北邮通信原理硬件实验报告.docx

《北邮通信原理硬件实验报告.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《北邮通信原理硬件实验报告.docx（21页珍藏版）》请在三一办公上搜索。

1、北邮通信原理硬件实验报告通信原理硬件实验 实验报告 班级： 姓名： 学号： 学院： 北京邮电大学 目录 第一部分必做实验 .0 实验二 抑制载波双边带的产生 . 0 一实验目的. 0 二实验原理. 0 三实验步骤. 0 四、实验结果. 2 五、思考题. 7 实验三 振幅调制 . 7 一、实验目的. 7 二、实验原理. 7 三、实验步骤. 8 四、实验结果. 9 五、思考题. 12 实验四 包络与包络再生(ENVELOPS AND ENVELOPS RECOVERY) . 12 一、实验目的. 12 二、实验原理. 13 三、实验步骤. 13 四、实验结果. 13 五、思考题. 15 实验十八

2、ASK调制与解调(ASK-MODULATION & DEMODULATION) 16 一、实验目的. 16 二、实验原理. 16 三、实验步骤. 16 四实验结果. 20 第二部分选做实验 .23 实验十一取样与重建 . 23 一实验目的. 23 二、实验原理. 23 三、实验步骤. 24 2 四、实验结果. 25 五、思考题. 28 第三部分实验心得 .28 3 第一部分必做实验 实验二 抑制载波双边带的产生 一实验目的 了解抑制载波双边带(SC-DSB)调制器的基本原理。 测试SC-DSB 调制器的特性。 二实验原理 双边带抑制载波调幅信号s(t)是利用模拟基带信号m(t)与正弦载波c(t

3、)相乘得到，如下图所示： m(t) 带通滤波 s(t) c(t)=Acos(wt+j) 振荡器 产生的调幅信号的数学表达式为： s(t)=m(t)c(t)=m(t)Acos(wt+j) 在本实验中就是用这种方法产生SC-DSB ，主振荡器的输出作为载波信号c(t)，为幅度为1V，频率为100KHZ的正弦波，音频振荡器产生调制信号m(t)，再经缓冲放大器组成，幅度为1V，频率为1KHZ。 三实验步骤 1将TIMS 系统中的音频振荡器(Audio Oscillator)、主振荡器(Master Signals)、缓冲放大器(Buffer Amplifiers)和乘法器(Multiplier)按图二

4、连接。 图二 抑制载波的双边带产生方法一 2用频率计来调整音频振荡器，使其输出为1kHz 作为调制信号，并调整缓冲放大器的K1,使其输出到乘法器的电压振幅为1V。 调整缓冲放大器的K2，使主振荡器输至乘法器的电压为1V作为载波信号。 测量乘法器的输出电压，并绘制其波形。 5调整音频振荡器的输出，重复步骤4。 6将电压控制振荡器模快和可调低通滤波器模块按图三连接。 图三抑制载波的双边带产生方法二 7VCO 得频率选择开关器至于“LO”状态下，调整VCO 的Vin 使VCO 的输出频率为10kHZ。 8将可调低通滤波器的频率范围选择范围至“wide”状态，并将频率调整至最大，此时截 至频率大约在1

5、2kHz 左右。 9将可调低通滤波器的输出端连接至频率计，其读数除360 就为LPF 的3dB 截止频率。 10降低可调LPF 的截止频率，使SC-DSB 信号刚好完全通过低通滤波器，记录此频率 。 11再降低3dB 截止频率，至刚好只有单一频率的正弦波通过低通滤波器，记录频率 12变化音频振荡器输出为频率为800Hz、500Hz，重复步骤10、11。 四、实验结果 1.音频振荡器输出1kHz，电压振幅为1v时调制信号CH1和已调信号CH2的波形图： v 分析：可以看到输出电压的幅度为1v 输入调制信号为输出抑制载波双边带信号的包络，输入信号的频率也与抑制载波双边带的包络频率相同，实验结果正确

6、也验证了抑制双边带信号的特征。 2调整音频振荡器的输出得到的调制信号和已调信号波形图： v 分析：调整的音频振荡器的输入，可看到抑制载波双边带的输出也发生变化。 3.降低可调LPF 的截止频率，使SC-DSB 信号刚好完全通过低通滤波器，此时的调制信号和已调信号波形图： 此时fH=10.981KHz 4.再降低3dB 截止频率， 至刚好只有单一频率的正弦波通过低通滤波器， 此时的调制信号和已调信号波形图如下： ffL=8.84KHz 5变化音频振荡器输出频率为800HZ时 H=10.96KHz fL=9kHZ 变化音频振荡器输出频率为500HZ时 fH=10.6KHz fL=9.20KHz 五

7、、思考题 1、如何能使示波器上能清楚地观察到载波信号的变化？ 答：可以通过观察输出信号的频谱来观察载波的变化，另一方面，调制信号和载波信号的频 率要相差大一些，可通过调整音频震荡器来完成。 2用频率计直接读SCDSB 信号，将会读出什么值。 答：因为SC-DSB信号实质上时两个不同频率的信号相加，所以频率不是特别稳定，直接用频率计读会是来回摆动的值，但频率变化不会很大。 实验三 振幅调制 一、实验目的 1、了解振幅调制器的基本工作原理。 2、 了解调幅波调制系数的意义和求法。 二、实验原理 1、 振幅调制信号由调制信号m(t)与直流相加的和与载波信号c(t)相乘得到，如下图所示： m(t) s

8、(t) , c(t)=Acos(wt+j) 振荡器 直流电源 产生振幅调制信号的数学表达式为： s(t)=A1+mam(t)cos(wt+j) 在本实验中用上述方法产生振幅调制波，音频振荡器产生频率为1khz的调 制信号m(t)，可变直流电压产生1V的直流信号，主振荡器产生频率为100khz的载波信号c(t)，先将调制信号与直流信号送入加法器，最后将他们送入乘法器中得到抑制双边带调制信号s(t)。 2、 一般调幅波的产生有调制信号先与载波信号相乘，在讲结果与载波信号相加得到，如下图所示： m(t) s(t) c(t)=Acos(wt+j) 振荡器 产生振幅调制信号的数学表达式为： s(t)=A

9、coswtacos(wct+j)+Acos(wct+j) =A(1+macoswt)cos(wct+j) 在本实验中利用上述办法产生一般调幅波，音频振荡器产生调制信号m(t)，主振荡器的输出作为载波信号c(t)，先将调制信号与载波信号送入乘法器，最后将结果与载波信号送入乘法器中得到振幅调制信号s(t)。 3、 对于振幅调制来说，为了在解调时使用包络检波而不失真地恢复出原基带信号m(t),要求调制系数总小于1，计算调制系数公式为： ma=三、实验步骤 Umax-UminUmax+Umin 1、将Tims系统中的音频振荡器、可变直流电压、 主振荡器、加法器和乘法器按图四连接。 图四振幅调制的产生方

10、法一 2音频振荡器输出为1kHz，主振荡器输出为100kHz，将乘法器输入耦合开关置DC 状态。 3将可变直流器调节旋钮逆时针旋转至最小，此时输出为-2.5V，加法器输出为+2.5V。 4分别调整加法器的增益G 和g，使加法器交流振幅输出为1V，DC 输出也为1V。 5用示波器观察乘法器的输出(见图2)，读出振幅的最大值和最小值，算出调制系数。 6、分别调整AC 振幅和DC 值，重复步骤，观察超调的波形。 7、用图五的方法，产生一般调幅波。 图五振幅调制的产生方法二 8、将移相器置“HI”。 9、先不加加法器B 输入端的信号，调整缓冲放大器的增益和加法器的G 增益。使 加法器输出为振幅1V 的

11、SC-DSB 信号。 10、移去加法器A 输入端的信号，将B 输入端信号加入，调整加法器的g 增益，使 加法器输出为振幅1V 的正弦值。 11、将A 端信号加入，调整移相器的相移，使加法器输出为调幅波，观察其波形， 计算调制系数。 四、实验结果 1 加法器交流振幅输出为1v，DC输出也为1v时，调制信号CH2的波形图 v 分析：读得振幅的最大值为1.75V，最小值为0V，其调制系数为： ma=Umax-Umin1.75-0=1 Umax+Umin1.75+0 由于交流输入与直流输入幅值均为1V，该输出信号为 s(t)=A1+m(t)c(t)， 所以调制系数为1，符合实验结果。 2调整音频振荡器

12、的输出，使加法器交流振幅输出为1.5v，DC输出也为1v时载波信号CH1与调制信号CH2的波形图： v 分析：由于交流振幅为1.5v大于直流振幅1v，导致调制系数大于1，引起包络失真。 3按步骤七连好图后，步骤11步得到的调幅波波形如下： v 分析：将A,B信号同时加入加法器，观察其输出的调幅波为SC-DSB信号。 由图可知，输出调幅波的最大振幅为2V，最小振幅为0V，其调制系数为： ma=Umax-Umin2-0=1 Umax+Umin2+0由于加入到加法器A端信号为coswtcoswct，加到B端信号为coswct，其输出调幅波为： s(t)=coswtcoswct+coswct=cosw

13、ct(1+coswt) 所以输出幅度为2V，调制系数为1，符合实验结果。 五、思考题 1、当调制系数大于1 时，调制系数ma=Umax-UminUmax+Umin，此公式是否合适？ 答：不合适，因为当调制系数大于1时，引起包络失真，实际的电压最小值小于零，在与t轴的交点处有相位翻转，成为下边信号的波峰，而目测的电压最小值大于零，这时计算调制系数将小于1，造成测量结果不准确。 2、用图五产生一般调幅波，为何载波分量要和SC-DSB 信号相同。若两个相位差90 度时， 会产生什么波形。 答：因为最后的一般调幅信号为： s(t)=A1+mam(t)cos(wt+j)=Acos(wt+j)+Amam(

14、t)cos(wt+j)其中由两部分组成，第一项为载波分量，第二项为SC-DSB信号，从表达式中两个信号同向。 为了使这两部分最后能够合并，就要求载波分量和DC-DSB 信号同相。若两个信号相位相差90 度，则： s(t)=Acos(wt+j)+Amam(t)cos(wt+j+90) =Acos(wt+j)+Amam(t)sin(wt+j) 这是一个振幅不断变化的调频波。 实验四 包络与包络再生(ENVELOPS AND ENVELOPS RECOVERY) 一、实验目的 了解包络检波器的基本构成和原理。 二、实验原理 AM的主要优点是可用包络检波器解调，这是因为基带信号满足调制系数小于1的条件

15、，A1+ma0。 先将接收信号经过整流器，被整流信号通过低通滤波器可恢复出原基带信号m(t)，而此低通滤波器的带宽匹配于基带信号。整流器与低通滤波器相结合就构成了包络检波器。 s(t) y(t) 低通滤波器 整流器 在理想情况下，包络检波器的输出信号形式为：y(t)=g1+g2m(t) 包络检波属于非想干解调，它不需要从接收信号中提取载波分量，故AM调幅广播接收机的解调采用包络检波器。 三、实验步骤 1、利用实验三的方法组成一个调制系数为100%的一般调幅波。 2、将共享模块中的整流器和音频放大器中的3KHz 低通滤波器按图六方式连接： 图六包络验波器原理 3、用示波器观察调制系数为0.5 和

16、1.5 的输出波形。 4、将调幅波到公用模块中的“DIODE+LPF”的输入端，用示波器 观察其输出的波形。 四、实验结果 1.实验三的方法产生的调制系数为100%的一般调幅波。CH1为调制信号，CH2为调幅波。 2、调制系数为0.5的调幅波CH2及解调后的波形CH1： Umax-Uminma=分析：由Umax+Umin可知，若要使ma=0.5，则可使AC输出为500mV,DC=1V.结果观察CH2的输出，可知所得的调幅波与要求符合。 对比调幅波和解调后的波形可知解调后的信号波形与调幅波的包络相同，说明调制系数为0.5时，能够准确解调该调制信号。说明当调制系数小于1时，可通过包络检波在解调调制

17、信号。 3、调制系数为1.5的调幅波CH2及解调后的波形CH1。 分析：由ma=Umax-UminUmax+Umin可知，若要使ma=1.5，则可使AC输出为1.5V,DC=1V.结果所得的调幅波也正好符合要求。 对比调幅波和解调后的波形可知解调后的信号波形与调幅波的包络不同，说明调制系数为1.5时，不能准确解调该调制信号。说明当调制系数大于1时，已不可通过包络检波在解调调制信号。 五、思考题 1、是否可用包络检波器来解调“SC-DSB”信号？请解释原因 答：不可以，因为DSBSC AM 信号波形的包络并不代表调制信号，在与t 轴的交点处 有相位翻转。抑制载波调制信号由于失去载波，它的包络不能

18、完全反应调制信号的实际变化规律。 2、比较同步检波和包络检波的优缺点。 答：同步检波的优点是：精确，效率高，检波线性好，在小信号输入时，检波失真小，可用来解调各种调幅信号；缺点是：复杂，设备较贵，很难获取到完全同频同向信号。 包络检波的优点是：简单，无需获取同步信号，经济；缺点是：检波失真较大，不可用于解调抑制载波信号，总的发射功率中的大部分功率被分配给了载波分量，其调制效率相当低。 3、若调制系数大于1，是否可用包络检波来还原信号。 答：不可以，当调制系数大于1时，由于调制信号振幅过大，其工作范围进入了晶体管的截止区，使高频振荡部分截止，这时，已调波的包络已不能反映调制信号的形状而出现严重失

19、真，导致接收端检波后不能恢复原来调制信号的波形。 实验十八 ASK调制与解调(ASK-MODULATION & DEMODULATION) 一、实验目的 了解幅度键控调制与解调的基本组成和原理。 二、实验原理 1、 ASK产生框图： ad(t-nTb)b(t)=agT(t-nTb)脉冲成形低通滤波器 ASK信号 Acoswct 2、 ASK信号的非相干解调是对信号进行包络检波，无需提取载波信号。 判 ASK信号 包络检波器 带通滤波器 决 采样 采样 3、 ASK信号的相关解调： 判tdt 采样 输出决 0Acoswct 三、实验步骤 1、将Tims系统中主振荡器、音频振荡器、序列 码产生器和

20、双模拟开关。按图二十三的方式连接。 图二十三用开关产生ASK调制信号 2、将主振荡器模块2kHz 正弦信号加至序列码产生器的CLK 输入端并将其输出的 TTLX 加至双模拟开关control1，作为数字信号序列。 3、将主振荡器模块8.33kHz 输出加至音频振荡模块的同步信号输入端，并 将其输出接到双模拟开关模块的IN1。 4、用示波器观察ASK 信号。 5、将ASK 调制信号加到由图二十四组成的ASK非同步解调器的输入端。 6、将音频振荡器的输出信号调为4kHz，并将ASK 信号加至共享模块中整流器 的输入端。 7、整流器的输出加到可调低通滤波器模块的输入端，从低通滤波的输出端可以得到 A

21、SK 解调信号。 图二十四 ASK非同步解调 8、将可调直流电压加到共享模块的比较器，决定比较电平，比较器输出为原数字信号。 9、用Tims系统中的模块组成，由图二十五所示的用乘法器组成的ASK 调制电路。 10、主振荡器2kHz 正弦信号输入到序列码产生模块“CLK”输入端，产生数字信号， 再将其X 输出端加以加法器A 端。 11、将A 端信号拿开，在加法器B 端加直流电压，并调整加法器增益调整钮“g”，使 加法器输出直流为1V。 12、加法器“A”端输入信号加上，并把加法器的输出加到乘法器X 端。 图二十五用乘法器组成的ASK调制电路 13、用示波器观察加法器输出信号。 14、用Tims系

22、统的模块组成如图二十六所示的ASK 同步解调电路。 15、将主振荡器的100kHz 正弦波作为同步检波的参考电压加入移相器的输入，移相器 的输入加至乘法器的Y 输入端。 16、将上述实验中产生ASK 信号加到乘法器X 输入端。 17、乘法器的输出加至可调低通滤波器。 18、再通过共享模块中比较器加以整形，形成数字信号。 19、在比较器输入端加一个可调的直流电压，作为比较电平。 图二十六 ASK同步解调 20、调整移相器的相移，可调低通滤波器的带宽和直流电平，使ASK 解调信号最大， 并用示波器观察。 四实验结果 1、按步骤一连好电路图，ASK信号的输出波形如下： 2、步骤7所得的ASK解调信号

23、CH1和序列发生码产生的原始数字信号CH2： 3、步骤8所得比较器输出的解调信号CH1与序列发生码产生的原始数字信号CH2： v 分析：由图可看出解调器正确解调出原信号，不过存在一部分时延。 4、按步骤9连好用乘法器组成的ASK调制电路的电路图，在步骤13中观察加法器输出信号即ASK调制信号CH2和序列发生码产生的原始数字信号CH1 5、按步骤14连好ASK同步解调电路图后，在步骤20 中观测ASK解调信号CH2和序列发生码产生的原始数字信号CH1： v 分析：由此可看出解调信号与输入信号基本一致，存在一部分时延，在实验误差范围内。 第二部分选做实验 实验十一取样与重建 一实验目的 了解取样定

24、理的原理，取样后的信号如何恢复原信号，取样时钟应该如何选取。 二、实验原理 数字信号是通过对模拟信号进行采样、量化和编码得到的，模拟信号是时间和幅度都连 续的信号，记作 x(t)。采样的结果是产生幅度连续而时间离散的信号，这样的信号常被称为采样数据信号。 原理如下： 低通采样定理：如果采样频率fs2fb，那么带限信号就可以无差错的通过其采样信号恢复。 模型： 在满足采样定理条件的情况下，初始输入信号可以从这些抽样值中恢复出来。 三、实验步骤 1、将Tims系统中，主振荡器、音频振荡器、双 脉冲产生器、双模拟开关和音频放 大器按图十四连接： 图十四取样信号连接图 2、将主振荡器中的8.3kHz

25、取样信号的输出接到双脉冲产生器的CLK 端。 3、将双脉冲产生器的Q1 的输出端接至双模拟开关的控制1的输入端。 4、将主振荡器的Message 的输出端的信号接到双模拟开关的ln1 输入端。 5、用示波器观察双模拟开关的输出信号。 6、将双模拟开关的输出信号接至音频放大器的输入端。用示波器进行观察。若输出信号太 小可调整音频放大器放大量。 7、用VCO 的模拟输出替代主振荡器的取样信号。接到双脉冲产生器的输入，使VCO 在3kHZ-6Khz 只见进行变化，观察音频放大器的输出，并与主振荡器的Message 输出端信号进行比较，得出信号不失真所需的最小取样频率。 四、实验结果 1、按步骤一连好

26、取样信号图后，在步骤5中双模拟开关的输出信号波形CH1与原始信号CH2如下： 分析：由图可知，输出的抽样信号就是在原始信号上周期取样的结果。如上图，在原始信号的一个周期内均匀的取四个值即得到抽样信号。 2、将双模拟开关的输出信号接到音频放大器的输入端，观察输出信号CH1与模拟开关的输出信号CH2： 分析：经放大后抽样信号的幅值变大，相位也发生偏移。 3、VCO的频率为3KHz时，音频放大器的输出CH1与原始信号： VCO的频率为4KHz时，音频放大器的输出CH1与原始信号： VCO的频率为5KHz时，音频放大器的输出CH1与原始信号： VCO的频率为6KHz时，音频放大器的输出CH1与原始信号

27、： 可观察到频率为3KHz时输出信号已失真，无法反应原始信号的变化情况。超过4KHz时，输出信号与原始信号频率相同，虽有一定的时延，但可反映原始信号的变化，所以信号不失真的最小频率是4KHz. 五、思考题 1为什么要从取样信号中恢复原信号，需要低通滤波器画出取样信后的频谱？ 答：因为其为调频波，其频谱的变化规律反映了调制信号。取样的原理就是利用一定周期的脉冲信号与音频信号相乘，在频域上是对音频信号进行频谱的复制，搬移。使用低通滤波器滤取一个基带带宽的信号后恢复原来的频谱。 2、为什么取样脉冲的频率要大于两倍信号频率，而不是等于。 答：因为取样脉冲的频率要等于两倍信号频率时，此时是为奈奎斯特取样频率，但是由于其频谱是连续的，不容易用滤波器恰好滤出原信号。 第三部分实验心得 本学期的通信原理硬件实验操作比较简单，因为所用仪器的各个模块都已内部集成，我们只需按照书上的指示完成连线和调节即可。实验主要包括信号的调制和解调过程，以及模拟信号的采样，这些都是信号传输过程中的必要部分。对这些部分的实验练习有利于我们更好的掌握信息传递的过程，也可以帮助我们更加立体的建立信息传递的框架图。通过上学期通信原理的理论知识学习，再结合这两次通信原理硬件实验，我对通信原理这门课程有了更加深入的了解。