北邮通原硬件实验报告.docx
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北邮通原硬件实验报告.docx
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北邮通原硬件实验报告
信息与通信工程学院
通信原理硬件实验报告
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指导教师:
实验日期:
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的特点,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调试方法。
二、实验内容及步骤
1.DSB-SCAM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-SCAM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。
Vin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-SCAM信号波形特点。
答:
DSB-SCAM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=0.8ps/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“TUNEABLELPF”?
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,TUNEABLELPF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RCLPF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-SCAM信号进行解调?
请解释原因。
答:
不可以。
因为DSB-SCAM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=94.2kHzf4=114.5kHzf3=106.3kHzf1=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
载波
输入信号
输入
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 实验总结:
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