通信系统实验报告

　第一次系统实验(通信组) 实验 四

　 常规双边带调幅与解调实验(AM) 一、 实验目的 1、 掌握常规双边带调幅与解调的原理及实现方法。

　2、掌握二极管包络检波法原理。

　3、了解调幅信号的频谱特性。

　4、了解常规双边带调幅的优缺点。

　二、 实验内容 1、完成常规双边带调幅,观测 AM 信号的波形及其频谱。

　2、采用二极管包络检波法,解调 AM 信号。

　三、实验原理 1 、常规双边带调幅(AM) 常规双边带调制简称调幅(AM)。假设调制信号 ( ) m t 的平均值为 0,将其叠加一个直流偏量0A 后与载波相乘,即可形成调幅信号。其时域表示式为  0( ) ( ) cosAM cs t A m t t   

　若 ( ) m t 为确知信号,则 AM 信号的频谱为    01( ) ( ) ( ) ( ) ( )2AM c c c cS A M M                    

　其典型波形与频谱(幅度谱)如图 4 所示 cosc t( ) m t0 0 t tt t 0 00( ) A m t 0 0 t tt t 0 0( )AMS t0 0( ) M H H0 01 1( )AMS C C0A 0A 12 图 4

　AM 信号的波形与频谱 若 ( ) m t 为随机信号,则已调信号的频域表示必须用功率谱描述。

　由波形可以瞧出,当满足条件:0max( ) m t A  时,AM 调幅波的包络与调制信号 ( ) m t 的形状完全一样,因此用包络检波的方法很容易恢复出原始调制信号;如果上述条件没有满足,就

　会出现“过调幅”现象,这时用包络检波将会发生失真。但就是可以采用其它的解调方法。

　由频谱可以瞧出,AM 信号的频谱由载频分量、上边带、下边带三部分组成,参照图 4-2所示,通常我们将已调信号频谱中画斜线的部分称为上边带,不画斜线的部分称为下边带。上边带的频谱结构与原调制信号的频谱结构相同,下边带就是上边带的镜像。因此,AM 信号就是带有载波分量的上边带信号,它的带宽就是基带信号带宽Hf 的 2 倍,即 2AM HB f 

　AM信号的载波分量并不携带信息。当调制信号为单音余弦信号,即 ( ) cosm mm t A t   时,有用功率(用于传输有用信息的边带功率)占信号总功率的比例,即调制效率可以写为 2 22 22 200( )2( )mAMmA m tA AA m t   在“满调幅”( 0max( ) m t A  时,也称 100％调制)调节下,这时调制效率的最大值为1 3AM  。因此,AM 信号的功率利用率比较低。

　AM 的优点在于系统结构简单,价格低廉,所以至今调幅制仍广泛用于无线电广播。

　本实验采用的 AM 调幅框图如下图 5 所示。

　调幅输出 基波输入载波输入csin

　t 0A +m(t)0[A +m(t)]csin

　t  图 5

　 AM 调幅实验框图 上图中,由信号源模块 DDS 模拟信源直接提供调制信号0( ) A m t  ,即含直流分量的正弦模拟信号,同时将信号源模块 384KHz 正弦载波作为载波输入,两者相乘得到“AM 调幅信号”输出。模块电路中“调制深度调节 1(2)”旋转电位器可调节乘法器的调制深度。

　2 、包络检波法 解调就是调制的逆过程,其作用就是从接收的已调信号中恢复出原基带信号(即调制信号)。解调的方法可分为两类:相干解调与非相干解调(包络检波)。

　前面提到,当 AM 信号在满足0max( ) m t A  的条件下,其包络与调制信号 ( ) m t 的形状完全一样。因此,AM 信号一般都采用简单的包络检波法来恢复信号。

　本实验采用的二极管峰值包络检波器如下图 6 所示。

　二极管包络检波RC低通滤波调幅输入 检波输出 解调输出 图 6

　 AM 解调实验框图(包络检波法)

　实验中将 AM 调幅信号送入“调幅输入”,经二极管包络检波得到“检波输出”信号,它就是 AM 调幅信号的包络,然后再经一级 RC 低通滤波器,还原出原调制信号。

　四 、实验 测试记录 1 、“基波输入”与 “调幅输出”信号波形

　 分析:从图中可以瞧出,消息信号就是 AM 调幅信号的包络。

　 0( ) ( ) cosAM cs t A m t t    从表达式上来瞧,调幅信号的幅度真就是消息信号加上一个常数,所以消息信号就是 AM 调幅信号的包络。

　2 、“检波输出”与“解调输出”波形

　 分析:上图就就是检波输出与解调输出的波形。检波输出(上方)的波形经过一个 LPF 就就是解调输出(下方)的波形,低通滤波器滤除了高频分量,得到的波形更接近原来的波形。可以瞧出在幅度上与原信号有所差别。

　实验 五

　 双边带抑制载波调幅与解调实验(DSB-SC AM) 一、 实验目的 1、掌握双边带抑制载波调幅与解调的原理及实现方法。

　2、掌握相干解调法原理。

　二、 实验内容 1、采用乘法器实现 DSB 调幅,观测 DSB 调幅信号的波形及频谱。

　2、采用相干解调法解调 DSB 调幅信号。

　三、实验原理 1 、DSB 调幅 在常规双边带调幅过程中,载波不携带任何信息,信息完全由边带传送。因此,如果在 AM调制模型中将直流0A 去掉,即可得到一种高调制效率的调制方式——抑制载波双边带信号(DSB－SC),简称双边带信号(DSB)。其典型波形与频谱如图 7 所示。

　( ) m t0 0t tcosc t0 0 t tt t 0 0载波反相点0 0( ) M H H0 0C C( )DSBS t( )DSBS  图 7

　DSB 信号的波形与频谱 DSB 信号的调制效率就是 100％,即全部功率都用于信号传输。但由于 DSB 信号的包络不再与调制信号的变化规律一致,因而不能采用简单的包络检波来恢复调制信号。DSB 信号解调时需采用相干解调,也称同步检波。

　DSB 信号虽然节省了载波功率,但它所需的传输带宽仍就是调制信号带宽的两倍,与 AM信号带宽相同。

　实验中采用如下框图 8 实现 DSB 调幅。

　调制输出 基带输入载波输入csin

　t m(t) * m(t)csin

　t  图 8

　DSB 调幅实验框图 由信号源模块提供不含直流分量的2K正弦基波信号 ( ) m t 与384K正弦载波信号 sinc t ,经乘法器相乘,调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调整,得到 DSB 调幅信号输出。

　2 、相干解调法 相干解调也叫同步检波。解调与调制的实质一样,均就是频谱搬移。调制就是把基带信号的频谱搬到了载频位置,这一过程可以通过一个相乘器与载波相乘来实现。解调则就是调制的反过程,即把在载频位置的已调信号的谱搬回到原始基带位置,因此同样可以用相乘器与载波相乘来实现。相干解调器适用于所有线性调制信号的解调。

　实验中采用如下框图 9 实现相干解调法解调 DSB 信号。

　DSB输入LPF相乘输出 解调输出载波输入 图 9

　 DSB 解调实验框图(相干解调法) 将 DSB 调幅信号与相干载波相乘,得“相乘输出”信号,再经低通滤波器取出低频分量,即可恢复出原始的基带调制信号。

　四、 实验测试记录 1 、DSB-SC AM 的信号波形

　分析:图中为上方为调制信号,下方为以调信号。可瞧到调制信号不再就是以调信号幅度的包络。

　1、 、 DSB-SC AM 的信号波形

　 分析:DSB-SC AM 的频谱就是不含有载波的频谱的,所以在中心频率点没有凸起。对比 AM 的频谱,清晰地显示了两者的区别。

　2、 、 DSB-SC AM 的解调

　分析:DSB-SC AM采用的就是相干解调,将调幅后的信号与相干载波相乘,得到“相乘输出”(上方)的信号,相乘输出的结果含有原始的基带调制信号与高频的分量,在经过低通滤波器取出低频分量,得到“解调输出”(下方),即就是原始的基带调制信号。

　实验 六

　 单边带 调幅与解调实验(SSB AM)

　一、实验目的 1、掌握单边带调制与解调的原理与实现方法 2、了解 SSB(包括上边带、下边带)调制信号的频谱特性 3、了解单边带调幅的优缺点 二 、实验 内容 1、按相移法 SSB 调制框图,实现 SSB 调制,观测 SSB 调幅信号的波形及频谱 2、采用相干解调法解调调幅信号 三、实验原理 1 、 相移法 SSB 调幅 SSB 信号的时域表示式为1 1( ) ( )cos ( )cos2 2SSB c cs t m t t m t t    。

　式中,“－”对应上边带信号,“+”对应下边带信号; ( ) m t表示把 ( ) m t 的所有频率成分均相2,称 ( ) m t就是 ( ) m t 的希尔伯特变换。

　根据上式可得到用相移法形成 SSB 信号的一般模型,如图 10 所示

　图 10 相移法形成 SSB 信号的模型 2 、SSB 解调 单边带信号的解调不能采用简单的包络检波,它的包络检波更不能反映调制信号的波形,因此我们采用相干解调法解调 SSB 信号。

　四 、实验 测试记录 1 、基波相移

　分析:图中一个就是基波相移前的波形,另一个就是相移后的波形,两者的相位差了 90°。

　2 、载 波相移

　分析:图中一个就是载波相移前的波形,另一个就是相移后的波形,与基波相移一样,两者的相

　位也差了 90°。

　3 、 两路 DSB 信号

　分析:图中两路 DSB 信号同样在相位上有差别。

　3、 、 上边带输出

　分析:图中在频谱图中下边带受到了抑制。

　5 、 下边带输出

　 分析:图中在频谱图中上边带受到了抑制。

　6 、 解调输出

　分析:SSB AM 采用的就是相干解调,将调幅后的信号与相干载波相乘,得到“相乘输出”的信号,相乘输出的结果含有 原始的基带调制信号与 高频的分量,在经过低通滤波器取出低频分量,得到“解调输出”,即就是 原始的基带调制信号。

　实验 七

　 频分复用实验(FDM)

　一、实验目的 1、了解复用的概念。

　2、理解频分复用的原理。

　3、掌握频分复用的系统框图及其实现方法。

　二 、实验 内容 1、两路不同载频的 DSB 调幅信号频分复用,观测频分复用前后信号波形及频谱的变化。

　2、对频分复用信号先解频分复用,再分别解调幅还原。

　三、实验原理 当一条物理信道的传输能力高于一路信号的需求时,该信道就可以被多路信号共享,例如电话的干线通常有数千路信号在一根光纤中传输。复用就就是解决如何利用一条信道同时传输多路信号的技术。其目的就是为了充分利用信道的频带或时间资源,提高信道的利用率。

　信号多路复用有两种常用的方法:频分复用(FDM)与时分复用(TDM)。时分复用通常用于数字信号的多路传输,将在时分复用实验(TDM)中阐述。

　频分复用就是一种按频率来划分信道的复用方式,主要用于模拟信号的多路传输,也可用于数字信号。在 FDM 中,信道的带宽被分成多个相互不重叠的频段(子通道),每路信号占据其

　中一个子通道,并且各路之间必须留有未被使用的频带(防护频带)进行分隔,以防止信号重叠。在接收端,采用适当的带通滤波器将多路信号分开,从而恢复出所需要的信号。

　频分复用系统的实验框图如下图 11 所示。

　DSB调幅解调器解调器LPFLPF模拟信号1复用模块 模拟调制模块 模拟解调模块2调制1调制2输出 输入输出1输出2相乘输出解调输出基波输入192K正弦载波输入模拟信号2基波输入384K正弦载波输入DSB调幅调幅输出1调幅输出2用 频分复用 频分解复用BPF192K384KHPF频分解复用频分解复用调幅输入调幅输入 相乘输出 解调输出模拟解调模块1192K正弦载波输入384K正弦载波输入图 11

　 频分复用系统实验框图

　信号源模块提供两路模拟信号,经模拟调制模块分别与 192K 正弦载波、384K 正弦载波相乘,得两路 DSB 调幅信号,其调制深度可由“调制深度调节”旋转电位器调整。然后将两路不同载频的 DSB 调幅信号送入复用模块频分复用电路中相加,得频分复用信号。

　为防止相邻信号之间产生相互干扰,应合理选择载波频率,以使各路已调信号频谱之间留有一定的防护频带。这里选择载波频率分别就是 192K 与 384K,满足每路话音信号 4KHz 的标准带宽。

　在接收端,先经复用模块频分解复用电路,分离出两路已调信号,再将已调信号送入模拟解调模块分别进行相干解调,还原出原始模拟信号。

　四、实验测试记录 1、 、 两种频率的基波

　分析:上方的基波频率为 996Hz,下方基波频率为 1、988KHz 2、 、 两种频率的载波

　 分析:上方的载波频率为 191、2KHz,下方基波频率为 384、1KHz 3 、 复用波形

　 分析:从图中可以瞧出在 190KHz 与 380KHz 左右有两个峰值,存在 190KHZ 与 380KHZ 的频分复用。

　4 、 解复用波形

　 分析:分别使用包络检波与相干检波得到 1KHZ 与 2KHZ 的基波信号

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