通信系统实验报告

第一次系统实验（通信组）实验四常规双边带调幅与解调实验（AM）一、实验目的1、掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握二极管包络检波法原理。3、了解调幅信号的频谱特性。4、了解常规双边带调幅的优缺点。二、实验内容1、完成常规双边带调幅，观测AM信号的波形及其频谱。2、采用二极管包络检波法，解调AM信号。三、实验原理1、常规双边带调幅（AM）常规双边带调制简称调幅（AM）。假设调制信号()mt的平均值为0，将其叠加一个直流偏量0A后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表示式为0()()cosAMcstAmtt若()mt为确知信号，则AM信号的频谱为01()()()()()2AMccccSAMM其典型波形和频谱（幅度谱）如图4所示cosct()mt0tt00()Amt0tt0()AMSt0()MHH01()AMSCC0A0A12图4AM信号的波形和频谱若()mt为随机信号，则已调信号的频域表示必须用功率谱描述。由波形可以看出，当满足条件：0max()mtA时，AM调幅波的包络与调制信号()mt的形状完全一样，因此用包络检波的方法很容易恢复出原始调制信号；如果上述条件没有满足，就会出现“过调幅”现象，这时用包络检波将会发生失真。但是可以采用其它的解调方法。由频谱可以看出，AM信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成，参照图4-2所示，通常我们将已调信号频谱中画斜线的部分称为上边带，不画斜线的部分称为下边带。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同，下边带是上边带的镜像。因此，AM信号是带有载波分量的上边带信号，它的带宽是基带信号带宽Hf的2倍，即2AMHBfAM信号的载波分量并不携带信息。当调制信号为单音余弦信号，即()cosmmmtAt时，有用功率（用于传输有用信息的边带功率）占信号总功率的比例，即调制效率可以写为22222200()2()mAMmAmtAAAmt在“满调幅”（0max()mtA时，也称100％调制）调节下，这时调制效率的最大值为13AM。因此，AM信号的功率利用率比较低。AM的优点在于系统结构简单，价格低廉，所以至今调幅制仍广泛用于无线电广播。本实验采用的AM调幅框图如下图5所示。调幅输出基波输入载波输入csint0A+m(t)0[A+m(t)]csint图5AM调幅实验框图上图中，由信号源模块DDS模拟信源直接提供调制信号0()Amt，即含直流分量的正弦模拟信号，同时将信号源模块384KHz正弦载波作为载波输入，两者相乘得到“AM调幅信号”输出。模块电路中“调制深度调节1（2）”旋转电位器可调节乘法器的调制深度。2、包络检波法解调是调制的逆过程，其作用是从接收的已调信号中恢复出原基带信号（即调制信号）。解调的方法可分为两类：相干解调和非相干解调（包络检波）。前面提到，当AM信号在满足0max()mtA的条件下，其包络与调制信号()mt的形状完全一样。因此，AM信号一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。本实验采用的二极管峰值包络检波器如下图6所示。二极管包络检波RC低通滤波调幅输入检波输出解调输出图6AM解调实验框图（包络检波法）实验中将AM调幅信号送入“调幅输入”，经二极管包络检波得到“检波输出”信号，它是AM调幅信号的包络，然后再经一级RC低通滤波器，还原出原调制信号。四、实验测试记录1、“基波输入”和“调幅输出”信号波形分析：从图中可以看出，消息信号是AM调幅信号的包络。0()()cosAMcstAmtt从表达式上来看，调幅信号的幅度真是消息信号加上一个常数，所以消息信号是AM调幅信号的包络。2、“检波输出”和“解调输出”波形分析：上图就是检波输出和解调输出的波形。检波输出（上方）的波形经过一个LPF就是解调输出（下方）的波形，低通滤波器滤除了高频分量，得到的波形更接近原来的波形。可以看出在幅度上与原信号有所差别。实验五双边带抑制载波调幅与解调实验（DSB-SCAM）一、实验目的1、掌握双边带抑制载波调幅与解调的原理及实现方法。2、掌握相干解调法原理。二、实验内容1、采用乘法器实现DSB调幅，观测DSB调幅信号的波形及频谱。2、采用相干解调法解调DSB调幅信号。三、实验原理1、DSB调幅在常规双边带调幅过程中，载波不携带任何信息，信息完全由边带传送。因此，如果在AM调制模型中将直流0A去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波双边带信号（DSB－SC），简称双边带信号（DSB）。其典型波形和频谱如图7所示。()mt0tcosct0tt0载波反相点0()MHH0CC()DSBSt()DSBS图7DSB信号的波形和频谱DSB信号的调制效率是100％，即全部功率都用于信号传输。但由于DSB信号的包络不再与调制信号的变化规律一致，因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB信号解调时需采用相干解调，也称同步检波。DSB信号虽然节省了载波功率，但它所需的传输带宽仍是调制信号带宽的两倍，与AM信号带宽相同。实验中采用如下框图8实现DSB调幅。调制输出基带输入载波输入csintm(t)*m(t)csint图8DSB调幅实验框图由信号源模块提供不含直流分量的2K正弦基波信号()mt和384K正弦载波信号sinct，经乘法器相乘，调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调整，得到DSB调幅信号输出。2、相干解调法相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样，均是频谱搬移。调制是把基带信号的频谱搬到了载频位置，这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则是调制的反过程，即把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置，因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调器适用于所有线性调制信号的解调。实验中采用如下框图9实现相干解调法解调DSB信号。DSB输入LPF相乘输出解调输出载波输入图9DSB解调实验框图（相干解调法）将DSB调幅信号与相干载波相乘，得“相乘输出”信号，再经低通滤波器取出低频分量，即可恢复出原始的基带调制信号。四、实验测试记录1、DSB-SCAM的信号波形分析：图中为上方为调制信号，下方为以调信号。可看到调制信号不再是以调信号幅度的包络。1、DSB-SCAM的信号波形分析：DSB-SCAM的频谱是不含有载波的频谱的，所以在中心频率点没有凸起。对比AM的频谱，清晰地显示了两者的区别。2、DSB-SCAM的解调分析：DSB-SCAM采用的是相干解调，将调幅后的信号和相干载波相乘，得到“相乘输出”（上方）的信号，相乘输出的结果含有原始的基带调制信号和高频的分量，在经过低通滤波器取出低频分量，得到“解调输出”（下方），即是原始的基带调制信号。实验六单边带调幅与解调实验（SSBAM）一、实验目的1、掌握单边带调制与解调的原理与实现方法2、了解SSB（包括上边带、下边带）调制信号的频谱特性3、了解单边带调幅的优缺点二、实验内容1、按相移法SSB调制框图，实现SSB调制，观测SSB调幅信号的波形及频谱2、采用相干解调法解调调幅信号三、实验原理1、相移法SSB调幅SSB信号的时域表示式为11()()cos()cos22SSBccstmttmtt。式中，“－”对应上边带信号，“+”对应下边带信号；()mt表示把()mt的所有频率成分均相2，称()mt是()mt的希尔伯特变换。根据上式可得到用相移法形成SSB信号的一般模型，如图10所示图10相移法形成SSB信号的模型2、SSB解调单边带信号的解调不能采用简单的包络检波，它的包络检波更不能反映调制信号的波形，因此我们采用相干解调法解调SSB信号。四、实验测试记录1、基波相移分析：图中一个是基波相移前的波形，另一个是相移后的波形，两者的相位差了90°。2、载波相移分析：图中一个是载波相移前的波形，另一个是相移后的波形，和基波相移一样，两者的相位也差了90°。3、两路DSB信号分析：图中两路DSB信号同样在相位上有差别。3、上边带输出分析：图中在频谱图中下边带受到了抑制。5、下边带输出分析：图中在频谱图中上边带受到了抑制。6、解调输出分析：SSBAM采用的是相干解调，将调幅后的信号和相干载波相乘，得到“相乘输出”的信号，相乘输出的结果含有原始的基带调制信号和高频的分量，在经过低通滤波器取出低频分量，得到“解调输出”，即是原始的基带调制信号。实验七频分复用实验（FDM）一、实验目的1、了解复用的概念。2、理解频分复用的原理。3、掌握频分复用的系统框图及其实现方法。二、实验内容1、两路不同载频的DSB调幅信号频分复用，观测频分复用前后信号波形及频谱的变化。2、对频分复用信号先解频分复用，再分别解调幅还原。三、实验原理当一条物理信道的传输能力高于一路信号的需求时，该信道就可以被多路信号共享，例如电话的干线通常有数千路信号在一根光纤中传输。复用就是解决如何利用一条信道同时传输多路信号的技术。其目的是为了充分利用信道的频带或时间资源，提高信道的利用率。信号多路复用有两种常用的方法：频分复用（FDM）和时分复用（TDM）。时分复用通常用于数字信号的多路传输，将在时分复用实验（TDM）中阐述。频分复用是一种按频率来划分信道的复用方式，主要用于模拟信号的多路传输，也可用于数字信号。在FDM中，信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段（子通道），每路信号占据其中一个子通道，并且各路之间必须留有未被使用的频带（防护频带）进行分隔，以防止信号重叠。在接收端，采用适当的带通滤波器将多路信号分开，从而恢复出所需要的信号。频分复用系统的实验框图如下图11所示。DSB调幅解调器解调器LPFLPF模拟信号1复用模块模拟调制模块模拟解调模块2调制1调制2输出输入输出1输出2相乘输出解调输出基波输入192K正弦载波输入模拟信号2基波输入384K正弦载波输入DSB调幅调幅输出1调幅输出2频分复用频分解复用BPF192K384KHPF频分解复用频分解复用调幅输入调幅输入相乘输出解调输出模拟解调模块1192K正弦载波输入384K正弦载波输入图11频分复用系统实验框图信号源模块提供两路模拟信号，经模拟调制模块分别与192K正弦载波、384K正弦载波相乘，得两路DSB调幅信号，其调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调整。然后将两路不同载频的DSB调幅信号送入复用模块频分复用电路中相加，得频分复用信号。为防止相邻信号之间产生相互干扰，应合理选择载波频率，以使各路已调信号频谱之间留有一定的防护频带。这里选择载波频率分别是192K和384K，满足每路话音信号4KHz的标准带宽。在接收端，先经复用模块频分解复用电路，分离出两路已调信号，再将已调信号送入模拟解调模块分别进行相干解调，还原出原始模拟信号。四、实验测试记录1、两种频率的基波分析：上方的基波频率为996Hz，下方基波频率为1.988KHz2、两种频率的载波分析：上方的载波频率为191.2KHz，下方基波频率为384.1KHz3、复用波形分析：从图中可以看出在190KHz和380KHz左右有两个峰值，存在190KHZ和380KHZ的频分复用。4、解复用波形分析：分别使用包络检波和相干检波得到1KHZ和2KHZ的基波信号