通原硬件实验报告 - 图文

通信原理硬件实验报告

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目录

实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM）----------------------------5

一、实验目的-------------------------------------------------5 二、实验原理-------------------------------------------------5 三、实验步骤-------------------------------------------------5 四、实验结果和分析-------------------------------------------8 五、思考题---------------------------------------------------15 六、问题及解决方法-------------------------------------------16 七、实验心得体会---------------------------------------------17

实验二：具有离散大载波的双边带调幅（AM）---------------------------18

一、实验目的-------------------------------------------------18 二、实验原理-------------------------------------------------18 三、实验步骤-------------------------------------------------19 四、实验结果和分析------------------------------------------20 五、思考题---------------------------------------------------24 六、问题及解决方法-------------------------------------------24 七、实验心得体会---------------------------------------------24

实验三：调频（FM）-------------------------------------------------25

一、实验目的-------------------------------------------------25 二、实验原理-------------------------------------------------25 三、实验步骤-------------------------------------------------26 四、实验结果和分析-------------------------------------------27 五、思考题---------------------------------------------------29 六、问题及解决方法-------------------------------------------30 七、实验心得体会---------------------------------------------30

实验六：眼图-------------------------------------------------------31

一、实验目的-------------------------------------------------31 二、实验原理-------------------------------------------------31 三、实验步骤-------------------------------------------------31

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四、实验结果和分析-------------------------------------------32 五、问题及解决方法------------------------------------------32 六、实验心得体会---------------------------------------------32

实验七：采样、判决-------------------------------------------------33

一、实验目的-------------------------------------------------33 二、实验原理-------------------------------------------------33 三、实验步骤-------------------------------------------------33 四、实验结果和分析-------------------------------------------34 五、思考题---------------------------------------------------35 六、问题及解决方法-------------------------------------------36 七、实验心得体会---------------------------------------------36

实验八：二进制通断键控（OOK）--------------------------------------37

一、实验目的-------------------------------------------------37 二、实验原理-------------------------------------------------37 三、实验步骤-------------------------------------------------37 四、实验结果和分析-------------------------------------------39 五、思考题---------------------------------------------------42 六、问题及解决方法-------------------------------------------43 七、实验心得体会---------------------------------------------43

实验十二：低通信号的采样与重建-------------------------------------44

一、实验目的-------------------------------------------------44 二、实验原理-------------------------------------------------44 三、实验步骤-------------------------------------------------44 四、实验结果和分析-------------------------------------------45 五、思考题---------------------------------------------------47 六、问题及解决方法-------------------------------------------48 七、实验心得体会---------------------------------------------48

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选做部分

实验九：二进制移频键控（2FSK）--------------------------------------49

一、实验目的-------------------------------------------------49 二、实验原理-------------------------------------------------49 三、实验步骤-------------------------------------------------49 四、实验结果和分析-------------------------------------------51 五、问题及解决方法-------------------------------------------53 六、实验心得体会---------------------------------------------53

实验十一：信号星座-------------------------------------------------54

一、实验目的-------------------------------------------------54 二、实验原理-------------------------------------------------54 三、实验步骤-------------------------------------------------54 四、实验结果和分析-------------------------------------------55 五、思考题---------------------------------------------------57 六、问题及解决方法-------------------------------------------57 七、实验心得体会---------------------------------------------57

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实验一：双边带抑制载波调幅（DSB-SC AM）

一、实验目的

(1)了解DSB-SC AM信号的产生以及相干解调的原理和实现方法； (2)了解DSB-SC AM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-SC AM 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

图为DSB_SC AM信号产生及相干解调框图。

图1.1 DSB-SC AM信号的产生及相干解调原理框图

DSB-SC AM信号由均值为零的模拟基带信号m(t)和正弦载波c(t)相乘得到，因而不包含离散载波分量。解调时只能采用相干解调。本实验中采用的是发端加导频信号，收端采用VCO提取导频作为恢复载波。

三、实验步骤

1、DSB-SC AM 信号的产生

(1）按照图1.1连接，将音频振荡器输出的模拟音频信号及主振荡器输出的100KHz模拟载频信号分别用连接线连至乘法器的两个输出端；

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图1.2 DSB-SC AM信号加导频的试验连接图

(2）用示波器观看音频输出信号的信号波形的幅度以及振荡频率，调整音频信号的输出频率为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信号的幅度以及振幅频谱；

(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已调信号波形；

(5）测量已调信号的波形频谱，注意其振幅频谱的特点；

(6）调整增益G=1: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0.8倍。此导频信号功率为已调信号功率的0.32倍。 2、DSB-SC AM 信号的相干解调及载波提取

图1.3 DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取实验连接图

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1）锁相环的调试

（1）单独测量VCO的性能

VCO模块及其电路框图如图1.4所示。

图1.4 测量VCO的压控灵敏度

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。

（2）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1.5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。

图1.5 锁相环处于开环状态

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。

（3）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，使用另一VCO作为输入与锁相环的信号源，如下面的连线图1.6所示：

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图1.6 锁相环闭环连接

锁相环在锁定状态下，向上或向下改变输入信号参考频率fR 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fR 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，按图1.2连接，将加法器的输出信号接至图1.3中锁相环的输入端。请将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）请用频谱仪观察恢复载波的振幅频谱，并加以分析。 3、相干解调

（1）在上述实验的基础上，按图1.3所示，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、实验结果和分析

经测量，VCO的f1=61.73kHz，f2=66.89kHz，f3=69.44kHz，f4=72.46kHz, 则其同步带为f4- f1=10.73kHz，捕捉带为f3- f2=2.55kHz。 1、DSB-SC AM信号的产生

（1）音频振荡器输出波形（10kHz）

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从图中可以看出，音频振荡器频率为10.29kHz,振幅约为2.68V。

（2）主振荡器输出波形（100kHz）

主振荡器输出了载波信号为正弦波形。从图上可以计算出该波形的频率为100kHz, 振幅约为3.54V。 （3）乘法器输出波形：

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可以从图上看出，乘法器输出信号包络为调制信号，频率与载波频率相同为100kHz。音频信号零点位置乘法器输出信号存在180度的相位翻转。

乘法器输出是音频振荡器波形与主振荡器波形相乘的结果。载频信号周期为10us，振幅变化与待调信号相一致，周期为100us。 （4）已调信号振幅频谱：

由图可看出，DSB-SC AM信号在100kHz处并无频谱分量，仅在左右各偏移

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10kHz处存在信号，与理论分析一致。

（5）调整增益G后加法器输入输出波形：

由图可知输入与输出信号振幅和频率都一样，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-SC AM信号)的振幅频谱：

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调节g，使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。

2、DSB-SC AM信号的相干解调及载波提取 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 （1）锁相环由失锁进入锁定状态，LPF输出直流

（2）锁相环中VCO输出信号与导频信号的相位差约为90°

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（3）锁相环中VCO输出信号经过移相器后信号与导频信号同频同相 已调信号

（5）恢复载波振幅频谱

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（6）滤波后的输出波形：

由图可知，调频信号已经被较好地解调出来，频率相位都比较吻合，仅在幅度上有所差距，在工程上可以说已经达到调制解调的目的。

（7）改变发端音频振荡器的频率后的调制信号及解调信号

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由图可知，改变发端音频振荡器的频率，解调输出信号也随之改变，无法还原调制波形。

五、思考题

1、整理实验记录波形，说明DSB-SC AM信号波形的特点。

答：整体来说DSB-SB AM信号波形上下包络对称。包络为调制信号。在包络降到0时会发生相位翻转。在实验结果图中可以看出，DSB-SC AM波的振幅变化与音频信号一致，且包含fc(导频)、fc+fm、fc-fm三个频率分量。

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。

答：振幅频谱图如下：

实验记录数据为90kHz，100khz,110khz，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，所以，经过计算，导频信号功率与已

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调信号功率之比为：0.32倍。

3、 实验中载波提取锁相环的LPF是否可用TIMS系统中的“TUNEABLE LPF”？请说明理由。

答：不可以。锁相环所使用的LPF带宽为0-2.8kHz，而TIMS系统中的“TUNEABLE LPF”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？

答：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。 答：有，不专门发送导频，而在接收端直接从发送信号中提取载波，这类方法称为直接法，也称为自同步法，原理是最简单的一种就是将已调信号做平方运算产生2fc频率分量，之后过滤并分频。

平方环法：

科斯塔斯环法：

六、问题及解决方法

本次实验是整个通原硬件实验的第一个实验，由于一开始不知道做什么实验，第一节课才告知实验内容。所以刚开始拿到题目的时候也没预习，就照着电路图连接了一下，结果调节了很久还是没得出正确结果。感觉有些下不去手的感觉，甚至一度感到颓废。后来，我们结了一下做不出来的原因，就是因为对实验原理还是理解的不透彻，所以对实验的操作要求不是很明了，得不到实验结果的时候也不知道该怎么调整仪器，所以我们重新仔细查看了原理之后再来做，就没什么问题了。

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七、实验心得体会

这次实验本身不是很难，但是万事开头难，拿到这个实验着实让我们吃了不少苦头，不得不说这个实验培养了我们的耐心，并且提醒我们在做实验前应该提前预习，理解透彻实验原理，这样坐骑实验来事半功倍。同时也让我们接触和熟悉了通原硬件实验的仪器，为后面的实验打下了良好的基础。

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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

若调制信号为单音频信号

m(t)?Amsin(2?fmt)

则单音频调幅的AM信号表达式为

sAM(t)?Ac(A?Amsin(2?fmt))sin2?fct?AcA(1?asin(2?fmt))sin2?fct Am。 A为避免过调制，要求a?1以免过调引起包络失真。

其中调幅系数a?若用Amax和Amin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

a?Amax?Amin

Amax?Amin下图表示单音频调幅AM信号的信号波形及振幅频谱

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

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实现类似于实验一中的DSB-SC AM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，可以使得接收设备更加简单。本实验采用包络检波方案。

三、实验步骤

1、AM信号的产生

图2.1 产生AM信号的实验连接图

（1）按图进行各模块的连接。

（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 信号的非相干解调

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图2.2 AM信号的非相干解调实验连接图

（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。

四、实验结果和分析

1、AM信号的产生

（1）AM信号波形(a=0.8)

由图可知，乘法器输出包络与调制信号幅值变化相同，且其中调幅系数a=0.8。

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（2）AM信号振幅频谱（a=0.8）

由上两图可看出，AM信号振幅Amax=2.28V，Amin=0.24V，所以可得a=0.8。在频谱图中，在100kHz处有明显的载频分量，在左右5kHz处有搬移后的边频分量。

2、AM信号的非相干解调 （1）整流器输出波形

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（2）低通滤波器（LPF）输出波形

可以看出解调信号与原信号基本相同。

（3）改变AM信号调幅系数（a=1.0），观察包检输出波形

由图可以看出，当a=1时，信号过零点。所以，当a>1时，信号必将出现失真。 (4)改变AM信号调幅系数（过调），观察包检输出波形

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(5)改变发端调制信号的频率（f=2.8kHz），观察包检波形输出波形的变化：

(6)改变发端调制信号的频率（f=8kHz），观察包检波形输出波形的变化：

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五、思考题

1. 在什么情况下，会产生AM信号的过调现象？

答：当载波信号的振幅比调制信号小时，即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。

A(c)2?2P2答：c?2?2?3.125

A?Pb?(c)2?443. 是否可用包络检波器对DSB-SC AM信号进行解调？请解释原因。

答：不可以，因为DSB-SC AM信号的包络是一个正弦信号，在0点下有幅度，而包络检波器不能检出负的振幅。

六、问题及解决方法

实验开始时将增益G和g均设为1，观察乘法器输出波形，不是标准的AM波形，大波之间出现小波，判断是出现了过调制。在此基础上对G和g进行微调发现波形有较大改变，于是将G和g均设为0.8，乘法器依旧无法输出正常波形，波形失真。对直流电压的值进行微调，发现可以出现正常波形，于是重复进行“微调直流电压——判断加法器输出波形为正——判断乘法器输出波形是否正常”的步骤，发现加法器的输出波形不能高于0太多，只能从正向趋于0，否则会出现失真。解决了这个问题之后实验就比较顺利了。

七、实验心得体会

本次实验在调节G和g时耗费了较多时间，理论上G和g为1时，不应该出现过调制，但其实有时候理论和实践室友区别的，这就要求我们在理解理论知识的基础上再来实际动手操作了，而不是生搬硬套。同时，预习工作还是非常重要的。

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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、实验原理

若调制信号是单音频信号

m(t)?acos(2?fmt)

则FM信号的表达式为

sFM(t)?Accos[2?fct??(t)]

aKffm。

其中

?(t)?aKffmsin2?fmt??sin2?fmt??，调制指数

由卡松公式可求出单音频FM信号的带宽为

B?2(??1)fm

产生FM信号的方法之一是利用VCO，如图：

m(t)输入于VCO，当输入电压为0时，VCO输出频率为fc；当输入模拟基带

信号的电压变化时，VCO的振荡频率作相应的变化。

FM信号的解调方案之一是利用锁相环进行FM解调。 锁相环解调的原理框图如图：

VCO的压控电压v(t)同基带信号m(t)成正比，所以m(t)就是FM解调的输出信号。

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锁相环解调FM信号有两个关键点，一是开环增益足够大，二是环路滤波器的带宽要与基带信号带宽相同。

三、实验步骤

1、FM信号的产生

图3.1 产生FM信号的实验连接图

(1)单独调测VCO：

(a)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。

(b)将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的Vin 端相连，示波器接于VCO输出端。如图所示：

图3.2 测量VCO的压控灵敏度

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当直流电压为零时，调节VCO模块的o f 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in V 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信号的锁相环解调

图3.3 FM信号的锁相环解调

（1）单独调测VCO：

（a）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”状态。

（b）将可变直流电压模块的输出端与VCO模块的in V 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。

四、实验结果和分析

1、FM信号的产生 （1）音频信号波形

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音频信号振幅约为1.8V，频率为2kHz。 （2）FM信号的输出波形

当调制信号斜率最大时，调频信号最为密集；反之，在斜率最小时，调频信号最为稀疏。

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2、 FM 解调信号锁相环解调

由上图所示，由于滤波等原因，波形频率正常，峰值有些偏差。

五、思考题

1.本实验的FM信号调制指数?是多少？FM信号的带宽是多少？

答：音频信号幅度a=1.8V，频偏常数K=10kHz/V，音频信号基带频率

2(??1)fm?fm=2kHz，因此信号带宽为B=40kHz。 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？

答：为了使中心频率稳定，可以使用锁相环形成反馈，使得它仅用确保VCO中心频率的稳定性及准确度与晶振一致。

??aK?fm9，FM

3.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？为什么？

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答：不可以。本实验中使用的RC LPF截止频率是2.8KHz，所以锁相环的工作频率是在2.8KHz附近。如果发送一个频率为10KHz的信号，不在锁相环工作频率段，不能跟踪到此频率，此时用锁相环解调会使锁相环进入失锁状态，无法正确解调出原信号。

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°。

六、问题及解决方法

本次实验是连线最简单的实验，但是我们在锁相环部分耗费了较多时间，实验一和实验三中的锁相环部分是做完其余全部实验后再回头再做的，关于同步带和捕捉带在实验一中已经测出，在此实验中不再赘述。锁相环的调节中主要有忘了接地导致出不来波形；会出现大屏幕的密信号，经过仔细调制发现调整时间坐标和纵坐标值还是可以出现正弦波的；VCO模块的GAIN旋钮和频率旋钮对其正常工作有很大影响；对加直流的信号观察到信号波形为0，将示波器交流模式改为直流模式后出现理想波形。

做解调实验的时候，由于锁相环不是很准确，所以一开始的解调波形失真严重，然后再重新调节了锁相环，最后得到误差不大的解调波形。

七、实验心得体会

前三个实验都跟锁相环有关系，我们在调试实验时应该将锁相环的原理理解透彻，并调节精确，至此我对通原硬件实验里的各种信号的调制及解调方法有了系统的理解，理论联系实际，加深了对理论知识的理解和巩固。

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实验六：眼图

一、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。

二、实验原理

对于实际的数字化通信传输系统，可用实验手段以波形观察的方式来评价传输系统的性能。用示波器显示基带传输系统接收滤波器的输出基带信号波形，在示波器显示屏上可观察到类似人眼的图案，称其为眼图。从眼图的张开程度，可以观察码间干扰和加性噪声对接收基带信号波形的影响，从而对系统性能作出定性的判断。

三、实验步骤

图6.1 观察眼图的实验连接图

（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）将序列发生器模块的印刷电路板上的双列直插开关选择“10”，产生长为256的序列码。

（4）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

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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。

四、实验结果和分析

眼图波形

由图可看出，CH1为经过序列发生器产生的序列信号波形叠加所产生的眼图。图中“眼睛”闭合的速率，即眼图斜边的斜率，表示系统对定时误差灵敏的程度，斜边愈陡，对定位误差愈敏感。在取样时刻上，图中噪声容限为2V，判决门限为0V。

五、问题及解决方法

初次尝试眼图的时候理论课程进度还未跟上，只是觉得很神奇的样子，但是按电路连接后出来的图形乱而杂。理解一些原理后发现本实验的重点在于调整示波器的扫描周期使其符合产生眼图的要求。如对眼图出现波峰截止现象时，可能是可调低通滤波器的增益没有调整好，示波器的同步控制没有调整好，及示波器无法建立起与被观测数字信号的时钟相同步的时间关系，那么就无法因为重复扫描和人眼的视觉暂留而产生“眼图”效果。实验成功调试的重点在于对可调低通滤波器的TUNE旋钮及GAIN旋钮细心、耐心的微调。

六、实验心得体会

因为在通原的理论课程中，老师并没有仔细地讲解眼图，所以本次实验对于编码解码的过程理解来说非常重要。这个实验我们还是不够耐心和仔细，导致实验花费了过多的时间，因此下次实验还是要在理解原理的基础上戒躁，沉下心来一步一步的调节，最终得到期望的实验波形。

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实验七：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。

二、实验原理

在数字通信系统中的接收端，设法从接受滤波器输出的基带信号中提取时钟，用以对接受滤波器输出的基带信号在眼图最大处进行周期性的瞬时采样，然后将各采样值分别与最佳判决门限进行比较作出判决、输出数据。

三、实验步骤

图7.1 眼图、时钟提取、采样、判决实验连接图

（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。

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图7.2 时钟提取电路

（2）按图7.1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。

四、实验结果和分析

1、眼图及采样脉冲波形

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由上图可看出，在基带信号与时钟对比图中时钟上升沿处于眼睛张开最大处，为理想的采样时刻。 2、采样判决输出信号波形

如图，判决信号与原信号基本一致，仅仅存在一定时延，从工程上看已经达到目的。

五、思考题

对于滚降系数为?=1的升余弦滚降的眼图，请示意画出眼图，标出最佳取样时刻和最佳判决门限。

答：如上图，0为最佳判决门限，眼睛张开最大处为最佳取样时刻。

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六、问题及解决方法

本次实验完成得不太成功，采样判决输出信号波形与原波形有较大误差，主要原因在于对时钟提取电路的调节或使用没有到位，实验中尝试了发送与接送用同一时钟信号，发现采样判决输出信号波形与输入信号完全不同，误码过多，也验证了书上理论必须要设计时钟提取电路。时钟提取电路设计要参考实验5，并与本实验相结合。由于电路比较复杂，所以连线繁多又杂乱，一开始有一个地方连线错了，结果怎么调节都不可以得到正确波形，因此还纠结了很久，最后我们检查了连线之后就好了。但最佳取样时刻选取的有些误差，因此后来调节了几次低通滤波器的TUNE旋钮及GAIN旋钮，以得到合适的限带基带信号波形，使眼睛张开到最大。最后提取时钟后的时钟不是正好在眼睛张开最大处，但是基本符合要求。最后解调输出虽然有一定的时延，但是波形基本一致，也符合要求。

七、实验心得体会

这次试验，时钟提取电路设计参考实验5，与本实验相结合，然后得到最终正确结果。通过这次实验，我了解了采用判决在数字通信系统中的作用以及实现方法，并且通过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，恢复信号的实验方案。这次实验，我们吸取了上次的教训，得不到波形的时候不是抱怨而是思考问题出在哪里，并且动手检查，这说明实验需要的不只是耐心和恒心，还需要细心和实际行动，只有在硬件正确的情况下，才有可能得到正确波形。实验中需要看清每一个步骤才能正确得到结果，比如调节恢复时钟的相位与发来时钟相位一致。一步一步测试波形是否正确，最后得到结果。

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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其测量方法。 （3）了解OOK信号的解调及其实现方法。

二、实验原理

OOK信号的功率谱密度含有离散的载频分量及连续谱，对OOK信号的解调方式有相干及非相干解调两种。 1、OOK的产生原理图：

图8.1 OOK的产生原理图

2、OOK的相干解调：

图8.2 OOK的相干解调图

3、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。本实验采用非相干解调。

图8.3 OOK的非相干解调

三、实验步骤

1、OOK信号的产生：

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图8.4 产生OOK信号的实验连接图

（1）用示波器观察各点信号波形。

（2）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、OOK信号的非相干解调

图8.5 OOK信号非相干解调实验连接图

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图8.6 时钟提取电路

（1）用示波器观察图中各点的信号波形

（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。

四、实验结果和分析

1、OOK信号的产生

（1）2.083TTL电平 线性编码器输出及频谱

由图可知，此时钟为单极性不归零码。

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（2）TTL 序列发生器输出及频谱

（3）OOK信号输出及频谱

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由图可以看出OOK信号与序列码的对比，输出为1时OOK信号有输出，否则没有。

2、OOK非相干解调 （1）公共模块输出

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（2）OOK低通滤波器输出

（3）OOK解调输出

由图可知，输出波形与原信号相比，仅存在一定的幅度衰减以及时延。五、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。

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答：从接收到的OOK信号提取离散的载频分量，恢复载波。框图如下

六、问题及解决方法

本次实验产生OOK信号比较顺利，而OOK信号的解调有了上一个实验做铺垫还是比较容易的，只是加上时钟提取电路后，连线比较复杂，总体来说实验相对比较简单，没有什么问题。

七、实验心得体会

本次实验，我们通过对ook信号的产生及非相干解调，加深了对ook信号基本特性的理解。实验过程中，将两部分连接使用时，不能急于求成，应先确保每一部分能正常工作，然后再连接时成功的概率比较大。当然最重要的是要理解实验的原理。

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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、实验原理

频带受限于[0,fH]的模拟基带信号，可以唯一地被采样周期Ts?1的采样序列值所

2fH确定。将该样值序列通过一截止频率为fH的LPF，可以无失真重建或者恢复出原基带信号。

S(t) δt 开关闭合

T 开关断开

图12.1 实验原理图

实验原理图如上图所示，一模拟音频信号m(t)通过采样器输出被采样信号

ms(t)，由

周期采样脉冲序列s(t)控制一开关的闭合与打开构成采样器。将采样信号通过一低通滤波器即可恢复原基带信号。

三、实验步骤

图12.2 低通信号的采样与重建实验连接图 （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

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钮，使采样脉冲宽度约为10μs。

（3）用频谱仪测量各信号的频谱，并加以分析

四、实验结果和分析

1、M（t）波形输出及频谱

由图可知，原始信号幅值约为0.8V，频率2kHz。

2、S（t）波形输出及频谱

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如图，采样脉冲的脉冲宽度约为10μs。

3、采样信号Ms(t)输出及频谱

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4、重建信号输出及频谱

由图可知，虽然有一些噪声干扰，但已能较完整地恢复出原信号。

五、思考题

（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？

答：若音频输入信号为5KHz，而采样信号为8.3KHz，不满足奈奎斯特第三准则Fs>=2Fh的要求，所以通过LPF的输出信号会产生失真。 （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？） 答：采样信号的振幅频谱图如下：

Ms(f) -8.3 2 0 2 8.3 f/KHz

接收端的截止频率要改变，要使截止频率F满足大于2KHz小于6.3KHz，这样才能无失真的把输入信号的频谱给截取下来。

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六、问题及解决方法

本次实验的实验步骤及操作都比较简单，且在教材中有比较详细的实验与那里和结果说明，因此在进行本实验时没有遇到什么比较大的问题。

七、实验心得体会

通过本次实验，我对低通信号的采样、重建与奈奎斯特抽样定理有了更深的理解。通过这么多的实验，也对实验仪器足够熟悉，为之后的选作实验打下了良好的基础。

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选作实验

实验九：二进制移频键控(2FSK)

一、实验目的

（1）了解连续相位2FSK信号的产生及实现方法。 （2）测量连续相位2FSK信号的波形及功率谱。

（3）了解用锁相环进行的2FSK信号解调的原理及实现方法。

二、实验原理

2FSK是用二进制数字基带信号去控制正弦载波频率，传号和空号载波频率

ff分别为1和2。本实验产生的是相位连续2FSK。

以双极性不归零码为调制信号，对载波进行FM得到连续相位2FSK，表达式为：

s2FSK(t)?Acos[2?fct?2?Kf?b(?)d?]??t

，其中

Rb其带宽可以用卡松公式近似为

B2FSK?2(?f?1)Rb为主瓣带宽。

用VCO作为调频器来产生相位连续的2FSK框图如图9.1所示。

图9.1 VCO调频产生连续相位2FSK信号原理图

连续相位2FSK 信号解调可以采用锁相环解调，原理框图如图9.2所示。

图9.2 连续相位2FSK信号锁相环解调原理图

三、实验步骤

1、连续相位2FSK信号的产生

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图9.3 连续相位2FSK信号的产生

（1）单独测试VCO压控灵敏度。

a.首先将VCO模块的Vin输入端接地，调节VCO模块前面板上的f0旋钮，使VCO中心频率为100kHz。

b.将可变直流电源模块的直流电压输入于VCO的Vin端。改变直流电压值，测量VCO的中心频率随直流电压的变化情况，调节VCO前面板上的GAIN旋钮，使VCO在输入直流电压为±2V时的频偏为±2kHz，即压控灵敏度为1kHz/V。 （2）按图连接各模块，序列发生器的时钟频率为2.083kHz。 （3）用示波器观察图中各点的信号波形。

（4）用频谱仪测量2FSK信号的功率（序列发生器码长为2048）。 2、连续相位2FSK信号锁相环解调

图9.3 连续相位2FSK信号的产生

（1）单独测试VCO压控灵敏度。

a.首先将VCO模块的Vin输入端接地，调节VCO模块前面板上的f0旋钮，使VCO中心频率为100KHz。

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