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（27页珍藏版）》请在冰点文库上搜索。
北邮通信原理硬件实验报告
北邮通信原理硬件实验报告
题目：
基于TIMS通信原理实验报告
目录
实验一：
含有离散大载波的AM信号的调制与解调3
一、实验目的3
二、实验环境3
三、实验必备知识点3
四、实验原理框图4
五、实验步骤4
六、实验结果6
七、思考题8
八、实验总结8
实验二：
SSB信号的调制与解调9
一、实验目的9
二、实验环境9
三、实验必备知识点9
四、实验原理框图10
五、实验步骤10
六、实验结果11
七、思考题11
八、实验总结12
实验三：
FM信号的调制12
一、实验目的12
二、实验环境12
三、实验必备知识点12
四、实验框图13
五、实验步骤13
六、实验结果13
七、思考题14
八、实验总结14
实验四：
2ASK信号的调制与解调14
一、实验目的14
二、实验环境14
三、实验必备知识点14
四、实验框图15
五、实验步骤16
六、实验结果17
七、思考题17
八、实验总结18
实验五：
2FSK信号的调制18
一、实验目的18
二、实验环境18
三、实验必备知识点18
四、实验框图19
五、实验步骤19
六、实验结果19
七、思考题20
八、实验总结20
实验六：
BPSK信号的调制20
一、实验目的20
二、实验环境20
三、实验必备知识点20
四、实验框图21
五、实验步骤21
六、实验结果22
七、思考题22
八、实验总结22
实验心得体会与建议（郑晨宇）：
22
实验一：
含有离散大载波的AM信号的调制与解调
一、实验目的
（1）掌握AM信号的调制方法
（2）掌握AM信号的解调方法
（3）掌握调制系数的含义
二、实验环境
硬件环境：
TIMS教学实验、PC微机。
软件开发环境：
LoriotProV2.00、WindowsXP操作系统。
三、实验必备知识点
1、AM信号的调制
图一AM信号的调制
m（t）为基带信号，c（t）为载波。
先将m（t）与c（t）相乘，再加入离散的载波分量（乘以a倍），即可得到调制信号：
s（t）=A（1+m（t））*cos（2pi*fct）
在实验中，我们使用单音频信号作为基带信号，则调制信号：
s（t）=A（1+cos（2pi*fmt））*cos（2pi*fct）
AM包络与调制信号成正比。
AM信号的振幅频谱具有离散大载波，是与DSB-SCAM信号的不同之处。
2、AM信号的解调
图二AM信号的解调
当a<1时，将调制信号通过包络检波器（由整流器和低通滤波器组成），在经过隔直电路，即可恢复基带信号。
四、实验原理框图
1、AM信号调制
2、AM信号解调
五、实验步骤
1、将TIMS系统中音频振荡器（AudioOscillator）、主振荡器（MasterSignals）、整流器（Rectifier）、音频放大器（HeadphoneAmplifier）、加法器（Adder）和乘法器（Multiplier）按上图连接。
2、音频振荡器输出为5kHz，主振荡器输出为100kHz，将乘法器输入耦合开关置DC状态。
通道1：
音频信号（f=5kHz）通道2：
主振荡器信号（f=100kHz）
3、分别调整加法器的增益G和g，使加法器交流振幅输出a<1,a=1,a>1三种情况的波形，并记录保存。
AM信号（a=0.8）
AM信号的振幅频谱
4、用示波器观察调制系数大于1，等于1，小于1的解调输出波形，并记录保存。
六、实验结果
1、当a>1时
基带信号（红）与调制信号（蓝）：
基带信号（红）与解调信号（蓝）：
通过观察上图，我们可以发现，当调制指数大于一时，调制信号出现相位翻转，这导致输出波形失真。
2、当a=1时
基带信号（红）与调制信号（蓝）：
基带信号（红）与解调信号（蓝）：
通过观察上图，我们可以发现，当调制指数等于一时，调制信号刚好可以利用包络检波的方式解调，输出波形正常。
3、当a<1时
基带信号（红）与调制信号（蓝）：
基带信号（红）与解调信号（蓝）：
通过观察上图，我们可以发现，当调制指数大于一时，调制信号可以利用包络检波的方式解调，但由于整流电路的线性工作电压区有限，太大的电压存在失真，从而造成了输出信号的失真。
七、思考题
1、若用同步检波，如何完成实验？
比较同步检波和包络检波的优缺点。
相干解调是利用本地恢复载波与调制信号相乘，在经过低通滤波器做解调，AM信号中离散的载波分量被用作导频；而非相干解调是利用包络检波器解调。
当a>1时，相干解调可以恢复原信号，非相干解调不可以恢复，存在相位翻转，但相干解调设备复杂，非相干解调设备简单。
2、若调制系数大于1，是否可以用包络检波来还原信号
不可以，加入的离散载频分量太小，调制信号存在相位翻转点，解调信号失真。
3、调制系数分别”<1”，”>1”，”=1”时，如何计算已调信号的调制系数？
可利用公式Ma=（Ummax-Ummin）/（Ummax+Ummin）计算AM信号的调制系数，当a>1时，不能采用这个公式，因为此时为过度调制，幅度最小值不是实际最小值，实际最小值应为负值。
八、实验总结
AM信号的调制是整个通原硬件实验的第一个实验，通过本次实验，我们对TIMS系统有了初步的认识，了解了TIMS实验系统与示波器之间配合使用的方法；由于实验前做了预习，画出了模块连接图，所以即使对TIMS实验系统不太熟悉，仍然比较顺利地完成了实验；在实验中通过对AM调制、解调信号的观察，加深了对AM调制的理解，直观地看到了调制系数a小于1、等于1、大于1情况下对调制、解调的影响。
AM调幅的产生是因为对DSB信号的解调必须采用相干解调，在收端需有载波提取电路，这一点是非常不经济的。
因而产生了在发端DSB-SC的基础上再加上离散的大载波分量使得接收机的解调可用包络检波器，比较经济。
其特点是它的包络总是正的，其振幅频谱是DSB-SC信号的频谱上加上离散的大载波分量。
主要优点就是前一段提到的可以用包络检波器解调信号，是将信号整流后通过低通滤波器（此LPF需匹配于基带信号）就可以恢复出原信号。
实验二：
SSB信号的调制与解调
一、实验目的
理解单边带系统调制解调原理，及测试方案。
二、实验环境
硬件环境：
TIMS教学实验、PC微机。
软件开发环境：
LoriotProV2.00、WindowsXP操作系统。
三、实验必备知识点
上图为SSB信号的调制框图，原理是利用公式：
S（t）=m（t）cos（wct）+
（t）sin（wct）
对m（t）进行调制，求和器加法为下边带调制，减法为上边带调制。
SSB信号的解调与DSB一样，使用同步解调的方式，提取载波，与调制信号相乘，经过低通滤波，可解调出原信号。
四、实验原理框图
1、SSB信号的调制
2、SSB信号的解调
五、实验步骤
1、将Tims系统中的音频振荡器（AudioOscillator）、主振荡器（MasterSignals）、正交分相器（QuadraturePhaseSplitter）、两个乘法器（Multiplier）、移相器（PhaseShifer）和加法器（Adder）按上图连接，正交分相器输出两路正交信号。
2、主振荡器输出为100kHz，电路板上的开关置于“HI”。
音频振荡器输出为1kHz。
3、用示波器检查两个乘法器输出的（SC-DBC）信号，使它们的幅度相等，同时调整移相器的相移，使加法器的输出为最大。
4、从主振荡器中输出100kHz的余弦信号作为参考信号加入乘法器Y输入端。
5、将可调低通滤波器的频率选择范围设定在“Notm”的范围。
此时低通滤波的截止频率为5kHz，调整截止频率，使输出信号能通过。
6、观察记录实验波形
六、实验结果
1、基带信号（红）与调制信号（蓝）
2、基带信号（红）与解调信号（蓝）
七、思考题
1、分析调制系统是上边带还是下边带，如何实现另一边带的调制系统？
该调制系统为下边带调制，如果希望得到上边带调制，可将同相支路的m（t）不变，正交支路的m（t）反相后再做希尔伯特变换即可
2、设计SSB调制解调系统中遇到的问题。
在实验中，我们怀疑正交分相器存在问题，所以检查正交分相器工作是否正确。
将音频信号加入正交分相器的输入，然后将正交分相器的两个输出分别加到示波器的X输入端和Y输入端，若两个通道增益相同时，示波器若呈显为一个圆，则正交分相器工作正确。
八、实验总结
经过这次实验，我们加深了对SSB信号的调制与解调原理的认识，本次实验相对于AM信号的调制与解调用了一个新的模块——正交分相器，使得我们进一步了解了TIMS实验系统的使用，并且掌握了检测正交分相器的方法。
由于有了上一次实验的基础，本次实验完成得比较顺利，没有遇到特别大的问题。
实验三：
FM信号的调制
一、实验目的
（1）掌握FM信号的调制方法
（2）掌握TIMS系统的实验方法
二、实验环境
硬件环境：
TIMS教学实验、PC微机。
软件开发环境：
LoriotProV2.00、WindowsXP操作系统。
三、实验必备知识点
1、掌握FM的基本原理
振荡频率随输入信号的电压改变。
当输入电压为零时，振荡器产生一个中心频率的正弦波；当输入基带信号的电压变化时，该振荡频率做相应的变化。
可利用压控振荡器（VCO）实现直接调频。
FM信号的系统框图如图所示。
调制信号为单音频信号
，FM的表达式为
，
m（t）输入于VCO，当输入电压为0时，VCO的输出频率为fc。
当输入模拟基带信号的电压变化时，VCO的振荡频率作相应变化。
四、实验框图
五、实验步骤
1、采用音频振荡器和VCO模块按上图连接。
2、测量VCO的V-f曲线和电压控制振荡器的灵敏度，方法：
在VCO的Vin端加入不同极性的电压，在不同电压下用频率计测VCO的输出频率。
3、将VCO的频率选择置于“L0”状态，此时VCO的输出频率为800Hz~17kHz。
4、用频率计来辅助设定VCO在10kHz左右，此为载波频率。
5、调整VCO的增益钮，使VCO的频率偏移在5kHz。
6、将音频振荡器的频率调到1kHz，此信号为调制电压。
7、将音频振荡器的输出加到VCO的输入端（Vin）用示波器观察VCO的输出信号。
六、实验结果
基带信号（红）调制信号（蓝）
从上图可以看出，当输入电压大于0时，VCO输出电压频率加快，当输入电压小于0时，VCO输出电压频率减慢，与实验预期一致。
七、思考题
1、设计FM调制系统中遇到的问题。
在设计FM调制系统时，我们遇到的问题是当输入电压大于0时，VCO输出电压频率减慢，当输入电压小于0时，VCO输出电压频率加快。
我认为这是由于在仪器中，VCO的极性接反导致的，所以我将输入信号反相，得到了正确的信号波形。
八、实验总结
在本次试验里，我们通过观察FM信号的调制波形，直观地认识到FM调制抗干扰性能好的特点，并且对FM调制与解调的原理有了更好地理解，FM调制信号是载波的频率随基带信号变化，所以也叫非线性调制，它的优点就在于它的带宽比调幅信号要宽很多，因为调幅信号的带宽为
，而角度调制信号的带宽是
，是前者的许多倍，当然是在牺牲带宽来换取高的抗噪声能力使系统的可靠性提升。
实验四：
2ASK信号的调制与解调
一、实验目的
理解振幅键控系统调制解调原理，及测试方案。
二、实验环境
硬件环境：
TIMS教学实验、PC微机。
软件开发环境：
LoriotProV2.00、WindowsXP操作系统。
三、实验必备知识点
1、2ASK信号波形
由二进制序列控制载波的幅度为0或A。
2、2ASK信号调制
可以让二进制序列信号当做信号选择器的选择端，控制载波的导通与关闭。
3、2ASK信号解调
使用包络检波方案，然后对检波后信号做电压比较，输出矩形电压值。
四、实验框图
1、2ASK信号的调制
2、2ASK信号的解调
五、实验步骤
1、将Tims系统中主振荡器（MasterSignals）、音频振荡器（AudioOscillator）、序列码产生器（SequenceGenerator）和双模拟开关（DualAnalogSwitch），按上图的方式连接。
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加至又模拟开关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（SYNC），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调制信号加到由上图组成的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（Rectifier）的输入端。
7、整流器的输出加到可调低通滤波模块的输入端，从低通滤波的输出端可以得到ASK解调信号。
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。
六、实验结果
1、基带信号与调制信号
2、基带信号与解调信号
七、思考题
1、设计2ASK调制解调系统中遇到的问题。
设计2ASK调制解调系统的过程中，我发现使用电脑LoriotProV2.00直接截的图总是CH1和CH2之间不同步，截不出正确的波形。
后来我发现，可以现在示波器上按下STOP按键，锁定住屏幕以后再用电脑截图，就可以克服CH1和CH2之间不同步的问题。
2、该系统在高斯白噪声环境下应加入哪些模块？
由于高斯白噪声的影响，如果直接采用比较器进行解调所得到的信号会和原输入信号有有较大的差别。
并且信号的宽度不严格地相等或者是固定值的整数倍。
所以应当采取有时钟提取电路的解调方式。
需要在不使用提取时钟电路的解调方案基础上增加比特时钟重建器（ BIT CLOCK REGENERATION）,缓冲放大器（BUFFER AMPLIFIER）,移相器（PHASE SHIFTER）,共享模块（UTILITIES）来组成时钟提取电路。
和判决器（DECISION MAKER）。
八、实验总结
本次实验是第一个数字信号的调制与解调实验，通过这次实验了解了TIMS系统通过模拟信号产生数字信号的方法，并且对2ASK信号的调制与解调和原理有了进一步的认识，巩固了相关知识；在本次实验中，我们一开始用电脑LoriotProV2.00直接截的图总是CH1和CH2之间不同步，截不出正确的波形，后来通过按下示波器上的STOP，使得电脑截图同步，顺利解决了问题；在最初的解调波形中，我们发现解调输出波形的脉宽与基带信号波形的脉宽并不一致，我们通过调节判决门限电压以及滤波器的带宽使两者的脉宽相等，由此我们也认识到ASK调制抗噪声性能较差的特点。
实验五：
2FSK信号的调制
一、实验目的
理解移频键控系统调制原理，及测试方案。
二、实验环境
硬件环境：
TIMS教学实验、PC微机。
软件开发环境：
LoriotProV2.00、WindowsXP操作系统。
三、实验必备知识点
1、2FSK调制原理
如图所示，将二进制序列信号直接输入到VCO中，即可得到2FSK信号。
四、实验框图
1、2FSK信号的调制：
五、实验步骤
1、用Tims系统中的主振荡器（MasterSignals）、序列码产生器（SequenceGenerator）和电压控制振荡器（VCO）模块，组成上图所示的相位连续FSK调制电路。
2、调整电压控制振荡器的△F钮，使VCO的输出中心频率为5kHz。
3、调整VCO的增益到一定值，方法为在VCO的Vin的输入端加2.5V直流电压，调整VCO增益旋钮使频率偏移2.5kHz再拿开2.5V直流电压。
4、主振荡器的2kHz正弦波，加至序列码产生器的数字CLK端。
5、序列码产生器的数字X输出信号，接入VCO的Vin端。
6、用示波器观察FSK信号。
六、实验结果
2FSK调制信号波形
与实验预期一致，当输入0时，VCO输出电压频率减慢，当输入1时，VCO输出电压频率加快。
七、思考题
1、理解中心频率、频偏的概念。
中心频率是VCO在不输入电压（即输入0V）时，输出电压的频率；频偏是当输入电压偏离0最多的时候，输出电压的频率与中心频率的差。
2、设计2FSK调制系统中遇到的问题。
在设计FM调制系统时，我们遇到的问题是当输入电压大于0时，VCO输出电压频率减慢，当输入电压小于0时，VCO输出电压频率加快。
我认为这是由于在仪器中，VCO的极性接反导致的，所以我将输入信号反相，得到了正确的信号波形。
3、在2FSK信号调制中，双模开关起什么作用，可由哪个模块代替？
双模开关是在设计相位不连续的2FSK信号时用到的，本次实验未涉及设计相位不连续的2FSK信号。
八、实验总结
通过本次实验，我们加深了对2FSK信号的调制原理的认识，并且认识到2FSK调制实现起来比较容易，抗噪声、抗衰减性能较好的特点。
实验六：
BPSK信号的调制
一、实验目的
理解移相键控系统调制解调原理，及测试方案。
二、实验环境
硬件环境：
TIMS教学实验、PC微机。
软件开发环境：
LoriotProV2.00、WindowsXP操作系统。
三、实验必备知识点
1、BPSK信号波形
由上图可以看出，0和1对应的载波相位是不一样的，当01变换时，会出现一个相位的变化。
2、BPSK调制信号的产生原理图
先通过电平变换将0、1（单极性不归零码）变换为-1，+1（双极性不归零码），再将基带信号与载波相乘，即可得到2PSK信号。
四、实验框图
BPSK信号的调制：
五、实验步骤
1、将Tims系统中音频振荡（AudioOscillator）、移相器（PhaseShifter）、序列码产生器（SequenceGenerator）、线性编码器（Line-codeEncode）、乘法器（Multiplier）按上图连接。
2、将音频振荡器sin（wt）输出加至移相器输入，调整音频振荡器使此输出为8kHz，通过移相的信号加至乘法器Y端输入。
3、音频振荡器TTL输出端的8kHz信号加到线性编码器的M，CLK输入端，通过线性编码器中÷4电路.在B.CLK输出一个2KHZ的TTL信号加至序列码产生器的TTL，CLK输入端。
4、序列码产生器TTL，X输出端的序列码信号加至线性编码器的TTL，DATA输入端。
由线性编码器NRZ-L输出双极性不归零的码序列信号加至乘法器的X输入端，乘法器的输出为PSK信号，用示波器观察此信号。
六、实验结果
BPSK基带信号与调制信号如下图所示：
七、思考题
1、设计BPSK调制解调系统中遇到的问题。
在设计实验的过程中，我发现单极性不归零码与电平变换以后的双极性不归零码有一个固定的相移，这导致了基带与调制信号的波形之间，也存在一个相差。
后来，我将双极性不归零码作为基带信号，这样基带与调制信号之间的相差为零，达到实验要求。
2、该系统在高斯白噪声环境下应加入哪些模块？
在解调端加入VCO，使信号通过LPF后经过VCO，此时的VCO用作窄带滤波，进一步滤除噪声。
八、实验总结
在进行本次实验时，由于课上还没讲到BPSK的内容，所以我们在实验前首先对BPSK的调制做了比较详细的预习，在对BPSK有了初步认识后，通过本次实验对BPSK有了进一步的了解。
实验心得体会与建议（郑晨宇）：
这次通原硬件实验是我第一次接触真正的通信系统，从如何调制一个DSB信号开始，到实验任务全部完成为止，这个实验带给我的是对于课本第四章（模拟信号调制）、第六章（数字信号的频带传输）的知识更加清晰的认识与了解，和对于我们现在用到的整个通信系统的原理的进一步认识。
在这次实验中，我都要求自己先做预习和整体思路规划，再去做具体电路实现，这样节省了我大量时间。
也给我带来了很多收获。
预习工作：
徐老师一直跟我们强调预习工作的重要性，在本个实验中，我们有了深切的体会。
TIMS系统毕竟是第一次上手，有很多的东西我们还不了解，所以，如果不做预习工作的话，第一次实验我们将会手足无措。
还好我做了充分的预习工作，实验进行比较顺利。
整体的思路规划：
我认识到，相比于直接闷头就上的方法，先去梳理课本上的知识，对本次实验用到的知识要熟练的掌握，然后再有一个好的整体思路规划，会节省很多实验中的力气，对于任务的完成大有裨益。
严谨认真的风格：
真正的通信系统容不得半点马虎，如果在一些细节的地方存在漏洞（如恢复载波存在相移，AM信号的调制系数有问题等），都会导致解调信号存在问题，甚至无法解调。
所以，我们要在实验中树立严谨认真的风格，抱着求实的心态去做实验
学会调试：
在实验中，遇到各种各样的问题是在所难免的。
我们要在熟练掌握TIMS系统的前提下，学会如何快速定位故障出现的地方。
通过这次通原硬件实验，不仅使我对于通信系统真正的工作模式有了清楚的认识，也对于学好通原这门课产生了更为浓厚的兴趣。
理论课交给了我们较为浅层次，理论化的内容，而对于实际通信系统的掌握还是要通过一点一滴实践和无数次的调试才能逐步提高。
对于课程的意见和建议：
在通原硬件实验中，我们涉及的内容（如信号波形等等），都是在时域中观察信号的调制与解调。
所以我想建议老师，能不能加入一些在频域中观察波形的任务呢？
比如SSB信号，在频域中观察调制信号，可以很简单的发现它的优点：
信道带宽占用较少。
而对于FM信号，我们也可以发现它的优缺点：
带宽占用大，抗噪声能力强。
加入了对于频域信号的观察，可以帮助我们进一步理解书上的内容。
另外的一个建议就是，希望可以加入关于QAM的实验。
我们现在正在学习关于QAM的调制与解调，个人感觉这一块内容比较难以理解，希望可以加入相关的实验帮助我们理解书本的内容。
升级会员 