北邮通原实验报告Word文档格式.docx
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将加法器的B输出端接地,A输入端接已调信号,用示波器观看加法器的输出波形以及振幅频谱,使加法器输入与加法器输出幅度一致;
7)调整增益g;
加法器A端接已调信号,B接导频信号。
用频谱仪观看加法器输出信号的振幅频谱,调节增益g旋钮,使导频信号振幅频谱的幅度为已调信号的边带频谱幅度的1.25倍。
此导频信号功率为已调信号功率的0.32倍。
2、DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取
1)锁相环的调试
1单独测量VCO的性能
将VCO模板前面板的频率开关拨到HI载波频段的位置,VCO的Vin输入端暂不接信号。
用示波器看VCO的输出波形及工作频率f0,然后旋转VCO模板前面板的f0旋钮,改变VCO的中心频率F0,其频率范围为70~130kHz;
然后将可变直流电压模块的DC输出端与VCO模块的Vin端相连,双踪示波器分别接于VCO的输出端与DC的输出端。
调节VCO的GAIN旋钮,使得可变直流电压为正负1V时的VCO的频率偏移为正负10KHz。
单独测试锁相环中的相乘、低通滤波器是否正常工作。
按电路图进行实验,即锁相环处于开环状态。
锁相环中的LPF输出端不要接至VCO的输入端。
此时图中的乘法器相当于混频器。
在实验中,将另一VCO作为信号输入源输入于乘法器。
改变信源VCO的中心频率,用示波器观看锁相环的相乘、低通滤波器的输出信号,它应是输入信号与VCO输出信号的差拍信号。
2测量锁相环的同步带以及捕捉带
按图将载波提取的锁相环闭环连接,人使用另一VCO作为输入与锁相环的信号源,如下面的连线图所示:
锁相环在锁定状态下,向上或向下改变输入信号参考频率
使之远离VCO的中心频率f0,则当输入信号频率超过某边界值后,VCO便不能在跟踪输入的变化,环路失锁。
向上或向下改变输入信号频率对应有两个边界频率,成称这两个频率的差值为同步带。
锁相环在失锁状态下,向上或向下改变输入信号参考频率
使之接近VCO的中心频率f0,则当输入信号频率进入某边界值后,VCO将能跟踪输入的变化,环路锁定。
向上或向下改变输入信号频率对应有两个边界频率,成称这两个频率的差值为捕捉带。
在上述基础上,当VCO的压控灵敏度为10KHz/V时,此锁相环的同步带约为12KHz,对应的Vin输入的直流电压为±
0.6。
最后将主振荡器模块的100KHz余弦信号输入于锁相环,适当调节锁相环VCO的f0旋钮,使锁相环锁定于100KHz,此时LPF输出的直流电压约为零电平。
2)恢复载波
1将锁相环按上述过程调好,连接,将加法器的输出信号接至图2.2.3
锁相环的输入端。
移相器的频率选择开关拨到HI位置。
2用示波器观察LPF输出信号是否是直流信号,以此来判断载波提取
PLL是否处于锁定状态。
3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的VCO输出经移相器后的信号波形。
调节移相器中的移相旋钮,达到移相90度,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。
4用频谱仪观察恢复载波的振幅频谱。
3)相干解调
1在上述实验的基础上,将相干解调的相乘、低通滤波器模块连接上,并将发送来的信号与恢复载波分别连至相干解调的乘法器的两个输入端。
2用示波器观察相干解调相乘、低通滤波器后的输出波形。
3改变发端音频振荡器的频率,解调输出信号也随之改变。
四、实验结果:
1、DSB-SCAM信号的产生步骤
1、音频振荡器输出波形(10kHz):
可以看出从音频振荡器输出了调制信号m(t)=cos(wt)的余弦波形。
从图上可以读出该波形的周期为100us,频率为10kHz。
2、主振荡器输出波形(100kHz):
可以看出从主振荡器输出了载波信号为
的余弦波形。
周期是10us,频率是100kHz
3乘法器输出波形(黄色)已经音频信号(蓝色):
图中黄色为乘法器输出信号,可以看出虽然载波的周期是10us,但载波的振幅是随着音频信号的幅度在变化,而且在音频信号通过Y=0轴时会有相会翻转现象,图中只挑最明显的标出。
4、已调信号振幅频谱:
从图中可以看出其频谱为两个冲击
5、调整增益G后加法器输入输出波形:
从图上可以很容易读出输入与输出信号无论是在振幅上还是频率都一样。
说明此时的增益已经调成了G=1。
6、调整增益g加法器输出(加导频DSB-SCAM信号)的振幅频谱:
可能是当时时间分度调的太大了所以看起来三个尖分的比较远。
锁相环调试:
实验测得:
f1=93.31kHz,f2=95.03kHz,f3=102.95kHz,f4=105.28kHz
故有同步带F1=f4-f1=11.97kHz,捕捉带F2=f3-f2=7.92kHz
7、滤波后的输出波形:
由上可以看出滤波器输出的直流电平确实约为零电平。
8、恢复载波振幅频谱
●思考题:
1.整理实验记录波形,说明DSB-SCAM信号波形的特点。
答:
包络与音频信号一直,在音频信号为零时会有相位翻转现象
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。
导频信号振幅频谱的幅度为已调信号的边带频谱幅度的1.25倍,所以,
经过计算,导频信号功率与已调信号功率之比为:
0.78倍。
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。
不可以。
锁相环所使用的LPF带宽为0-2.8kHz,而TIMS系统中的“TUNEABLELPF”带宽为NORMAL:
200Hz-5kHz,WIDE:
200Hz-12kHz,故使用NORMAL档来提取即可。
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?
不能,因为在频谱上会产生99kHz与101kHz两个频率的信号,都在带通滤波器的通带之内,提取的载波不纯。
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。
有,不发送导频时可以用平方法提取载波框图如下:
2.3实验二:
具有离散大载波的双边带调幅(AM)
(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法。
(3)了解AM信号的非相干解调原理和实现方法。
产生AM信号的系统框图
AM波的非相干解调
1、AM信号的产生
若调制信号为单音频信号:
;
则单音频调幅的AM信号表达式为:
调幅系数
;
AM信号的包络与调制信号M(t)成正比,为避免产生过调制(过调会引起包络失真),要求a≤1。
Am信号的振幅频谱具有离散的大载波,这是与DSB-SCAM信号的振幅频谱的不同之处。
若用Amax及Amin分别表示单音频振幅频谱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:
本实验采用包络检波方案产生AM波。
1)按图表12进行各模块之间的连接;
2)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;
3)分别调整加法器的增益G及g均为1;
4)逐步增大可变直流电压,使得加法器数出波形是正的;
5)观察乘法器输出波形是否为AM波形;
6)测量AM信号的调幅系数a值,调整可变直流电压,使a=0.8;
7)测量a=0.8的AM信号振幅频谱。
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。
AM的主要优点时可以实现包络检波器进行非相干解调。
本实验就采用非相干解调方案。
1)输入的AM信号的调幅系数a=0.8;
2)用示波器观察整流器(RECTIFIER)的输出波形;
3)用示波器观察低通滤波器(LPF)的输出波形;
4)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变
化;
5)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。
AM信号波形(蓝色)以及音频信号(黄色)
当时忘了调频率了,音频信号频率为1KHz不为5kHz
2、AM信号波形与振幅频谱(a=0.74调不到0.8,调到0.8就失真了)
能看出来是三个尖的,因为我们没有调到0.8,而且时间宽度调的也不太合适,所以频谱看着不太好看
3、整流器(RECTIFIER)输出波形(黄色),蓝色为AM信号:
4、低通滤波器(LPF)输出波形(黄色),蓝色为AM信号:
5、改变AM信号调幅系数,观察包检输出波形
8、改变AM信号频率,观察包检输出波形
思考题:
1.在什么情况下,会产生AM信号的过调现象?
a>
1时,会产生过调现象。
2.对于a=0.8的AM信号,请计算载频功率与边带功率之比值。
3.125
3.是否可用包络检波器对信号进行解调?
请解释原因。
不可以,包络检波器不能检出负的振幅,而DSB-SCAM信号有小于零的部分。
实验三:
调频(FM)
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。
利用VCO产生FM波的系统框图
利用锁相环解调FM波
1、FM信号的调制
VCO的振荡频率随输入电压而变。
当输入电压为零时,振荡器产生一频率为
的正弦波,当输入基带信号的电压变化时,该振荡频率作相应变化。
该实验中,
为100KHx,调节VCO的增益钮,使得2V的电压改变5KHz的频率,再将频率为2KHz的调制信号加到VCO的输入端,从而完成了调频。
1)单独调测VCO:
将VCO模块的印刷电路板上的拨动开关置于VCO模式。
将VCO模块的前面板上的频率选择开关置于“HI”。
然后,将VCO模块插入系统机架的插槽内。
然后将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的inV端相连,示波器接于VCO输出端。
当直流电压为零时,调节VCO模块的of旋钮,使VCO的中心频率为100KHz。
在-2V至+2V范围内改变直流电压,测量VCO的频率及线性工作范围。
调节VCO模块的GAIN旋钮,使得直流电压在±
2V范围内变化时,VCO的频率在±
5KHz内变化。
2)将音频振荡器的频率调节到2KHz,作为调频信号输入与VCO的inV输入端;
3)测量连接图中的各点信号波形;
4)测量FM信号的振幅频谱。
2、FM信号的PLL解调
将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的inV端相连。
当直流电压为零时,调节VCO的中心频率为100KHz。
当可变直流电压为±
1V时,调节VCO的GAIN旋钮,使VCO的频率偏移为±
10KHz。
2)将锁相环闭环连接,将另一个VCO作为信源,接入锁相环,测试锁相环的同步带及捕捉带;
3)将已调测好的FM信号输入于锁相环,用示波器观察解调信号。
若锁相环已锁定,则在锁相环低通滤波器的输出信号应是直流分量叠加模拟基带信号;
4)改变发端的调制信号频率,观察FM解调的输出波形变化。
1、FM信号的产生
1、直流为0的VCO的输出波形
在-2~+2V范围内改变直流电压,测量VCO的线性工作范围如下:
测量数据表格:
直流电压(V)
-2.071
-1.035
0.033
1.039
2.036
VCO频率(KHZ)
108.1
104.7
100.3
95.2
91.3
VCO线性工作范围
由上图可见,VCO范围为-2~+2V的区间内大致为线性。
2、FM信号
Fm信号时域图
Fm信号频谱
4、FM解调信号
经测量,VCO的f1=91.32kHz,f2=95.24kHz,f3=104.7kHz,f4=108.1kHz
则其同步带为f4-f1=16.78kHz,捕捉带为f3-f2=9.46kHz。
1、本实验的FM信号调制指数
是多少?
FM信号的带宽是多少?
音频信号幅度a=2V,频偏常数K=10kHz/V,音频信号基带频率
=2kHz,因此
10,FM信号带宽为B=
44kHz。
2、用VCO产生FM信号优点是可以产生大频偏的FM信号,缺点是VCO中心频率稳定度差。
为了解决FM大频偏及中心频率稳定度之间的矛盾,可采用什么方案来产生FM信号?
可以采用间接调频的方法,框图如下:
1、对于本实验具体所用的锁相环及相关模块,基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调制信号?
频率改变时需要重新调节低通滤波器的截止频率和锁相环的频率。
2、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?
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是相同的;
恢复载波的锁相环的输出是VCO的输出,其频率与调频信号是相同的,但相位与原调制信号相差90°
。
实验六:
眼图
实验目的
了解数字基带传输系统中“眼图”的观察方法及其作用。
实验步骤
1.将可调低通滤波器模板前面板上的开关置于NORM位置。
2.将主信号发生器的8.33khzTTL电平的方波输入于线路码编码器的M.CLK端,经四分频后,由B.CLK端输出2.083khz的时钟信号。
3.用双踪示波器同时观察可调低通滤波器的输出波形及2.083khz的时钟信号。
并调节可调低通滤波器的TUNE旋钮及GAIN旋钮,以得到合适的限带基带信号波形,观察眼图。
实验结果
眼图波形:
实验七:
采样、判决
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、并对限带基带信号进行采样、判决、恢复数据的实验方案,完成实验任务。
1.自主设计图中的提取时钟的实验方案,完成恢复时钟(TTL电平)的实验任务。
2.按图所示,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,并将判决模块印刷电路板上的波形选择开关SW1拨到NRZ-L位置(双极性不归零码),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。
时钟提取ttl波形
判决器输出
红色部分是判决出错的地方,由于当时不知道老师让调一段失真较小的部分截图,所以就只截了一张图。
眼图及采样脉冲
采样时刻都在眼图张开最大的地方
实验八:
二进制通断键控(OOK)
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其测量方法。
3.了解OOK信号的解调及其实现方法。
实验原理
OOK的产生原理图:
OOK的相干解调:
OOK的非相干解调:
将OOK信号整流,再经过低通,实现包络检波,用提取出来的时钟抽样判决得到解调输出
OOK信号的产生:
1.连接电路,产生OOK信号。
用示波器观察各点信号波形,并用频谱仪观察各点功率谱(将序列发生器模块印刷电路板上的双列直插开关拨到“11”,使码长为2048)。
2.自主完成时钟提取、采样、判决,产生OOK的非相干解调信号。
用示波器观察各点波形。
TTL序列发生器输出
OOK信号
整流器输出
判决结果
可以看出在红色圈内的部分是判决出错的地方,但我们已经尽可能的调节判决位置在方波中间部分,相位与时钟相位尽量保持一致。
OOK信号的频谱
思考题
对OOK信号的相干解调如何进行载波提取?
请画出原理框图及实验框图。
由于OOK信号功率谱密度有离散的载频分量,所以此载波提取电路可以利用窄带滤波滤出离散的载频分量,再通过移相电路就可得到所要求的恢复载波。
实验框图:
输入OOK
实验十二:
低通信号的采样与重建
(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
INout
Ms(t)
M(t)
S(t)δt开关闭合
T开关断开
M(t)经过采样器输出被采样的信号ms(t),再经过低通滤波器即可恢复原基带信号
(1)按照图连接各模块
(2)用双踪示波器测量图中各点处的信号波形,调节双脉冲发生器的width旋钮,使采样脉冲宽度约为10
(3)用频谱仪测量各信号的频谱,并加以分析
M(t)波形(2KHz正弦波)
M(t)频谱
序列发生器输出波形
序列发生器频谱
调整采样脉冲宽度为10us
采样脉冲频谱
采样之后的信号(蓝色)
采样信号频谱
恢复出的信号(蓝色)黄色是原信号
恢复信号的频谱
(1)若采样器的输入音频信号频率为5kHz,请问本实验的LPF得输出信号会产生什么现象?
不满足奈奎斯特抽样定理(抽样频率大于原始信号最高频率的两倍),所以恢复的信号会严重的码间干扰。
(2)若输入于本实验采样器的信号频谱如图2.13.4所示,
(a)请画出其采样信号的振幅频谱图
(b)为了不是真恢复原基带信号,请问收端得框图作何改动?
(提示:
请考虑采样脉冲序列的脉宽对采样信号的频谱的影响?
)
采样信号的振幅频谱图如下:
截止频率F要大于2KHz小于6.3KHz
实验总结:
通过这将近八周的通原实验,感觉自己真的是收益匪浅,对通信也有了更深的认识。
虽然通原实验是按照书上的电路图插插线调调旋钮,不像之前做小学期的硬件实验要布线焊板子,也不像微机实验要写代码,但是通原实验也不是水水就能过的,要求对相关的只是要有一定的理解的情况下,连接各个模块。
基础知识不清楚就不明白每个模块是在干嘛,出了问题也不知道该怎么排查,就比如做实验一的时候,由于刚开始对仪器不是很熟悉,而且本来基础知识掌握的就不太好,所以实验一我们做了好久大概有两次课多一点吧,解调还是没有做出来,当时只是觉得VCO应该有问题,所以急接着做实验二了,实验二倒是做得挺快,但到实验三的时候就又被卡着了,还是解调的时候解调不出来,所以我觉得我们的一个VCO应该是有问题的,直到最后我们的那个解调出来的波形也有问题。
然后就是对数字示波器的使用方面有了很大的提升。
之前只会用模拟的双踪示波器,而且觉得自己用模拟双踪示波器用的还挺好的,但是刚开始用数字示波器的时候真的是只会AUTO,波形不准确的时候也不知道怎么调,也是两三次实验之后才慢慢的上手用的比价熟练了,相信老师在我们从实验一到实验实验十二的波形变化里面也能看出来。
最后就是对知识的理解上,之前是对调制解调的概念一直停留在计算上,基本上就是纸上谈兵,只是知道数学式子应该怎么变换就能调制或者解调,在哪儿应该加个滤波器,在哪儿应该加时钟,但是仅仅是有这个概念,而不知道在加完滤波器之后信号应该是什么样子的,在具体操作的时候就全乱了,因为根本就不知道现在这个信号为什么不对,或者应该怎么调节,比如在做实验二的时候,要先把G和g调节正确,虽然就是两个旋钮,但当时就不太明白具体流程该怎么调,有两次就是调完G再调g的时候又动了G,结果又要重新调。
但是通过这一连串的实验下来这种情况已经好多了,起码知道了各个信号在处理的过程中应该长什么样子,如果不对的话应该怎么解决。
动手能力有了很大的提升。
总结一下,就是这次实验不仅让我对知识有了更好的理解,也锻炼里自己分析问题解决问题的能力。
最后,谢谢老师能给我们这样的机会,也谢谢我们有问题时老师耐心的指导。
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