通原硬件實驗報告最終版

1、實驗一 ：雙邊帶抑制載波調(diào)幅（DSB-SC AM) 一、實驗?zāi)康?1.了解DSB-SC AM 信號的產(chǎn)生及相干解調(diào)的原理和實現(xiàn)方法。 2.了解DSB-SC AM 的信號波形及振幅頻譜特點，并掌握其測量方法。 3.了解在發(fā)送DSB-SC AM信號加導(dǎo)頻分量的條件下，收端用鎖相環(huán)提取載波的原理及實現(xiàn)方法。 4.掌握鎖相環(huán)的同步帶和捕捉帶的測量方法，掌握鎖相環(huán)提取載波的調(diào)試方法。2、 DSB-SC AM 信號的產(chǎn)生及相干解調(diào)原理 下圖表示DSB-SC AM 信號的產(chǎn)生及相干解調(diào)原理框圖將均值為零的模擬基帶信號m（t）與正弦載波c（t）相乘得到DSB-SC AM信號，其頻譜不包括離散的載波分量。載波采

2、用鎖相環(huán)來提取，此鎖相環(huán)是窄帶鎖相，僅用來跟蹤導(dǎo)頻信號。在鎖相環(huán)鎖定時，VCO輸出信號sin（2fct+）與輸入的導(dǎo)頻信號cos2fct的頻率相同，但二者的相位差為（+90），其中很小。鎖相環(huán)中乘法器的兩個輸入信號分別為發(fā)來的信號s（t）與鎖相環(huán)中VCO的輸入信號，二者相乘得到 =鎖相環(huán)中的LPF帶寬窄，能通過分量，濾除m（t）的頻率分量及四倍頻載頻分量。因為很小，所以。LPF的輸出以負(fù)反饋的方式控制VCO,使其保持在鎖定狀態(tài)。鎖定后的VCO輸出信號經(jīng)移相后，以作為相干解調(diào)的恢復(fù)載波，它與輸入的導(dǎo)頻信號同頻，幾乎同相。相干解調(diào)是將發(fā)來的信號s（t）與恢復(fù)載波相乘，再經(jīng)過低通濾波后輸出模擬基帶信

3、號 =經(jīng)過低通濾波可以濾除四倍載頻分量。而是直流分量，可通過隔直流電路濾除，于是輸出為。3、 DSB-SC AM信號的產(chǎn)生 產(chǎn)生DSB-SC AM信號的實驗連接框圖如下1. 實驗步驟A. 音頻振蕩器輸出信號的信號波形的幅度及振蕩頻率，輸出頻率為10khz 音頻振蕩信號的頻譜B.主振蕩器輸出信號波形的幅度及振蕩頻率 C.乘法器輸出波形及其頻譜 乘法器輸出波形頻譜D.調(diào)整增益G=1E.調(diào)整增益g=0.84、 DSB-SC AM信號的相干解調(diào)及載波提取1. 鎖相環(huán)的調(diào)試A. 單獨測量VCO的性能 直流電壓為零時，調(diào)節(jié)VCO模塊的f。，使VCO的中心頻率100khz 從-2v到2v改變直流電壓，vco

4、的頻率及線性工作范圍 可變直流電壓在1V時的VCO頻率偏移為10khz。B.頻率接近1khz的差頻信號C.鎖相環(huán)中的同步帶及捕捉帶 捕捉帶捕捉帶 則捕捉帶16.04同步帶同步帶 則同步帶2. 思考題A. 整理實驗記錄波形，說明DSB-AM信號波形的特點。 DSBSC為雙邊帶調(diào)幅，時域當(dāng)載波與m(t)同時改變極性時出現(xiàn)反相點，而反相點不影響性能。經(jīng)幅度調(diào)制后，基帶信號的頻譜被搬移到了載頻fc處。若模擬基帶信號帶寬為W，則調(diào)幅信號帶寬為2W，因為在頻域中輸出此調(diào)幅信號s(t)的信道帶寬B=2W。  AM信號為具有離散大載波的雙邊帶幅度調(diào)制信號，它是在DSBSB信號的基礎(chǔ)上加一離散的大載波

5、分量，因此傳輸效率有所下降。AM信號因為解調(diào)時要使用包絡(luò)檢波所以要保證|m(t)|1，使AM信號的包絡(luò)Ac1+m(t)總為正數(shù)。 B.整理實驗記錄振幅頻譜，畫出已調(diào)信號加導(dǎo)頻的振幅頻譜圖。根據(jù)此振幅頻譜，計算導(dǎo)頻信號功率與已調(diào)信號功率之比。 由圖可知，導(dǎo)頻信號的頻譜幅度是A1=174mV，邊頻信號的頻譜幅度是A2=216mV，所以導(dǎo)頻信號功率與已調(diào)信號功率的百分比=32.45%，接近理論值32%，誤差主要來源于讀數(shù)誤差。C.實驗中載波提取的鎖相環(huán)中的LPF能不能用TIMS系統(tǒng)中的“TUNEABLELPF”？ 不能，因為RCLPF中的3DB帶寬是2.8kHz，而TUNEABLELPF中

6、WIDE一項中帶寬的波范圍是2kHz12kHz，所以不能使用。D.若本實驗中的音頻信號為1kHz，請問實驗系統(tǒng)所提供的PLL能否用來提取載波？為什么？  不能，因為鎖相環(huán)的截止頻率為2.8kHz，如果音頻信號為1kHz則鎖相環(huán)會跟蹤音頻信號，造成信號失真。E.若發(fā)端不加導(dǎo)頻，收端提取載波還有其他方法嗎？請畫出框圖  如圖所示 實驗二：具有離散大載波的雙邊帶調(diào)幅（AM)1、 實驗?zāi)康?1.了解AM信號的產(chǎn)生原理及實現(xiàn)方法 2.了解AM的信號波形及振幅頻譜的特點，并掌握調(diào)幅系數(shù)的測量方法 3.了解AM信號的非相干解調(diào)原理和實現(xiàn)方法。2、 AM信號的產(chǎn)生及解調(diào)原理 1.

7、AM信號的產(chǎn)生若調(diào)制信號為單音頻信號 則單音頻調(diào)幅的AM信號表達(dá)式為 調(diào)幅系數(shù) 。 AM信號的包絡(luò)與調(diào)制信號m（t）成正比，為避免產(chǎn)生過調(diào)制，要求a1。若用Amax及Amin分別表示單音頻調(diào)幅AM信號波形包絡(luò)的最大值及最小值，則此AM信號的調(diào)幅系數(shù)為 產(chǎn)生AM信號的方法如下2.AM信號的解調(diào) 由于AM信號的振幅頻譜具有離散大載波，所以收端可以從AM信號中提取載波進 行相干解調(diào)，其實現(xiàn)類似于DSB-SC AM信號加導(dǎo)頻的載波提取及相干解調(diào)的方法。 3、 AM信號的產(chǎn)生1. 實驗步驟 A.按下圖進行各個模塊的連接B.音頻振蕩器輸出為5khz，主振蕩器輸出為100khz，乘法器輸入耦合開關(guān)置于DC狀

8、態(tài)。C.分別調(diào)整加法器的增益G及g均為1。D.逐步增大可變直流電壓，使得加法器輸出波形為正的。E.觀察乘法器輸出波形是否為AM波形。F.測量AM信號的調(diào)幅系數(shù)a值，調(diào)整可變直流電壓，使a=0.8。G.測量a=0.8的AM信號振幅頻譜。4、 AM信號的非相干解調(diào)1.實驗步驟A.用示波器觀察整流器的輸出波形 B.用示波器觀察低通濾波器的輸出波形C.改變輸入AM信號的調(diào)幅系數(shù)，觀察包絡(luò)檢波器輸出波形是否隨之改變 答：會改變D.改變發(fā)端調(diào)制信號的頻率，觀察包絡(luò)檢波器的輸出波形的變化答：會改變AM整流信號通過低通濾波器LPF后的最終解調(diào)輸出信號2. 思考題 A.在什么情況下，會產(chǎn)生AM信號的過調(diào)現(xiàn)象？

9、當(dāng)直流電壓過小，加法器輸出有負(fù)值的時候，會產(chǎn)生AM信號的過調(diào)現(xiàn)象。 B.對于a=0.8的AM信號，請計算載頻功率與邊帶功率之比值。  AM信號公式為p p則其邊帶功率為 =+ 載波功率為   所以比值為3.125C.是否可用包絡(luò)檢波器對DSBSCAM信號進行解調(diào)？請解釋原因。  不可以。因為已調(diào)信號的包絡(luò)與m(t)不同，并不代表調(diào)制信號，有負(fù)值部分，且在t軸的交點處有相位翻轉(zhuǎn)。而包絡(luò)應(yīng)該為正幅度。 實驗三:調(diào)頻（FM）一、實驗?zāi)康?) 了解用VCO作調(diào)頻器的原理及實驗方法。2) 測量FM信號的波形及振幅頻譜。3) 了解利用鎖相環(huán)作FM解調(diào)的原理

10、及實現(xiàn)方法。二、實驗原理1. FM信號的產(chǎn)生單音頻信號經(jīng)FM調(diào)制后的表達(dá)式為其中調(diào)制指數(shù)。由卡松公式可知FM信號的帶寬為FM信號的產(chǎn)生框圖如圖1.1所示。圖3.1 利用VCO產(chǎn)生FM信號的框圖VCO的輸入為，當(dāng)輸入電壓為0時，VCO輸入頻率為；當(dāng)輸入模擬基帶信號的電壓變化時，VCO的振蕩頻率作相應(yīng)的變化。2. 鎖相環(huán)解調(diào)FM信號VCO的壓控電壓同基帶信號成正比，所以就是FM解調(diào)的輸出信號。鎖相環(huán)解調(diào)FM信號有兩個關(guān)鍵點，一是開環(huán)增益足夠大，二是環(huán)路濾波器的帶寬要與基帶信號帶寬相同。三、實驗內(nèi)容1. FM信號的產(chǎn)生A. 實驗步驟1) 單獨調(diào)測VCO，方法同實驗一類似。接直流電壓，當(dāng)直流電壓為零時

11、，調(diào)節(jié)中心頻率；在直流內(nèi)觀察VCO線性工作范圍；由GAIN調(diào)節(jié)VCO靈敏度，使直流電壓變化 時VCO頻偏為 。2) 將音頻振蕩器的頻率調(diào)為，作為調(diào)制信號輸入VCO的端。3) 測量音頻信號和FM輸出波形，測量FM信號的振幅頻譜。 FM信號的頻譜VCO的調(diào)節(jié)和前述實驗完全一致，在此不再贅述。FM信號的波形如圖上部所示，其形狀為等幅疏密波。其振幅頻譜如圖下部所示。角度調(diào)制是非線性調(diào)制，很難用數(shù)學(xué)精確描述?？捎^察實際頻譜加以研究。調(diào)節(jié)頻偏為，且，故，由卡松公式：。2. FM信號的鎖相環(huán)解調(diào)B. 實驗步驟1) 單獨調(diào)測VCO，此處同實驗一中的調(diào)測完全一致，由于儀器相同，記錄的捕捉帶和同步帶也應(yīng)近似相同。

12、2) 將已經(jīng)調(diào)測好的FM信號輸入鎖相環(huán)，用示波器觀察解調(diào)信號。3) 改變發(fā)端的調(diào)制信號頻率，觀察FM解調(diào)的輸出波形變化。C. 結(jié)果分析調(diào)制信號頻率小于3kHz時解調(diào)無非線性失真當(dāng)頻率約為3kHz時出現(xiàn)了解調(diào)失真，其原因是實驗中使用的LPF截頻為2.8kHz，故超過此值后將出現(xiàn)失真。四、思考問題1、 實驗中FM信號調(diào)制指數(shù)是多少？FM信號的帶寬是多少？答：由于調(diào)節(jié)VCO靈敏度為時頻偏為，且，故可知。2、 用VCO產(chǎn)生FM信號的優(yōu)點是可以產(chǎn)生答頻偏的FM信號，缺點是VCO中心頻率穩(wěn)定度差。為了解決FM信號大頻偏及中心頻率穩(wěn)定度之間的矛盾，可以采用什么方案產(chǎn)生FM信號？答：可以采用晶振穩(wěn)幅，使中心頻

13、率穩(wěn)定。3、 對于本實驗具體所用的鎖相環(huán)及相關(guān)模塊，若發(fā)端調(diào)制信號頻率為10kHz，請問實驗三中的鎖相環(huán)能否解調(diào)出原信號？為什么？答：不能。本實驗中使用的RC LPF截止頻率是2.8KHz，如果發(fā)端頻率為10KHz的信號，超出鎖相環(huán)工作頻率段，不能跟蹤到此頻率。4、 用于調(diào)頻解調(diào)的鎖相環(huán)與用于載波提取的鎖相環(huán)有何不同之處？答：調(diào)頻解調(diào)的鎖相環(huán)的輸出是LPF的輸出，其頻率和相位與調(diào)頻信號相同；恢復(fù)載波的鎖相環(huán)的輸出是VCO的輸出，其頻率與調(diào)頻信號相同，但有900的相差。實驗四:線路碼的編碼與解碼1、 實驗?zāi)康?1.了解各種常用線路碼的信號波形及其功率譜。 2.了解線路碼的解碼。2、 各線路碼的信

14、號波形 一些典型的線路碼的波形3、 實驗步驟1. NRZ-L碼2. NRZ-M3. UNI-RZ4. BIP-RZ5. RZ-AMI6. BiO-L7. DICODE-NRZ8. DUOBINARY 實驗五：時鐘恢復(fù)1、 實驗?zāi)康?1.了解從線路碼中提取時鐘的原理。 2.了解從RZ-AMI碼中提取時鐘的實現(xiàn)方法。 3.請學(xué)生自主完成從BIP-RZ或UNI-RZ碼恢復(fù)時鐘的實驗。2、 時鐘提取的原理 在數(shù)字通信中，接收端為了能從接收信號中恢復(fù)出原始的數(shù)據(jù)信號，必須要有一個與收到的數(shù)字基帶信號符號速率相同步的時鐘信號。通常，從接收信號中提取時鐘這一過程稱為符號同步或時鐘恢復(fù)。 1.雙極性歸零碼的時

15、鐘恢復(fù)雙極性歸零碼的信號表達(dá)式為 其中,g(t)是矩形歸零脈沖。2. 單極性歸零碼的時鐘恢復(fù)單極性歸零碼的信號表達(dá)式為 其中，g(t)是矩形歸零脈沖。3. 零均值限帶PAM信號的時鐘恢復(fù)對于均值為零的限帶PAM信號，提取時鐘的方法很多。很多情況下，對信號s(t)取絕對值或者取平方可以得到時鐘的離散分量，這樣就可以提取這個離散分量，再通過整形移相得到需要的時鐘。也可以通過超前滯后門同步器或者其他環(huán)路方式恢復(fù)時鐘。3、 從RZ-AMI碼恢復(fù)時鐘 實驗連接如下： 實驗結(jié)果： 1.恢復(fù)時鐘和初始時鐘 2.源碼和解碼實驗六：眼圖一、實驗?zāi)康牧私鈹?shù)字基帶傳輸系統(tǒng)中“眼圖”的觀察方法及其作用。二、實驗原理實

16、際通信系統(tǒng)中，數(shù)字信號經(jīng)過非理想的傳輸系統(tǒng)產(chǎn)生畸變，總是在不同程度上存在碼間干擾的，系統(tǒng)性能很難進行定量的分析，常常甚至得不到近似結(jié)果。而眼圖可以直觀地估價系統(tǒng)碼間干擾和噪聲的影響，是常用的測試手段。從眼圖的張開程度，可以觀察碼間干擾和加性噪聲對接收基帶信號波形的影響，從而對系統(tǒng)性能作出定性的判斷。眼圖分析中常用結(jié)論：1) 最佳取樣時刻應(yīng)選擇在眼睛張開最大的時刻；2) 眼睛閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對定時誤差靈敏的程度，斜邊愈陡，對定位誤差愈敏感；3) 在取樣時刻上，陰影區(qū)的垂直寬度表示最大信號失真量；4) 在取樣時刻上，上下兩陰影區(qū)的間隔垂直距離之半是最小噪聲容限，噪聲瞬時值超過

17、它就有可能發(fā)生錯誤判決；5) 陰影區(qū)與橫軸相交的區(qū)間表示零點位置變動范圍，它對于從信號平均零點位置提取定時信息的解調(diào)器有重要影響。三、實驗內(nèi)容1. 實驗步驟1. 將可調(diào)低通濾波器模塊開關(guān)置于NORM位置。2. 將主信號發(fā)生器的8.33kHz TTL電平的方波輸入與線路編碼器的M.CLK端，經(jīng)四分頻后，由B.CLK端輸出2.083kHz的時鐘信號。3. 將序列發(fā)生器模塊的印刷電路板上的雙列直插開關(guān)選擇“10”，產(chǎn)生長為256的序列碼。4. 用雙蹤示波器同時觀察可調(diào)低通濾波器的輸出波形和2.083kHz的時鐘信號。并調(diào)節(jié)可調(diào)低通濾波器的TUNE旋鈕及GAIN旋鈕，以得到合適的限帶基帶信號波形，觀察

18、眼圖。2. 結(jié)果分析最佳取樣時刻應(yīng)選擇在眼睛張開最大的時刻。圖中“眼睛”閉合的速率，即眼圖斜邊的斜率，表示系統(tǒng)對定時誤差靈敏的程度，斜邊愈陡，對定位誤差愈敏感。在取樣時刻上，圖中噪聲容限為1V。實驗七 采樣、判決一、實驗?zāi)康?) 了解采樣、判決在數(shù)字通信系統(tǒng)中的作用及實現(xiàn)方法。2) 自主設(shè)計從限帶基帶信號中提取時鐘、并對限帶信號進行采樣、判決、恢復(fù)數(shù)據(jù)的實驗方案，完成實驗任務(wù)。二、實驗原理在數(shù)字通信系統(tǒng)中的接收端，設(shè)法從接收濾波器輸出的基帶信號中提取時鐘，用以對接收濾波器輸出的基帶信號在眼圖開最大處進行周期性的瞬時采樣，然后將各采樣值分別在最佳判決門限進行比較做出判決、輸出數(shù)據(jù)。在NRZ-L中

19、，由于信號分量S（t）中的信息符號的均值為零，其功率譜密度中無離散時鐘分量，故不能直接用S（t）來產(chǎn)生1/Ts的離散時鐘分量，但S（t）2的數(shù)學(xué)期望是周期性的，周期為T，故可利用ES（t）2來產(chǎn)生離散的時鐘分量。平方律器件窄帶濾波器放大器移向電路比較器時鐘信號三、實驗內(nèi)容1. 實驗步驟1) 按原理中設(shè)計的時鐘提取電路連接電路，注意調(diào)節(jié)恢復(fù)時鐘的相移，使恢復(fù)時鐘的相位與發(fā)來的數(shù)字基帶信號的時鐘相位一致。2) 按書上的圖連接電路，將恢復(fù)時鐘輸入于判決模塊的B.CLK時鐘輸入端（TTL電平）。將可調(diào)低通濾波器輸出的基帶信號輸入于判決模塊，并將判決模塊印制電路板上的波形選擇開關(guān)SW1撥到NRZ-L位置（雙極性不歸零碼），SW2開關(guān)撥到“內(nèi)部”位置，3) 用雙蹤示波器同時觀察眼圖及采樣脈沖。調(diào)節(jié)判決模塊前面板上的判決點旋，使得在眼圖睜開最大處進行采樣、判決。對于NRZ-L碼的最佳判決電平為零，判決輸出的是TTL電平的數(shù)字信號。 2.實驗結(jié)果 判決輸出結(jié)果和原始序列碼 a.采樣圖與眼圖的關(guān)系 b.經(jīng)過低通濾波器的信