变发端的调制信号频率，观察FM解调的输出波形变化。
频率增大
波形失真
频率减小
频率正常变动
三、思考题
1、 实验中FM信号调制指数β是多少？FM信号的带宽是多少？
答：由于调节VCO灵敏度为2V±时频偏为10kHz，且fm=2kHz=
，故可知 β=5 带宽为20kHz。
2、 用VCO产生FM信号的优点是可以产生答频偏的FM信号，缺点是VCO中心频率稳定度差。为了解决FM信号大频偏及中心频率稳定度之间的矛盾，可以采用什么方案产生FM信号？
答：可以采用晶振稳幅，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出原信号？为什么？
答：不能。本实验中使用的RC LPF截止频率是2.8KHz，如果发端频率为10KHz的信号，超出锁相环工作频率段，不能跟踪到此频率。
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相同；恢复载波的锁相环的输出是VCO的输出，其频率与调频信号相同，但有90°的相差。
四、心得体会
有了实验一的基础之后，锁相环的调试比较快速，没有对实验产生影响，虽然对VCO模块仍然不了解原理，但是学过锁相环的反馈原理，理解实验还是可以的，FM信号的产生和解调相对于前面两个实验来说连线都简单很多，也易于调整。课本上也都给出了所需要的频率等，只需要调整锁相环时细心即可。

实验五 时钟恢复
一、实验目的
1）了解从线路码中提取时钟的原理
2）了解从RZ-AMI码中提取时钟的实现方法
3）请学生自主完成从BIP-RZ 或UNI-RZ 码恢复时钟的实验
二、实验内容及步骤
1.从RZ-AMI 码恢复时钟
1）按图连接各模块。将移相器模块印刷电路板上的波动开关拨到LO位置
2）用示波器观察实验连接图各点波形

3）调节缓冲放大器K的旋钮，使放大器输出波形足够大，经移相器移相之后比较器输出TTL电平的恢复时钟
4）将恢复时钟与发送时钟分别送至双踪示波器，调节移相器的相移，使得恢复时钟与发送时钟的相位一致。

2.从UNI-RZ码恢复时钟
步骤与RZ-AMI码相同，模块选择UNI-RZ码

三、思考题
1. 如何从分相码中提取时钟？
答：利用符号“01”和“10”的中间跳变提取定时，然后分频得到时钟。
2. 对于双极性不归零码，如果发送数据中“1”出现的概率为90%，请问如何从这样的信号中提取时钟？
答：可利用呈现的频谱中的离散分量提取时钟信号。
3. 从限带基带信号中提取时钟的原理是什么？
答：将限带基带信号平方，然后通过锁相环进行提取。其原理框图如下：

四、心得体会
时钟提取实验对模块原理不太了解，课本上给了详细的连接方式，移相也比较容易调整，没有遇到什么困难，提取结果与系统自带的时钟相比没有较大出入，实验很成功。

试验七、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 据的实验方案，完成实验任务。
二、实验内容及步骤
1）.请自主设计提取时钟的实验方案，完成恢复时钟（TTL电平）的试验任务
2）.将恢复时钟输入于判决模块的B.CLK时钟输入端（TTL电平）。将可调低通滤波器输出的基带信号输入于判决模块，并将判决模块印制电路板上的波形选择开关SW1拨到NRZ-L位置（双极性不归零 ），SW2开关拨到“内部”位置。 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电平的数字信号。

三、思考题
对于滚降系数为1的升余弦滚降的眼图，请画出示意眼图，标出最佳采样时刻和最佳判决门限

最佳采样时刻
判决门限：±1

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、实验内容及步骤
1.OO空信号的产生
1）按照实验连接图连接
2）观察图中各点的信号波形

3）用频谱仪测量图中各点的功率谱
OOK功率谱

TTL功率谱

2.OOK信号的非相干解调
1）用示波器观察图中各点的波形
整流器输出

眼图

解调输出

2）请学生自主完成时钟提取采样判决的实验任务
与实验五、实验七相同
三、思考题
对OOK信号的想干解调，如何进行载波提取？画出原理框图及实验框图
窄带滤波

载波
输入信号

增益器
输入
载波输出
移相器
窄带滤波器

四、心得体会
开始实验时忘记了OOK信号产生的本质，载波与信号反过来处理，选用的信号频率也不对，后来同学提醒才发现把OOK信号记错，及时改正，最后也得到了比较满意的波形效果。对知识的记忆不够牢固，学过还是容易忘，需要多多巩固。

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、实验内容及步骤
1）按图连接各模块
2）用双踪示波器测量图中各点的信号波形，调节双脉冲发生器模块前面板上的WIDTH旋钮，使采样脉冲的脉冲宽度约为10υs。

2）用频谱仪测量各信号的频谱
采样信号及频谱

重建新号及频谱

三、思考题
1. 若输入音频信号频率为5kHz，请问本实验的LPF输出信号会产生什么现象？若音频输入信号为5kHz，而采样信号为8.3KHz，不满足奈奎斯特准则,输出信号会失真。
2. 若输入于本实验采样器的信号频谱如书中图2.13..4
（a）请画出其采样信号振幅频谱图；

（b）为了不是真恢复原基带信号，请问收端得框图作何改动？
使截止频率满足2kHz<f<6.3kHz

实验总结：