通信原理实验大全(完整版)DOC

通信实验指导书电气信息工程学院目录实验一AM调制与解调实验……………………1实验二FM调制与解调实验……………………………5实验三ASK调制与解调实验………………………8实验四FSK调制与解调实验………………………11实验五时分复用数字基带传输………………14实验六光纤传输实验……………………………19实验七模拟锁相环与载波同步……………………27实验八数字锁相环与位同步……………………32实验一AM调制与解调实验一、实验目的理解AM调制方法与解调方法。二、实验原理本实验中AM调制方法：原始调制信号为1.5V直流＋1KHZ正弦交流信号，载波为20KHZ正弦交流信号，两者通过相乘器实现调制过程。本实验中AM解调方法：非相干解调（包络检波法）。三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。2.按下图接线。3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。4.结合上述实验结果深入理解AM调制方法与解调方法。实验一参考结果实验二FM调制与解调实验一、实验目的理解FM调制方法与解调方法。二、实验原理本实验中FM调制方法：原始调制信号为2KHZ正弦交流信号，让其通过V/F（电压/频率转换，即VCO压控振荡器）实现调制过程。本实验中FM解调方法：鉴频法（电容鉴频＋包络检波＋低通滤波）三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。2.按下图接线。3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。4.结合上述实验结果深入理解FM调制方法与解调方法。实验二参考结果实验三ASK调制与解调实验一、实验目的理解ASK调制方法与解调方法。二、实验原理本实验中ASK调制方法：键控法（原始数字信号采用250HZ方波信号代替，载波为2KHZ正弦交流信号，利用方波信号切换开关电路实现调制过程。本实验中ASK解调方法：非相干解调（包络检波法）。三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。2.按下图接线。3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。4.结合上述实验结果深入理解ASK调制方法与解调方法。实验三参考结果实验四FSK调制与解调实验一、实验目的理解FSK调制方法与解调方法。二、实验原理本实验中FSK调制方法：键控法（原始数字信号采用250HZ方波信号代替，载波分别为2KHZ和1KHZ正弦交流信号，利用方波信号切换开关电路实现调制过程。本实验中FSK解调方法：PLL电路+低通滤波＋抽样判决器。三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。四、实验步骤1.熟悉实验所需部件。2.按下图接线。3.用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。4.结合上述实验结果深入理解FSK调制方法与解调方法。实验四参考结果实验五时分复用数字基带传输一、实验目的掌握时分复用数字基带通信系统的基本原理及数字信号传输过程。二、实验原理本实验用数字信源模块、数字终端模块、位同步模块及帧同步模块连成一个理想信道时分复用数字基带通信系统，使系统正常工作。用示波器观察分接后的数据信号、用于数据分接的帧同步信号、位同步信号。三、实验所需部件调制板、解调板、示波器、计算机（数据采集设备）。四、实验步骤1、熟悉实验所需部件。2、按下图接线。3、用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。4、结合上述实验结果深入理解PCM调制方法与解调方法。实验五参考结果实验六光纤传输实验一、实验目的掌握抽样定理，了解时分复用原理，了解光纤的基本原理及传输过程。二、实验原理本实验用PCM调制及解调板、光通信发射及接收板、光纤通信模块组成音乐光纤传输通信系统，使系统正常工作。用示波器观察各测试信号。三、实验所需部件调制板、解调板、发射板、接收板、光纤通信模块、示波器、计算机（数据采集设备）。四、实验步骤1、熟悉实验所需部件。2、按下图接线。3、用示波器（或计算机）分别测出上图所示的几个点的波形，并绘制于下面各图中。4、结合上述实验结果深入理解光纤传输方法。实验六参考结果实验七模拟锁相环与载波同步一、实验目的掌握模拟锁相环的工作原理，以及环路的锁定状态、失锁状态、同步带、捕捉带等基本概念。掌握用平方环法从2DPSK信号中提取相干载波的原理及模拟锁相环的设计方法。了解相干载波相位模糊现象产生的原因。二、实验原理通信系统中常用平方环或同相正交环（科斯塔斯环）从2DPSK信号中提取相干载波。本实验系统的载波同步提取模块用平方环，原理方框图如图7-1所示。模块内部使用+5V、+12V、-12V电压，所需的2DPSK输入信号已在实验电路板上与数字调制单元2DPSK输出信号连在一起。平方鉴相器环路滤波器压控振荡器放大整形÷2移相器滤波器VCOCAR-OUTMUUd2DPSK图7-1载波同步方框图本模块上有以下测试点及输入输出点：MU平方器输出测试点，VP-P＞1VVCOVCO输出信号测试点，VP-P＞0.2VUd鉴相器输出信号测试点CAR-OUT相干载波信号输出点/测试点图7-1中各单元与电路板上主要元器件的对应关系如下：平方器U25：模拟乘法器MC1496鉴相器U23：模拟乘法器MC1496；U24：运放UA741环路滤波器电阻R25、R68；电容C11压控振荡器CRY2：晶体；N3、N4：三极管3DG6放大整形N5、N6：3DG6；U26:A：74HC04÷2U27：D触发器7474移相器U28：单稳态触发器7474滤波器电感L2；电容C30下面介绍模拟锁相环原理及平方环载波同步原理。锁相环由鉴相器（PD）、环路滤波器（LF）及压控振荡器（VCO）组成，如图7-2所示。uc(t)PDLFVCOuo(t)ui(t)ud(t)图7-2锁相环方框图模拟锁相环中，PD是一个模拟乘法器，LF是一个有源或无源低通滤波器。锁相环路是一个相位负反馈系统，PD检测ui(t)与uo(t)之间的相位误差并进行运算形成误差电压ud(t)，LF用来滤除乘法器输出的高频分量（包括和频及其他的高频噪声）形成控制电压uc(t)，在uc(t)的作用下、uo(t)的相位向ui(t)的相位靠近。设ui(t)=Uisin[ωit+θi(t)]，uo(t)=Uocos[ωit+θo(t)]，则ud(t)=Udsinθe(t)，θe(t)=θi(t)-θo(t)，故模拟锁相环的PD是一个正弦PD。设uc(t)=ud(t)F(P)，F(P)为LF的传输算子，VCO的压控灵敏度为Ko，则环路的数学模型如图7-3所示。+Udsin()F(P)PKoi(t)e(t)uc(t)o(t)ud(t)+-图7-3模拟环数学模型当6)(te时，ededUtU)(sin，令Kd=Ud为PD的线性化鉴相灵敏度、单位为V/rad，则环路线性化数学模型如图7-4所示。+KdF(P)PKoi(t)e(t)o(t)+-图7-4环路线性化数学模型由上述数学模型进行数学分析，可得到以下重要结论：当ui(t)是固定频率正弦信号(θi(t)为常数)时，在环路的作用下，VCO输出信号频率可以由固有振荡频率ωo（即环路无输入信号、环路对VCO无控制作用时VCO的振荡频率），变化到输入信号频率ωi，此时θo(t)也是一个常数，ud(t)、uc(t)都为直流。我们称此为环路的锁定状态。定义Δωo=ωi-ωo为环路固有频差，Δωp表示环路的捕捉带，ΔωH表示环路的同步带，模拟锁相环中ΔωpΔωH。当|Δωo|ΔωP时，环路可以进入锁定状态。当|Δωo|ΔωH时环路可以保持锁定状态。当|Δωo|ΔωP时，环路不能进入锁定状态，环路锁定后若Δωo发生变化使|Δωo|ΔωH，环路不能保持锁定状态。这两种情况下，环路都将处于失锁状态。失锁状态下ud(t)是一个上下不对称的差拍电压，当ωiωo，ud(t)是上宽下窄的差拍电压；反之ud(t)是一个下宽上窄的差拍电压。环路对θi(t)呈低通特性，即环路可以将θi(t)中的低频成分传递到输出端，θi(t)中的高频成分被环路滤除。或者说，θo(t)中只含有θi(t)的低频成分，θi(t)中的高频成分变成了相位误差θe(t)。所以当ui(t)是调角信号时，环路对ui(t)等效为一个带通滤波器，离ωi较远的频率成分将被环路滤掉。环路自然谐振频率ωn及阻尼系数ζ(具体公式在下文中给出)是两个重要参数。ωn越小，环路的低通特性截止频率越小、等效带通滤波器的带宽越窄；ζ越大，环路稳定性越好。当环路输入端有噪声时，θi(t)将发生抖动，ωn越小，环路滤除噪声的能力越强。实验一中的电荷泵锁相环4046的性能与模拟环相似，所以它可以将一个周期不恒定的信号变为一个等周期信号。对2DPSK信号进行平方处理后得2/)2cos1(cos)()(222tttmtScc，此信号中只含有直流和2ωc频率成分，理论上对此信号再进行隔直流和二分频处理就可得到相干载波。锁相环似乎是多余的，当然并非如此。实际工程中考虑到下述问题必须用锁相环：平方电路不理想，其输出信号幅度随数字基带信号变化，不是一个标准的二倍频正弦信号。即平方电路输出信号频谱中还有其它频率成分，必须滤除。接收机收到的2DPSK信号中含有噪声（本实验系统为理想信道，无噪声），因而平方电路输出信号中也含有噪声，必须用一个窄带滤波器滤除噪声。锁相环对输入电压信号和噪声相当于一个带通滤波器，我们可以选择适当的环路参数使带通滤波器带宽足够小。对于本模拟环，ωn、ζ、环路等效噪声带宽BL及等效带通滤波器的品质因数Q的计算公式如下：LnLndnBfQBCRCRRKKo21168116825o,)41(8,2,)(式中fo=4.433×106（HZ），等于载频的两倍。设计环路时通过测量得到Kd、Ko，一般选ζ值为0.5~1，根据任务要求选定ωn后即可求得环路滤波器的元件值。当固有频差为0时，模拟环输出信号的相位超前输入相位90，必须对除2电路输出信号进行移相才能得到相干载波。移相电路由两个单稳态触发器U28:A和U28:B构成。U28:A被设置为上升沿触发，U28:B为下降沿触发，故改变U28:A输出信号的宽度即可改变U28:B输出信号的相位，从而改变相干载波的相位。此移相电路的移相范围小于90。在锁定状态下微调C34也会改变输出信号与输入信号的相位关系（为什么，请思考）。可对相干载波的相位模糊作如下解释。在数学上对cos2ωct进行除2运算的结果是cosωct或-cosωct。实际电路也决定了相干载波可能有两个相反的相位，因二分频器的初始状态可以为“0”也可以是“1”。三、实验所需部件数字信源单元、数字调制单元和载波同步单元。四、实验步骤环路锁定时ud为直流、环路输入信号频率等于反馈信号频率（此锁相环中即等于VCO信号频率）。环路失锁时ud为差拍电压，环路输入信号频率与反馈信号频率不相等。本环路输入信号频率等于2DPSK载频的两倍，即等于调制单元CAR信号频率的两倍。环路锁定时VCO信号频率等于CAR-OUT信号频率的两倍。所以环路锁定时调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT频率完全相等。根据上述特点可判断环路的工作状态，具体实验步骤如下：（1）观察锁定状态与失锁状态打开电源后用示波器观察ud，若ud为直流，则调节载波同步模块上的可变电容C34，ud随C34减小而减小，随C34增大而增大（为什么？请思考），这说明环路处于锁定状态。用示波器同时观察调制单元的CAR和载波同步单元的CAR-OUT，可以看到两个信号频率相等。若有频率计则可分别测量CAR和CAR-OUT频率。在锁定状态下，向某一方向变化C34，可使ud由直流变为交流，CAR和CAR-OUT频率不再相等，环路由锁定状态变为失锁。接通电源后ud也可能是差拍信号，表示环路已