北邮通信原理实验报告

北京邮电大学通信原理实验报告学院：信息与通信工程学院班级：姓名：姓名：实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SCAM）一、实验目的1、了解DSB-SCAM信号的产生以及相干解调的原理和实现方法。2、了解DSB-SCAM信号波形以及振幅频谱特点,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其实现方法。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的调试方法。二、实验原理DSB信号的时域表达式为()()cosDSBcstmtt频域表达式为1()[()()]2DSBccSMM其波形和频谱如下图所示DSB-SCAM信号的产生及相干解调原理框图如下图所示将均值为零的模拟基带信号m(t)与正弦载波c(t)相乘得到DSB—SCAM信号，其频谱不包含离散的载波分量。DSB—SCAM信号的解调只能采用相干解调。为了能在接收端获取载波，一种方法是在发送端加导频，如上图所示。收端可用锁相环来提取导频信号作为恢复载波。此锁相环必须是窄带锁相，仅用来跟踪导频信号。在锁相环锁定时，VCO输出信号sin(2𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)与输入的导频信号cos(2πfct)的频率相同，但二者的相位差为(𝜑+90°)，其中很小。锁相环中乘法器的两个输入信号分别为发来的信号s(t)（已调信号加导频）与锁相环中VCO的输出信号，二者相乘得到[𝐴𝐶𝑚(𝑡)cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡)+𝐴𝑝cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡)]∙sin(2𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)=𝐴𝑐2𝑚(𝑡)[sin𝜑+sin(4𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)]+𝐴𝑝2[sin𝜑+sin(4𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)]在锁相环中的LPF带宽窄，能通过𝐴𝑝2sin𝜑分量，滤除m(t)的频率分量及四倍频载频分量，因为很小，所以约等于。LPF的输出以负反馈的方式控制VCO,使其保持在锁相状态。锁定后的VCO输出信号sin(2πfct+φ)经90度移相后，以cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)作为相干解调的恢复载波，它与输入的导频信号cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡)同频，几乎同相。相干解调是将发来的信号s(t)与恢复载波相乘，再经过低通滤波后输出模拟基带信号[𝐴𝐶𝑚(𝑡)cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡)+𝐴𝑝cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡)]∙cos(2𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)=𝐴𝑐2𝑚(𝑡)[cos𝜑+cos(4𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)]+𝐴𝑝2[cos𝜑+cos(4𝜋𝑓𝑐𝑡+𝜑)]经过低通滤波可以滤除四倍载频分量，而𝐴𝑝2cos𝜑是直流分量，可以通过隔直流电路滤除，于是输出为𝐴𝑐2𝑚(𝑡)cos𝜑。三、实验框图1、根据原理图得到产生DSB-SCAM信号的实验连接框图如图所示2、DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取实验连接图3、测量VCO的压控灵敏度四、实验步骤1、DSB—AC信号的产生（1）将音频振荡器输出的模拟音频信号及住振荡器输出的100KHZ模拟载频信号分别用连线联结至乘法器的两个输入端。（2）用示波器观看音频振荡器输出信号的信号波形的幅度和振荡频率，调整为10KHZ，作为均值为0的调制信号m(t)。（3）用示波器观看主振荡器输出波形的幅度及振荡频率。（4）用示波器观看乘法器的输出波形，并注意已调信号波形的相位翻转与调制信号波形的关系。（5）测量已调信号的振幅频谱，注意其振幅频谱的特点。（6）将已调信号和导频分量加到加法器的两个输入端，调整加法器上的参数G和g,使其与实际相符。观看输出波形及其频谱。具体调整方法如下:a.首先调整增益G：将加法器的B输入接地端接地，A输入端接已调信号，用示波器观看加法器A输入端的信号幅度与加法器输出信号幅度。调节旋钮G，使得加法器输出幅度与输入一致，说明此时G=1b.再调整增益g：加法器A输入端仍接已调信号，B输入端接导频信号。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0.8倍。此导频信号功率约为已调信号功率的0.32倍。2、DSB—AC信号的相干解调及其载波提取（1）锁相环的调试：VCO模块及其框图如上述实验框图所示。将VCO模块前面板上的频率选择开关拨到HI载波频段的位置，VCO的VIN输入端暂不接信号。用示波器观看VCO的输出波形及工作频率，然后旋转VCO模块前面板上的f0按钮，改变VCO中心频率，其频率范围约为70~130KHz。然后将可变直流电压模块的DC输出端与VCO模块的VIN相连接，双踪示波器分别接于VCO输出端及DC输入端。a.当直流电压为0时，调整VCO模块的f0按钮，使VCO的中心频率f0为100KHz。b.从-2V至+2V改变直流电压，观察VCO的频率及其线性工作范围。c.调节VCO的GAIN旋钮，使得在可变直流电压为±1V时的VCO频率频偏为±10KHz。值得注意的是，不同GAIN值对应不同的VCO压控灵敏度。（2）单独测量锁相环中的相乘、低通滤波器的工作是否正常按下图所示的电路图进行试验，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，下图中的乘法器相当于混频器。在实验中，将另一VCO作为信号源输入乘法器。改变信源VCO的中心频率，用示波器观看锁相环中的相乘、低通滤波的输出信号，它应该是输入信号与VCO输出信号的差拍信号。（3）测量锁相环的同步带及捕捉带将载频提取的锁相环闭环连接，仍使用另一VCO作为输入于锁相环的信号源，如下图所示。首先将信号源VCO的中心频率调到比100KHz小很多的频率，是锁相环处于失锁状态（示波器输出为交变波形）。调节信号源VCO，使其频率由低往高缓慢变化。当示波器呈现的信号波形由交变信号变为直流信号时，说明锁相环由失锁状态进入了锁定状态，记录输入信号的频率f2。继续将信源的频率往高调节，环路电压跟着变化，直到从示波器见到的信号波形由直流突变为交流信号，说明锁相环失锁，记录此时的输入信号频率f4.再从f4开始，将输入信号频率从高往低调，记录再次捕捉到同步时的频率f3.继续向低调节频率，直到再次失锁，记录频率f1。上述过程可反复进行几次。同步带∆𝑓1=𝑓4−𝑓1捕捉带∆𝑓2=𝑓3−𝑓2（4）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与锁相环VCO输出的信号时候同步的，二者的相应相位差为，且很小。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，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。（5）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，观察输出波形的变化。五．实验结果与分析（1）dsb-scam信号的产生1、音频振荡器输出调制信号波形，频率为10KHz2、主振荡器输出信号波形，频率为100KHz3、乘法器输出DSB-SC信号波形乘法器输出信号包络为调制信号，音频信号零点位置存在相位翻转。4、乘法器输出频谱由图可看出，dsb-scam信号在100kHz处并无频谱分量，仅在左右各偏移10kHz处存在信号，与理论分析一致。5、加法器输出波形与频谱kHz020406080100120140dB-60-50-40-30-20-10012May201520:396、加法器输出频谱从图可以看出，在100KHz位置为导频信号，两边为已调信号。导频信号振幅频谱的幅度为已调信号频谱的边带频谱幅度的0.8倍，导频信号功率约为已调信号的0.8*0.8/2=0.32倍。（2）DSB-SCAM信号的相干解调及载波提取1、调整VCO中心频率为100kHzkHz020406080100120140dB-60-50-40-30-20-10012May201520:362、测试同步带和捕捉带直流电压为+-2v频率可变直流电压为+-1v时，VOC频率偏移为+-10khz测量得出f1=94.37Kf2=96.15Kf3=104.2Kf4=106.4K同步带∆𝑓1=𝑓4−𝑓1=12.03K捕捉带∆𝑓2=𝑓3−𝑓2=8.05K3、锁相环相乘.4、解调输出波形解调输出的波形与输入波形基本同频同相，仅在幅度上有偏差。5.恢复载波用锁相环提取载波提取载波的频谱图六、思考题1、说明DSB-SCAM信号波形的特点答：DSB-SC为双边带调幅，是只传输两个边带的调制方式。双边带调制是实现频谱搬移，其波形振幅随着调制信号变化，但与普通调幅波不同，它的包络不再反映调制信号的波形，而是在零值上下变化，并且在调制信号等于0的瞬间，书岸边带调幅波的高频振荡相位可能出现180度的相位突变。经幅度调制后，基带信号的频谱被搬移到了载频fc处。若模拟基带信号带宽为W，则调幅信号带宽为2W，因为在频域中输出此调幅信号s(t)的信道带宽B=2W。2、画出已调信号加导频的振幅频谱，算出导频信号功率与已调信号功率之比。答：由图可知，导频信号功率与已调信号功率的百分比为31.2%，接近理论值32%。3、实验中载波提取的锁相环中的LPF能不能用TIMS系统中的“TUNEABLELPF”？答：不能，TUNEABLELPF中WIDE一项中带宽的滤波范围是2kHz-12kHz，输出信号频率可能大于范围被滤掉导致结果错误，所以不能使用。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，因为锁相环的截止频率为2.8kHz，如果音频信号为1kHz则锁相环会跟踪音频信号，造成信号失真。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：使用平方环法或科斯塔斯环法提取。平方环法框图：kHz020406080100120140dB-60-50-40-30-20-10012May201520:36科斯塔斯环法框图：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、实验原理1、AM信号的产生对于单音频信号()sin(2)mmmtAft进行AM调制的结果为()(sin(2))sin2(1sin(2))sin2AMcmmccmcstAAAftftAAaftft其中调幅系数mAaA。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1a。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。由maxA和minA分别表示AM信号波形包络最大值和最小值，则AM信号的调幅系数为maxminmaxminAAaAA如图所示为AM调制的过程和频谱示意图。产生AM信号的方法有两种，分别如下图所示。第二种方法与实验一DSB-SCAM信号加导频的产生方法类似,只是AM信号的离散载波要足够大，以避免产生过调制。本实验采用第一种方法产生AM信号。2、AM信号的解调AM信号由于具有离散大载波，故可以采用载波提取相干解调的方法。其实现类似于实验一中的DSB-SCAM信号加导频的载波提取和相干解调的方法。AM的主要优点是可以利用包络检波器进行非相干解调，可以使得接