北邮通信原理实验报告材料

北京邮电大学通信原理实验报告

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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

DSB 信号的时域表达式为

()()cos DSB c s t m t t ω=

频域表达式为

1

()[()()]2

DSB c c S M M ωωωωω=-++

其波形和频谱如下图所示

DSB-SC AM 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—SC AM信

号，其频谱不包含离散的载波分量。

DSB —SC AM 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 (2ππππ+π)与输入的导频信号cos (2πf c t )的频率相同，但二者的相位差为(π+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

[πππ(π)cos (2ππππ)+ππcos (2ππππ)]?sin (2ππππ+π)

=

ππ2π(π)[sin π+sin (4ππππ+π)]+

ππ

2

[sin π+sin (4ππππ+π)] 在锁相环中的LPF 带宽窄，能通过π

π2sin π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 (2πf c t +φ)经90度移相后，以cos (2ππππ+π)作为相干解调的恢复载波，它与输入的导频信号cos (2ππππ)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

[πππ(π)cos (2ππππ)+ππcos (2ππππ)]?cos (2ππππ+π)

=ππ2π(π)[cos π+cos (4ππππ+π)]+

ππ

2

[cos π+cos (4ππππ+π)]

经过低通滤波可以滤除四倍载频分量，而π

π2cos π是直流分量，可以通过隔直流电路滤除，于是输出为π

π2π(π)cos π。

三、实验框图

1、根据原理图得到产生DSB-SC AM信号的实验连接框图如图所示

2、DSB-SC AM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=1

b.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?π1=π4?π1

捕捉带 ?π2=π3?π2

（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-sc am信号的产生

1、音频振荡器输出调制信号波形，频率为10KHz

2、主振荡器输出信号波形，频率为100KHz

3、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-sc am 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

6、加法器输出频谱

kHz

20

40

60

80

100

120

140

dB -60-50-40-30-20-10012M ay 2015 20:39

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-SC AM 信号的相干解调及载波提取 1、调整VCO 中心频率为100kHz

2、测试同步带和捕捉带 直流电压为+-2v 频率

kHz

20

40

60

80

100

120

140

dB -60-50-40-30-20-10012M ay 2015 20:36

可变直流电压为+-1v时，VOC频率偏移为+-10khz

测量得出f1=94.37K f2=96.15K f3=104.2K f4=106.4K 同步带?π1=π4?π1=12.03K

捕捉带 ?π2=π3?π2=8.05K

3、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-SC AM 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“TUNEABLE LPF ”？

kHz

20

40

60

80

100

120

140

dB -60-50-40-30-20-10012M ay 2015 20:36

答：不能，TUNEABLE LPF 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：

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)m m m t A f t π=

进行AM 调制的结果为

()(sin(2))sin 2(1sin(2))sin 2AM c m m c c m c s t A A A f t f t A A a f t f t ππππ=+=+

其中调幅系数m

A a A

=

。 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-SC AM 信号的振幅频谱的不同之处。

由max A 和min A 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

max min

max min

A A a A A -=

+

如图所示为AM 调制的过程和频谱示意图。