通原硬件实验报告最终版

实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SCAM)一、实验目的1.了解DSB-SCAM信号的产生及相干解调的原理和实现方法。2.了解DSB-SCAM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-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、DSB-SCAM信号的产生及相干解调原理下图表示DSB-SCAM信号的产生及相干解调原理框图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，其频谱不包括离散的载波分量。载波采用锁相环来提取，此锁相环是窄带锁相，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。锁相环中乘法器的两个输入信号分别为发来的信号s（t）与锁相环中VCO的输入信号，二者相乘得到]fct2sin(]fctApcos2fctcos2tcm[）πππ）（A=]fct4sin([sin2)]fct4sin([sintm2c）ππ）（ApA锁相环中的LPF带宽窄，能通过sin2pA分量，滤除m（t）的频率分量及四倍频载频分量。因为很小，所以sin。LPF的输出2pA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）π（fct2sin经90移相后，以）π（fct2cos作为相干解调的恢复载波，它与输入的导频信号fct2cosπ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]fct2(cos]fctApcos2fctcos2tcm[）πππ）（A=]fct4(coscos[2)]fct4(coscos[tm2c）ππ）（ApA经过低通滤波可以滤除四倍载频分量。而cos2pA是直流分量，可通过隔直流电路滤除，于是输出为costm2c）（A。三、DSB-SCAM信号的产生产生DSB-SCAM信号的实验连接框图如下1.实验步骤A.音频振荡器输出信号的信号波形的幅度及振荡频率，输出频率为10khz音频振荡信号的频谱B.主振荡器输出信号波形的幅度及振荡频率C.乘法器输出波形及其频谱乘法器输出波形频谱D.调整增益G=1E.调整增益g=0.8四、DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取1.锁相环的调试A.单独测量VCO的性能直流电压为零时，调节VCO模块的f。，使VCO的中心频率100khz从-2v到2v改变直流电压，vco的频率及线性工作范围可变直流电压在1V时的VCO频率偏移为10khz。B.频率接近1khz的差频信号C.锁相环中的同步带及捕捉带捕捉带46.931f捕捉带50.1092f则捕捉带46.9350.10912fff16.04同步带30.1053f同步带50.884f则同步带80.1650.8830.10543fff2.思考题A.整理实验记录波形，说明DSB-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。B.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。根据此振幅频谱，计算导频信号功率与已调信号功率之比。由图可知，导频信号的频谱幅度是A1=174mV，边频信号的频谱幅度是A2=216mV，所以导频信号功率与已调信号功率的百分比=32.45%，接近理论值32%，误差主要来源于读数误差。C.实验中载波提取的锁相环中的LPF能不能用TIMS系统中的“TUNEABLELPF”？不能，因为RCLPF中的3DB带宽是2.8kHz，而TUNEABLELPF中WIDE一项中带宽的波范围是2kHz‐12kHz，所以不能使用。D.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？不能，因为锁相环的截止频率为2.8kHz，如果音频信号为1kHz则锁相环会跟踪音频信号，造成信号失真。E.若发端不加导频，收端提取载波还有其他方法吗？请画出框图如图所示实验二：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、AM信号的产生及解调原理1.AM信号的产生若调制信号为单音频信号）π）（fmtA2sin(mtm则单音频调幅的AM信号表达式为fctfmt)sin2asin2AcA(1t2sin)2sin()(ππππfcfmtAmAActsAM调幅系数AAma。AM信号的包络与调制信号m（t）成正比，为避免产生过调制，要求a≤1。若用Amax及Amin分别表示单音频调幅AM信号波形包络的最大值及最小值，则此AM信号的调幅系数为minmaxmin-maxaAAAA产生AM信号的方法如下2.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-SCAM信号加导频的载波提取及相干解调的方法。三、AM信号的产生1.实验步骤A.按下图进行各个模块的连接B.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。C.分别调整加法器的增益G及g均为1。D.逐步增大可变直流电压，使得加法器输出波形为正的。E.观察乘法器输出波形是否为AM波形。F.测量AM信号的调幅系数a值，调整可变直流电压，使a=0.8。G.测量a=0.8的AM信号振幅频谱。四、AM信号的非相干解调1.实验步骤A.用示波器观察整流器的输出波形B.用示波器观察低通滤波器的输出波形C.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答：会改变D.改变发端调制信号的频率，观察包络检波器的输出波形的变化答：会改变AM整流信号通过低通滤波器LPF后的最终解调输出信号2.思考题A.在什么情况下，会产生AM信号的过调现象？当直流电压过小，加法器输出有负值的时候，会产生AM信号的过调现象。B.对于a=0.8的AM信号，请计算载频功率与边带功率之比值。AM信号公式为)2sin()]2sin(1[)(fctfmtatASCAMππ4)4(2aAPCb载波功率为2)2(2AcPc所以比值为3.125C.是否可用包络检波器对DSB‐SCAM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t轴的交点处有相位翻转。而包络应该为正幅度。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、实验原理1.FM信号的产生单音频信号()cos(2)mmtaft经FM调制后的表达式为()cos[2()]FMccstAftt其中()sin2sin2fmmmaKtftftf调制指数fmaKf。由卡松公式可知FM信号的带宽为2(1)mBfFM信号的产生框图如图1.1所示。VCO的输入为()mt，当输入电压为0时，VCO输入频率为cf；当输入模拟基带信号的电压变化时，VCO的振荡频率作相应的变化。2.锁相环解调FM信号VCO的压控电压()vt同基带信号()mt成正比，所以()mt就是FM解调的输出信号。锁相环解调FM信号有两个关键点，一是开环增益足够大，二是环路滤波器的带宽要与基带信号带宽相同。三、实验内容图3.1利用VCO产生FM信号的框图1.FM信号的产生A.实验步骤1)单独调测VCO，方法同实验一类似。inV接直流电压，当直流电压为零时，调节中心频率0100fkHz；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inV端。3)测量音频信号和FM输出波形，测量FM信号的振幅频谱。FM信号的频谱VCO的调节和前述实验完全一致，在此不再赘述。FM信号的波形如图上部所示，其形状为等幅疏密波。其振幅频谱如图下部所示。角度调制是非线性调制，很难用数学精确描述。可观察实际频谱加以研究。调节频偏为10fkHz，且2mfkHz，故1052mfkHzfkHz，由卡松公式：2()2(210)24mBWffkHzkHz。2.FM信号的锁相环解调B.实验步骤1)单独调测VCO，此处同实验一中的调测完全一致，由于仪器相同，记录的捕捉带和同步带也应近似相同。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。C.结果分析调制信号频率小于3kHz时解调无非线性失真当频率约为3kHz时出现了解调失真，其原因是实验中使用的LPF截频为2.8kHz，故超过此值后将出现失真。四、思考问题1、实验中FM信号调制指数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10fkHz，且2mfkHz，故可知1052mfkHzfkHz。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RCLPF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900的相差。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、各线路码的信号波形一些典型的线路码的波形三、实验步骤1.NRZ-L码2.NRZ-M3.UNI-RZ4.BIP-RZ5.RZ-AMI6.BiO-L7.DICODE-NRZ8.DUOBINARY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、时钟提取的原理在数字通信中，接收端为了能从接收信号中恢复出原始的数据信号，必须要有一个与收到的数字基带信号符号速率相同步的时钟信号。通常，从接收信号中提取时钟这一过程称为符号同步或时钟恢复。1.双极性归零码的时钟恢复双极性归零码的信号表达式为)()(Tabnnntgts其中}1{an,g(t)是矩形归零脉冲。2.单极性归零码的时钟恢复单极性归零码的信号表达式为)()(Tabnnntgts其中，}1,0{an，g(t)是矩形归零脉冲。3.零均值限带PAM信号的时钟恢复对于均值为零的限带PAM信号，提取时钟的方法很多。很多情况下，对信号s(t)取绝对值或者取平方可以得到时钟的离散分量，这样就可以提取这个离散分量，再通过整形移相得到需要的时钟。也可以通过超前滞后门同步器或者其他环路方