北邮通信原理实验.doc

北京邮电大学
通信原理
实验报告

学院：电子工程学院
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实验二 抑制载波双边带的产生
一、实验目的
1.了解抑制载波双边带(SC-DSB)调制器的基本原理。
2.测试SC-DSB 调制器的特性。
二、实验步骤
1.将TIMS 系统中的音频振荡器(Audio Oscillator)、主振荡器(Master Signals)、缓冲放大器(Buffer Amplifiers)和乘法器(Multiplier)按下图连接。

图1 实验连接图方式一
2.用频率计来调整音频振荡器，使其输出为1kHz 作为调制信号，并调整冲放大器的K1,使其输出到乘法器的电压振幅为1V。

3.调整缓冲放大器的K2， 使主振荡器输至乘法器的电压为1V 作为载波号。
4.测量乘法器的输出电压，并绘制其波形。如下图2所示。

图2 乘法器输出电压波形
5.调整音频振荡器的输出，重复步骤4。 如下图3所示。

图3 调整后输出波形
三、思考题
1.如何能使示波器上能清楚地观察到载波信号的变化？
答：可以通过观察输出信号的频谱来观察载波的变化，另一方面，调制信号和载波信号的频
率要相差大一些，可通过调整音频震荡器来完成。
2.用频率计直接读SC—DSB 信号，将会读出什么值。
答：围绕一个中心频率来回摆动的值。

实验三 振幅调制（Amplitude modulation）
一、实验目的
1.了解振幅调制器的基本工作原理。
2.了解调幅波调制系数的意义和求法。
二、实验步骤
1.将Tims 系统中的音频振荡器（Audio Oscillator）、可变直流电压（Variable DC）、主振荡器（Master Signals）、加法器（Adder）和乘法器（Multiplier）按图1连接。

图1 振幅调制方法一
2.音频振荡器输出为1kHz，主振荡器输出为100kHz，将乘法器输入耦合开关置DC 状态。
3.将可变直流器调节旋钮逆时针旋转至最小，此时输出为-25V，加法器输出为+2.5V。
4.分别调整加法器的增益G 和g，使加法器交流振幅输出为1V，DC 输出也为1V。
5.用示波器观察乘法器的输出(见图2)，读出振幅的最大值和最小值，算出调制系数。

图2 乘法器输出波形
图中蓝色为输出波形，Umin=0.87V，Umax=1.74V。
调制系数α=0.5。
6.分别调整AC 振幅和DC 值，重复步骤（6），观察超调的波形，如图3。

图3 超调的波形
7.用图4的方法，产生一般调幅波。

图4 振幅调制方法二
8.将移相器置“HI”。
9.先不加加法器B 输入端的信号，调整缓冲放大器的增益和加法器的G 增益。使

加法器输出为振幅1V 的SC-DSB 信号。
10.移去加法器A 输入端的信号，将B 输入端信号加入，调整加法器的g 增益，使
加法器输出为振幅1V 的正弦值。
11.将A 端信号加入，调整移相器的相移，使加法器输出为调幅波，观察其波形，
计算调制系数。

图5 产生一般调幅波
三、思考题
1.当调制系数大于1 时，调制系数 Ma=(Ummax-Ummin)/(Ummax+Ummin),此公式是否合
适？
答：不合适，因为此时为过渡调制，幅度最小值不是实际最小值，实际最小值应为负值。
2.用图五产生一般调幅波，为何载波分量要和SC-DSB 信号相同。若两个相位差90 度时，
会产生什么图形？
答：因为最后的一般调幅信号为：coswctcoswt+coswt=(1_coswct)*coswt, 其中由两部分组成，为了使这两部分最后能够合并，就要求载波分量和DC-DSB 信号同相。若两个信号相位相差90 度，则：coswctcoswt+sinwt=sqrt(1+coswct*coswct)cos(wt+θ),这是一个
振幅不断变化的调频波。

实验四 包络和包络再生
一、实验目的
了解包络检波器（Envelope Detector）的基本构成和原理。
二、实验步骤
1.利用实验三的方法组成一个调制系数为100%的一般调幅波，如图1所示。

图1 100%一般调幅波
2.将共享模块（Utilities Module）中的整流器（Rectifier）和音频放大器（Headphone Amplifier）中的3KHz 低通滤波器按下图2方式连接：

图2 包络检波器原理
3.用示波器观察调制系数为0.5 和1.5 的输出波形，见图3，图4。

图3 调制系数为0.5 的输入输出波形

图4 调制系数为1.5 的输入输出波形
三、思考题
1.是否可用包络检波器来解调“SC--DSB”信号？请解释原因
答：不可以，因为DSB—SC AM 信号波形的包络并不代表调制信号，在与t 轴的交点处有相位翻转。
2.比较同步检波和包络检波的优缺点。
答：包络检波的优点是：简单、经济；缺点是：总的发射功率中的大部分功率被分配给了载波分量，其调制效率相当低。
同步检波的优点是：精确、效率高；缺点是：复杂、设备较贵。

实验十一 取样与重建（Sampling and reconstruction）
一、实验目的
了解取样定理的原理，取样后的信号如何恢复原信号，取样时钟应该如何选取。
二、实验步骤
1.将Tims 系统中，主振荡器（Master Signal）、音频振荡器（Audio Oscillators）、双脉冲产生器（Twin Pulse Generator）、双模拟开关（Dual Analog Switch）和音频放大器（Headphone Amplifier）按图1 连接。

图1 取样信号连接图
2.将主振荡器中的8.3kHz 取样信号的输出接到双脉冲产生器的CLK 端。
3.将双脉冲产生器的Q1 的输出端接至双模拟开关的控制1（Control1）的输入端。
4.将主振荡器的Message 的输出端的信号（2kHz）接到双模拟开关的ln1 输入端。
5.用示波器观察双模拟开关的输出信号。如图2所示。

图2 双模拟开关输出的取样信号
6.将双模拟开关的输出信号接至音频放大器的输入端。用示波器进行观察。若输出信号太小可调整音频放大器放大量。

图3 接音频放大器的输出信号（蓝色）
7.用VCO 的模拟输出替代主振荡器的取样信号。接到双脉冲产生器的输入，使VCO在3kHZ-6Khz 只见进行变化，观察音频放大器的输出，并与主振荡器的Message输出端信号进行比较，得出信号不失真所需的最小取样频率。
调节到4.5kHz频率输入波形，如下图所示。

5kHz

6kHz

观察信号

三、思考题
1.为什么要从取样信号中恢复原信号，需要低通滤波器画出取样信后的频谱？
答：因为其为调频波，其频谱的变化规律反映了调制信号。
2.为什么取样脉冲的频率要大于两倍信号频率，而不是等于。
答：因为取样脉冲的频率要等于两倍信号频率时，其频谱是连续的，不容易用滤波器恰好滤
出原信号。
实验十八：ASK 调制与解调
（ASK—Modulation&Demodulation）
一、实验目的
了解幅度键控（Amplitude-shift keying ASK）调制与解调的基本组成和原理。
二、实验步骤
1.将Tims 系统中主振荡器（Master Signals）、音频振荡器（Audio Oscillator）、序列码产生器（Sequence Generator）和双模拟开关（Dual Analog Switch）。按图1 的方式连接。

图1 用开关产生ASK 调制信号
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 加至双模拟开关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。

图2 2ASK 的调制信号
5.将ASK 调制信号加到由图3 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器模块的输入端，从低通滤波的输出端可以得到ASK 解调信号。黄色为解调输出信号。

图3 ASK 非同步解调
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。

图4 2ASK 的非同步解调
9.用Tims 系统中的模块组成，由图5 所示的用乘法器组成的ASK 调制电路。
10.主振荡器2kHz 正弦信号输入到序列码产生模块“CLK”输入端，产生数字信号 ，再将其X 输出端加以加法器A 端。
11.将A 端信号拿开，在加法器B 端加直流电压，并调整加法器增益调整钮“g”，使加法器输出直流为1V。
12.加法器“A”端输入信号加上，并把加法器的输出加到乘法器X 端。

图5 用乘法器组成的ASK 调制电路
13.用示波器观察加法器输出信号。黄色为输出信号。

图6 利用乘法器产生的2ASK 信号
14.用Tims 系统的模块组成如图7 所示的ASK 同步解调电路。

图7 ASK 同步解调
15.将主振荡器的100kHz 正弦波作为同步检波的参考电压加入移相器的输入，移相器的输入加至乘法器的Y 输入端（切换开关至AC）。
16.将上述实验中产生ASK 信号加到乘法器X 输入端。
17.乘法器的输出加至可调低通滤波器。
18.再通过共享模块中比较器加以整形，形成数字信号。
19.在比较器输入端加一个可调的直流电压，作为比较电平。
20.调整移相器的相移，可调低通滤波器的带宽和直流电平，使ASK 解调信号最大，并用示波器观察。

图9 同步解调输出（黄色为解调输出,蓝色为调制信号）
实验心得
整个实验内容相当丰富，让大家对第四章（模拟信号调制）、第六章（数字信号的频带传输）的知识有了更加清晰的认识与了解。
  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。 
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。  
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。 
在本次通信原理实验中，虽然我们拥有较为先进的通信原理实验器材，但是有的板块偶尔出现接触不良等问题，给实验的进行带来了一定的干扰，有的信号的波形跳动较大，在保留截图的时候偶尔出现不太令人满意的效果。还有一点就是有时理论知识不能及时回忆起来，比如调制系数的定义等。此时就需要我们尽快回归课本查阅相关知识，从而更好地联系理论内容，辅助我们更清晰的完成实验。
在为期两周的通信原理实验中，我们开展了抑制载波信号、振幅调制信号、ASK信号等一些信号的相关处理实验，通过动手实践，我们获得了很大的成长，无论是对理论知识的理解，还是动手实践能力的提高。整个实验过程中我们勤于思考，勇于实践，不断探索，之前很多不太明白甚至是不能理解的东西，现在也都有了很好的理解、认识。在遇到困难时，组员之间也能共同商讨解决，为今后学习和研究打下了坚实的基础。