2022年通原硬件实验报告 .pdf

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1、1 北京邮电大学实验报告题目： 基于 TIMS 通信原理实验报告班级： 2009211125 专业：信息工程姓名： 林嘉曦曹冉成绩：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 1 页，共 21 页 - - - - - - - - - 2 实验1 振幅调制（ Amplitude Modulation）与解调一、实验目的（1）了解 TIMS 实验的软硬件环境和基本的软件调试方式（2）掌握抑制载波双边带（SCDSB）调制的基本原理（3）掌握抑制载波双边带（SCDSB）解调的基本原理二、

2、实验原理DSB 信号的调制方法，原理框图如下：若调制信号为单音频信号：m( t) =Amsin (2fmt ) 则单音频调幅的 AM 信号表达式为：SAM （t ） =Ac （A+Amsin2 fmt ）sin(2 fct ）=AcA (1+asin2 fmt) sin? (2fct) 调幅系数 : a=Am /A AM 信号的振幅频谱具有离散大载波，这是与 DSB-SC AM 信号的振幅频谱的不同之处。连接图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 2 页，共 21 页 -

3、 - - - - - - - - 3 DSB 信号的解调方法，原理框图如下：由于AM 信号的振幅频谱具有离散大载波，所以收端可以从AM 信号中提取载波进行相干解调，其实现类似于DSB-SC AM 信号加导频的载波提取及相干解调的方法。AM 的主要优点是可以用包络检波器进行非相干解调。连接图：三、实验步骤（1）参考器件：音频振荡器（Audio Oscillator ），主振荡器（master signals），名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 3 页，共 21 页 - -

4、 - - - - - - - 4 乘法器 (Multiplier) ，缓冲放大器（Buffer Amplifier），压控振荡器（VCO ），低通滤波器（ Tuneable LPF），共享模块（Utilities ），移相器（ Phase Shifter）（2） 设计 DSB 调制与解调系统，模拟基带信号均值为零，输出频率为1KHz ，电压振幅为 1V（3）载波为一高频信号，电压振幅为1V （4）实现 DSB 调制与解调系统，分别观察基带信号、调制信号和解调信号的波形（5）运行、调试系统四、实验结果调制系数小于一调制解调：基带和调制信号调制和解调信号调制系数等于一调制解调：基带与调制信号名师资

5、料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 4 页，共 21 页 - - - - - - - - - 5 调制和解调信号调制系数大于一调制解调：基带与调制信号名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 5 页，共 21 页 - - - - - - - - - 6 调制与解调信号此时调制系数a 大于一，解调信号出现失真五、实验讨论（1）若用同步检波，如何完成实验？比较同步检

6、波和包络检波的有缺点。如果利用同步检波，则需要提取载波的载波提取电路，然后将调制信号与载波相乘，隔去直流分量，通过低通滤波，得到解调信号。包络检波不需要提取载波频率，但通过包络检波法解调的信号信噪比没有同步检波法解调的信噪比高；此外，包络检波法可解调的信号调制系数不能大于1，而同步检波没有这一点限制：包络检波实现简单易行，而同步检波则比较繁琐。（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。用包络检波波形会失真。（3）调制系数分别 ”1”， ”=1”时，如何计算已调信号的调制系数？名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - -

7、 - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 6 页，共 21 页 - - - - - - - - - 7 当调制系数 1时，记大于 0的包络的最大值为 A，第二高波峰值为 B，则调制系数 a=（A+B ）/(A-B). （4）心得体会：本次实验内容课堂掌握的比较扎实，完成的较快，对仪器的应用也已经比较熟练，很有成就感，也就更激发了我做实验的热情。对AM 信号调幅系数的调节比较麻烦，没有精确的测量，只是大概的调节，不过已经很形象的看到了直流电压的改变对调幅系数的影响。通过本次实验，让我更深刻的了解了 AM 信号的产生及非相干解调的原理和实现方法，更重要的是认真的态度，我们必须认真

8、对待实验的每一个步骤，来不得半点马虎，而这种精神不仅是在实验中，在我们以后的工作中都是很重要的。实验 2 SSB 信号的调制与解调一、 实验目的（1）掌握单边带 (SSB)调制的基本原理。（2）掌握单边带 (SSB)解调的基本原理。（3）测试 SSB 调制器的特性。二、 实验原理单边带（ SSB）调制的基本原理，原理框图如下：连接图：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 7 页，共 21 页 - - - - - - - - - 8 单边带（ SSB）解调的基本原理，原理框图

9、如下：连接图：三、 实验步骤（1）参考器件：音频振荡器（Audio Oscillator），主振荡器（Master Signals ），加法器（ Adder），乘法器（ Multiplier），移相器（ Phase Shifer ），正交分器（ QuadraturePhase Splitter），可调低通滤波器（Tunable LPF ）。（2）采用音频振荡器产生一个基带信号，记录信号的幅度和频率。载波可由主振荡器输出一个高频信号。（3）QPS 为正交分相器，其输出为两路正交信号（4） 通过移相器使载波相移2/ ，注意检查移相器的性能。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - -

10、- - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 8 页，共 21 页 - - - - - - - - - 9 四、 实验结果基带与调制信号：基带与解调信号：调制与解调信号：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 9 页，共 21 页 - - - - - - - - - 10 五、 实验讨论（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？下边带。要实现上边带要将余弦信号相位调整/2 （2） 设计 SSB

11、调制解调系统中遇到的问题。在设计 SSB解调系统时移相器对载波并不是准确的 /2 加法器两个输入信号的系数并不相等，需要调节（3） 心得体会：通过本实验，让我们对SSB 调制原理有了更入的理解。实验中无论如何调整移相器与加法器增益都不能得到一个峰值完全平稳的波形，这与理论分析有些差距，经过我们的研究讨论，我们认为产生这种现象的原因主要是正交分相器不是一个理想的希尔伯特变换器，两路输出信号相差不是准确的 90 度。实验 3 调频波（ FM ）的产生一、 实验目的（1）掌握调频波调制器的基本工作原理；（2）掌握调频波的特点二、 实验原理名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - -

12、- - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 10 页，共 21 页 - - - - - - - - - 11 调频波（ FM）调制的基本原理。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：连接图：三、 实验步骤（1）参考器件：音频振荡器（Audio Oscillator ），电压控制振荡器（VCO ）和缓冲放大器（ Buffer Amplifiers ）。（2）了解 VCO 的中心频率概念

13、。（3）了解频偏概念，可以通过放大器改变基带信号幅度观察FM 信号时域、频域波形。（4） 实验中调节 VCO ，使其中心频率为10KHz 。（5） 设计 FM 调制系统。四、 实验结果基带和调制信号：名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 11 页，共 21 页 - - - - - - - - - 12 五、 实验讨论（1） 设计 FM 调制解调系统中遇到的问题。（2）心得体会：通过本次实验我们了解了FM 调制的基本原理与调制波形，对压控振荡器的特性有了初步的认识名师资料总结

14、 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 12 页，共 21 页 - - - - - - - - - 13 实验 4ASK 调制与解调（ ASK-Modulation &Demodulation）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、 实验原理OOK 信号的产生框图如图连接图如图二进制通断键控（OOK ）方式是以单极性不归零码序列来控制正弦载波的导通与关闭。2ASK 信号波形如图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - -

15、 - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 13 页，共 21 页 - - - - - - - - - 14 OOK 信号的功率谱密度含有离散的载频分量及连续谱（主瓣宽度为2Rb）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连接图如图三、 实验步骤（1）参考器件：音频振荡器（Audio Oscillator ）、主振荡器（Master Signals）、序列码产生器（ Sequence Generator ）、双模开关（ Dual Analog Switch ）、加法器（ Adder）、乘法器（Multipli

16、er ）、可变直流电压（Variable DC ）、共享模块（Utilities Module ）、可调低通滤波器（ Tunable LPF）、可变直流电压和移相器（Phase Shifter）。（2）产生数字信号：利用主振荡器模块的2KHz 正弦信号加到序列码产生器的时钟控制端（ CLK ）产生序列信号。（3）数字信号的调制要注意时钟同步问题，在本实验中可利用主振荡器模块的8.33KHz 加到音频振荡器的SYNC 端，用于时钟同步。（4）利用双模开关产生二进制振幅键控信号。（5）在非同步解调中，将ASK 已调信号经过整流器，低通滤波器最后通过比较器输出；在同步解调中，载波提取可利用主振荡器和

17、移相器（若有相位偏移）完成；然后再通过低通滤波器最后通过比较器输出（6）设计二进制振幅键控调制解调系统。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 14 页，共 21 页 - - - - - - - - - 15 四、 实验结果波形图五、 实验讨论1. 设计 2ASK 调制解调系统中遇到的问题。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 15 页，共 21 页 -

18、- - - - - - - - 16 （1）序列信号发生器的时钟输入端应该给予一个方波信号，不应给予正弦信号，另一端会产生随机序列。（2）在设计解调电路时，应该一步一步调节参数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。3. 心得体会本次实验的解调电路需要自己设计，这不是我们照电路框图连接就能够完成的实验，需要我们掌握非常扎实的基础，对 ASK调制与解调的原理有较深的理解，对每个模块的输出波形要有概念， 这样才能够成功的设计出解调电路。通过本次实验我们知道了只有亲自动手设计才能够真正的理

19、解一种技术，书本上的公式与实际的工程实现还是有差别的，我们需要培养理论联系实际的能力。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 16 页，共 21 页 - - - - - - - - - 17 实验5 2FSK 信号的调制（ FSK-Modulation）一、 实验目的理解移频键控系统调制原理，及测试方案二、 实验原理当基带模拟信号变为两电平数字信号时，受控频率输出只有两个取值，即构成了FSK。直接把基带信号送入VCO ，VCO 会在输入电平值的控制下输出两个频率交替的FSK

20、信号，并且相位连续。FSK调制框图（相位连续）FSK 调制框图（相位不连续）连接图如图三、 实验步骤（1）采用如下参考器件：主振荡器 （Master Signals），序列码产生器 （Sequence Generator），电压控制振荡器（VCO）和音频振荡器（Audio Oscillator ），加法器（Adder），双模开关（ Dual Analog Switch ），可变直流电压（Variable DC ）。（2）相位连续 2FSK 调制系统中，VCO 输出中心频率为5KHz ；相位不连续FSK 调制系统中，可以看作两个ASK 系统相加；（3）设计二进制移频键控系统，观察时域、频域波形。

21、四、 实验结果名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 17 页，共 21 页 - - - - - - - - - 18 五、 实验讨论1. 理解中心频率、频偏的概念VCO 是压控振荡器的意思，顾名思义它是一种由电压控制振荡频率的器件。一般的VCO 的输入电压与输出频率是线性关系，输入电压越高，振荡频率越大，输入频率越低，振荡频率越小。当 VCO 的输入电压为 0时， VCO 会有一个输出频率，这个频率就是中心频率（f0 ）。2. 设计 2FSK 调制系统中遇到的问题。相位连续

22、的2FSK调制模块连接比较简单，实验过程比较顺利。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？双模拟开关是用来控制f1 和f2 两路信号的通断， 切换载频的频率。 可以用序列信号发生器模块替代。4.心得体会本次硬件实验做的很辛苦， 因为平时没有用过实验中所用的模块，所以一开始先适应实验设备， 因此实验进行的很慢。 第二次实验课时， 由于对实验设备已经比较熟悉，所以实验进行的比较顺利。 当然实验中难免遇到一些问题，这些问题在我们的相互讨论、 分析下都一一解决。 实验中遇到的最大问题就是有些实验模板已经损坏，但是我们不清楚这一情况， 因此浪费了比较大的时间和精力在这一方面问

23、题的查找上。后来在更换了模板以后，实验也顺利了许多。这次实验基本上没有老师的指导，是一次比较独立的实验， 虽然过程相对以往的实验比较困难一些， 但是对于我们自主完成实验以及协作能力都有很好的锻炼，所以对于我们的成长有很大的帮助。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 18 页，共 21 页 - - - - - - - - - 19 实验6 BPSK 调制与解调 BPSK-Modulation & Demodulation）一、 实验目的理解移相键控系统调制解调原理，及测试方案

24、二、 实验原理用二进制数字信号控制正弦载波的相位称为二进制移相键控(BPSK) 。如果采用双极性二进制序列来做控制信号，与载波的乘积就是BPSK 信号，信号相位会在码元值变化的时候发生相移。BPSK 的解调不能使用非相干解调。提取 BPSK 信号中的时钟分量作为解调的相干载波，实验中直接使用调制载波经移相器微调后的载频。BPSK 信号波形BPSK 调制信号的产生，原理图如图连接图如图二进制移相键控（BPSK）解调的基本原理如图名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 19 页，

25、共 21 页 - - - - - - - - - 20 三、 实验步骤（1）采用如下参考器件：音频振荡器（Audio Oscillator） ，移相器（ Phase Shiter） ，序列码产生器（Sequence Generator ） ， 线性编码器（Line-code Encode） 和乘法器（Multiplier） ，可调低通滤波器（Tuneable LPF ） ，定标模块（decision-maker module）和线性解码器（Line-code Dncode） 。（2）产生二进制序列信号，频率为8K，由线性编码器生成双极性不归零码序列信号。（3）设计二进制移相键控调制系统，注意时

26、钟TTL.CLK；观察基带信号的调制信号的时域波形。（4）设计二进制移相键控解调系统四、 实验结果五、 实验讨论1. 设计 BPSK 调制解调系统中遇到的问题。在观察波形， 如果示波器的两路信号分别从序列信号发生器输出和调制输出观察，两路波形会有很大的相位差，这是由于时延造成的，而且原信号的波形是未编码的波形，而调制信号调制的是编码后波形，这些会导致无法判断输出波形的正确性。改进方法是从编码器输出段和BPSK 调制输出端取波形再观察，这样两路信号的相位差就很小了，相位改变的位置基本就在序列发生变化的位置。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

27、经过 VCO ，此时的 VCO 用作窄带滤波，进一步滤除噪声。3.心得体会在这次实验中，我学会了2PSK 信号的产生原理和实现方法，学会了处理简单故障的方法，明白实验需要耐心和细心；体会到了查阅书籍，相关手册的重要性，不能只局限于课本；掌握了相关软件的使用，收获颇多；深刻体会到了实验中保证实验器材正常的重要性。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 20 页，共 21 页 - - - - - - - - - 21 建议1.硬件实验中，很多插板已经损坏并没有注明，或者座位上的插板丢失，这给实验的进行带来很多阻碍，希望实验室的老师能定期检查。2.我们组所在实验桌的示波器可能存在老化的问题，在实验过程中产生较大的干扰，致使观察波形时有很大的困难，希望学校在有经济能力的情况下可以更新新的设备。3.可能由于上课班级过多的原因，老师过于繁忙，给予学生亲临指导的时间过少，希望学校能较合理的安排课程。名师资料总结 - - -精品资料欢迎下载 - - - - - - - - - - - - - - - - - - 名师精心整理 - - - - - - - 第 21 页，共 21 页 - - - - - - - - -