2021年北京邮电大学通原硬件实验报告

2021年北京邮电大学通原硬件实验报告

2020年5月14日

信息和通信工程学院

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11月

2020 年5 月14日

目录

振幅调制和调制.................................................4
试验目标.....................................................4
试验原理.....................................................4
方法一.................................................4
方法二.................................................5
试验设备.....................................................6
试验过程.....................................................7
AM 信号产生.......................................7
AM信号解调......................................8
试验结果.....................................................9
调制系数1.5......................................12
试验分析...................................................14
思索题...............................................14
问题总结...........................................14
SSB信号调制和解调.......................................15
试验目标...................................................15
试验原理...................................................15
试验设备...................................................16

试验过程...................................................16
2020年5 月14日

试验结果...................................................18
试验分析...................................................19
思索题...............................................19
问题总结...........................................19
试验3调频波（FM）产生..............................20
试验目标...................................................20
试验原理...................................................20
试验设备...................................................21
试验过程...................................................21
试验结果...................................................22
试验分析...................................................23
ASK调制和解调..............................................24
试验目标...................................................24
试验原理...................................................24
试验设备...................................................27
试验过程...................................................27
试验结果...................................................27
试验分析...................................................30
思索题...............................................30

问题总结...........................................31
2020年5 月14日

相位连续FSK信号调制....................................31
试验目标...................................................31
试验原理...................................................31
试验设备...................................................32
试验步骤...................................................32
试验结果...................................................33
试验分析...................................................34
思索题...............................................34
问题总结...........................................34
BPSK 调制（BPSKModulation）......................34
试验目标...................................................34
试验过程...................................................35
试验结果...................................................36
试验分析...................................................37
思索题...............................................37
问题总结...........................................37

2020 年5 月14日

振幅调制和调制

试验目标

对双边带抑制载波调幅信号解调必需采取相干解调，所以在收端应有载波

经济实用。 了解TIMS试验软硬件环境和基础软件调试方法。掌握含有离散大载波（AM）

调制基础原理。经过仪器平台，掌握包络检波器基础组成和原理，掌握调幅波

调制系数意义和求法，测试AM调制器特征。

试验原理

含有离散大载波（AM）调制基础原理：

2020 年5 月14日

方法一

其中m(t)为一均值为零模拟基带信号（低频）； c(t)为一正弦载波信号（高频）；
DC 为一直流分量。

方法二

具体公式推导（采取一方法来解释）：
AM信号调制：

2020年5月14日

进行AM调制结果为

其中调幅系数，要求以免过调引发包络失真。

由

A max

和

A min

分别表示AM 信号波形包络最大值和最小值，则AM 信号调幅

系数为

a	?	A max	?	A min
		A max	?	A min

图2.1所表示为AM调制过程和频谱示意图。

2、AM信号解调图2.1调幅过程波形及频谱图 解调框图以下：

2020 年5 月14日

AM信号因为含有离散大载波，故能够采取载波提取相干解调方法。其实现类似于试验一中DSB-SCAM信号加导频载波提取和相干解调方法。

AM关键优点是能够利用包络检波器进行非相干解调，能够使得接收设备愈加简

单。

试验设备

Signals），加法器（Adder）和乘法器（Multiplier），移相器（PhaseShifer）音频振荡器（AudioOscillator） ，主振荡器（Master

试验过程

AM信号产生

若调制信号为单音频信号：M(t)=Amcos(2πfmt)；则单音频调幅AM信号表示式为：

SAM(t)=Ac(A+Amcos2πfmt)cos2πfct
=Ac A(1+acos2πfmt)cos2πfct；
调幅系数a=Am /A；

AM 信号包络和调制信号M(t)成正比，为避免产生过调制（过调会引发包络失真），要求a≤1。Am信号振幅频谱含有离散大载波，这是和DSB-SCAM 信号振幅频谱不一样之处。若用Amax及Amin 分别表示单音频振幅频谱AM信号波形包络最大值及最小值，则此AM信号调幅系数为：a=(Amax- 2020年5 月14日

Amin)/(Amax+Amin)

本试验采取包络检波方案产生AM波。

1）按图进行各模块之间连接；
2）音频振荡器输出为1KHz，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；
5）观察乘法器输出波形是否为AM波形；
6）测量AM信号调幅系数a值，调整可变直流电压，使a=0.5、1、1.5；7）观察不一样a调制信号和解调信号波形改变。

AM信号调制连接图

AM信号解调

因为AM 信号振幅频谱含有离散大载波，所以收端能够从AM信号中提取载波进行相干解调，其实现类似于DSB-SCAM 信号加导频载波提取及相干解调方法。 2020年5 月14日

AM关键优点时能够实现包络检波器进行非相干解调。本试验就采取非相干

解调方案。

1）输入AM信号调幅系数a；
2）用示波器观察整流器（RECTIFIER）输出波形；
3）用示波器观察低通滤波器（LPF）输出波形；
4）改变输入AM信号调幅系数，观察包络检波器输出波形是否随之变化；

5）改变发端调制信号频率，观察包络检波器输出波形改变。

AM信号解调连接图

试验结果

调制系数0.7

2020年5月14日

AM信号和解调信号

2020 年5 月14日

解调（下）和原来信号（上）比较

AM 信号和解调信号

原信号和AM 信号比较

2020 年5 月14日

AM信号和解调信号

解调（下）和原来信号（上）比较

2020年5月14日

试验分析

思索题

（1）若用同时检波，怎样完成试验？比较同时检波和包络检波优缺点。

用同时检波则在接收AM调制信号端乘一个恢复载波信号，再经过低通滤波器就完成同时解调了。

同时检波要求恢复载波于接收信号载波同频同相，通常要在发端加一离散载频分量即导频，则在发端要分配一部分功率给导频；或在收端提取载波分量，复杂且不经济。线形良好，增益高，对调制系数没要求。

包络检波不需要提取载波分量，比较简单经济；但要求调制系数小于等于1，抗干扰差。

（2）若调制系数大于1，是否能够用包络检波来还原信号。

（3）调制系数分别“<1”，“>1”，“=1”时，怎样计算已调信号调制系数？

调制系数经过公式给出，能够利用输出波形计算出包络最大和最小幅值，带入后求得。

问题总结

我们第二次，也就是真正试验，第一个做就是AM，一开始就陷入了泥潭，线插进去了为何不出图像，我们是不是插错了，重插，重插以后图像还是不对，

带入
后求得。计算a是小于1，等于1和大于1情况一定要严谨。

原来老师要求是拿系数等于0.5情况，结果我们最小到0.7，然后老师以后也说小于1就好，没有什么区分。

这个试验是及其考验耐心和配合熟练度试验，所幸，我们组配合默契。

失真是能够预料到，当加法器对直流或输入信号幅度增益过大时，就有可能出现系统超调现象。此时经乘法器输出调制调制信号有可能因为幅度过大而超出了线性区间，造成调制信号失真现象。

最终总结就是即使之前有过很仔细地预习，不过实际操作时候还是会有很多不足和手忙脚乱，相信下次试验会变得好点，体会逆境才能增加能力。

SSB信号调制和解调

试验目标

目标以下：

（1）掌握单边带（SSB）调制基础原理
（2）掌握单边带（SSB）解调基础原理
（3）测试SSB调制器特征

试验原理

双边带抑制载波调幅要求信道带宽，其中是模拟基带信号带宽。从信息论见解来看，此双边带是有声誉度，所以只要利用双边带中任一边带来传输，仍能在接收机解调出原基带信号，这么可降低传送已调信号信道带宽。

2020 年5 月14日

SSB 信号调制原理框图

SSB信号解调原理框图

基础公式推导：

m

( t

)

cos

2?c

t

?

A c m ? ( t ) sin 2?c t ? A c m ( t ) sin 2πf c t

s

上

( t

)

?

A c

s下

( t

)

?

A C

m

( t

)

cos

2πf

c

t

?

2020 年5 月14日

试验设备

乘法器，加法器，音频振荡器，示波器，计算器，连线，

试验过程

采取以下参考器件：音频振荡器（AudioOscillator ），主振荡器

（MasterSignals ），加法器（Adder），乘法器（Multiplier），移相器

（PhaseShifer），正交分相器（QuadraturePhaseSplitter），可调低通滤波

器（TunableLPF）。采取音频振荡器产生一个基带信号，统计信号幅度和频

率。载波可由主振荡器输出一个高频信号。QPS为正交分相器，其输出为两路

正交信号，经过移相器使载波相移π/2，注意检验移相器性能。

SSB调制部分

2020年5月14日

SSB解调部分

调整好乘法器和加法器参数，从示波器中观察调制和输出波形。

试验结果

下图为SSB调制输出波形，原图。

2020 年5 月14日

下图为反色后，SSB 调制输出波形。

2020 年5 月14日

试验分析

思索题

1、请判定SSB调制信号是上边带还是下边带，若输出为另一边带，怎样连接？

答：下边带信号。假如要产生上边带信号，只需要将正交移相器其中一路输出再加上一个反向后和另一路输出相加即可。

2、分析观察信号时域、频域波形特点
答：时域波形又图能够看出信号比较平坦，频域信号中，只有原信号上边带或下边带，也就是二分之一频谱。

问题总结
首先在团体协作方面，一人拔线插线一人看波形改变，一人拧旋钮一人不
停auto波形，我们两个合作默契而有成效，最终，我注意到，我们组是周围
第一个做出来这个SSB，也是起伏最小，即使我知道我们也存在瑕疵。

其次是耐心方面，调钮，移相器参数跟示波器需要同时进行，不停检验才能出最完美结果，而这，也锻炼了我们耐心。

最终是原理知识方面，理论上，输出调制信号应该是一个幅度恒定信号，这是我们最终能够真正体会得到。

2020 年5 月14日

试验3调频波（FM）产生试验目标

（1）掌握调频波（FM）调制基础原理

（2）测试FM调制器特征

试验原理

FM信号产生

单音频信号

其中

由卡松公式可知FM信号带宽为

B

?

2(??

1)

f

m

FM信号产生框图以下图所表示。

2020 年5 月14日

VCO 输入为

m t ，当输入电压为0 时，VCO 输入频率为

f ；当输入模拟基

带信号电压改变时，VCO振荡频率作对应改变。

试验设备

示波器，音频振荡器，连线，缓冲放大器

试验过程

按以下连接图连接好

调整VCO，使其中心频率为10KHz。

观察调制后输出。

试验步骤：
1、FM信号产生
（1）单步调试VCO
a.将VCO模块印刷电路板上拨动开关置于VCO模式。将VCO板块前面板上频率选择开关置于“HI”状态。然后，将VCO模块插入系统机架插槽内。

b.将可变直流电压模块输出端和VCO模块Vin 端相连接，示波器接于VCO输出 2020 年5月14 日

端：
?直流电压为零时，调整VCO模块f0旋钮，使VCO中心频率为100赫兹。

?在-2V至于+2范围内改变直流电压，测量VCO频率及线性工作范围。
?调整VCO模块GAIN旋钮，使得直流电压在+/-2V范围内改变时，VCO频率在+/-5HZ内改变。

（2）将音频振荡器频率调到2Hz，作为调制信号输入于VCOVin输入端。（3）测量图2.4.4中各点信号波形。

（4）测量FM信号振幅频谱。

试验结果

下图为FM信号，原图。

试验分析
思索题

答：频偏会造成时域波形疏密改变，同时会造成波形幅度出现改变，

问题总结

由预习汇报原理分析，在调频系统中

由此可见，最大频偏和调制系数相关，增大基带信号放大倍数或增大，FM信号改变会加剧。

这次试验需要连接部分比较简单，就几根线。

总体调波形更没碰到什么困难，跟之前SSB跟AM 比较相差很多。 2020年5 月14日

ASK调制和解调

b)掌握2ASK信号解调方法。
c)掌握TIMS系统试验方法。

试验原理

二进制振幅监控（2ASK）又名二进制通断键控（OOK：on-offkeying），以单极性归零序列来控制正弦载波导通和关闭。

所用模块：LINE-CODEENCODER(线路码)
SEQUENCE GENERATOR(序列码发生器)MASTER SIGNALS(主信号发生器)MULTIPLIER(乘法器)
UTILITIES(共享模块)
TUNABLE LPF(可调低通滤波器)

1、 2ASK 信号波形： DECISION MAKER(判决器)

2、 2ASK信号产生：
方法一采取开关电路实现

2020 年5 月14日

方法二采取乘法器来实现

信号产生框图

3、 2ASK信号解调

a)非同时不提取载波解调方法

b) 同时提取载波解调方法 2020年5 月14日

连线图以下：

2020 年5 月14日

试验设备

音频振荡器（AudioOscillator），主振荡器（MasterSignals），序列码产生器

（SequenceGenerator），双模开关（DualAnalog Switch）和加法器（Adder），乘

法器（Multiplier），可变直流电压（VariableDC）。

试验过程

1.产生数字信号：利用主振荡器模块8.3kHzTTL信号加到线路码产生

2.083kHzTTL电平，再加到序列码产生器时钟控制端（CLK）产生二进制振

2. 根据设计好接线图连线， 幅键控信号，

试验结果

下图是调制波形，可看出疏密对应关系。

2020年5月14日

2020年5月14日

下图是解调波形：

2020 年5 月14日

反色后样子：

下图是输入和解调对比，因为部分相移误差，造成了视觉上不规范：

2020年5月14日

反色后以下：

试验分析思索题

1、比较相干解调和非相干解调方案相同点、不一样点？

答：相同点是全部能够对2ASK进行解调，不一样点则是相干解调法需要载波提取电路，而非相干法则不需要提取载波，另外相干解调法抗噪声性能大于非相干解调法。

2、该系统在高斯白噪声环境下应加入哪些模块？

因为高斯白噪声影响，假如直接采取比较器进行解调所得到信号会和原输入信号有有较大差异。而且信号宽度不严格地相等或是固定值整数倍。所以应该采取有时钟提取电路解调方法。需要在不使用提取时钟电路解调方案基础上增加比特时钟重建器（BITCLOCK REGENERATION）,缓冲放大器（BUFFER

AMPLIFIER）,移相器（PHASESHIFTER）,共享模块(UTILITIES)来组成时钟提取 2020年5 月14日

电路。和判决器（DECISIONMAKER）。

问题总结

今天试验普遍简单，第一个也就是fsk是最麻烦一个，其实也没多麻烦。最开始我们连错了一根线造成结果出不来，以后纠正了以后发觉满意结果还是得不到，于是我们小组配合调整音频震荡跟主信号频率才得到了相对完美序列和调制波形相对照应关系，另外因为我们对这些试验理论课程还没有先修，所以波形并没有很了解，只是经过了具体预习才能够判定波形是否正确。

最终就是我们解调输出波形相差问题，这个可能也是我们一个小疏忽吧，因为急着做下面试验，所以没有认真地调完美就进行下一个试验，后面我们会针对问题加以改善。

相位连续FSK 信号调制

试验目标 了解移频键控系统调制原理，及测试方案。
1、设计中心频率为5KHz。

2、掌握2FSK信号调制方法。

3、掌握TIMS系统试验方法。

试验原理

调制原理图
方法一：相位连续FSK

试验设备

主振荡器（MasterSignals），序列码产生器（SequenceGenerator），电压控制

振荡器（VCO）和音频振荡器（AudioOscillator），加法器（Adder），双模开关（DualAnalog

Switch），可变直流电压（VariableDC）。

试验步骤

2020年5月14日

试验结果

上课只要求一张FSK调制波形图：

下图为反色后样子：

2020 年5 月14日

试验分析

思索题1、在FSK信号调制中，双模开关起什么作用，可由哪个模块替换？
答：如我们在图上所连，双模开关是经过输入数字信号来控制载波输出
选择。能够使用双模开关来产生相位不连续2FSK信号，这就是双模开关
作用。

试验中能够用VCO替换双模开关来产生相位连续2FSK信号。

2、分析频偏对时域频域波形影响？

答：频偏会使波形产生相位偏差，同时会对波形疏密产生影响，即频率产生影响。

3、了解中心频率、频偏概念
中心频率是vco在输入电压为0时输出信号频率。而频偏是输出信号相对于中心频率偏移量。频偏大小和输入信号大小相关系。输入信号绝对值 2020年5 月14日

和0相差越大，频偏越大。

4、设计2FSK调制系统中碰到问题。

因为在模拟部分使用过了VCO模块，在这次试验中能够使用上次得到好用VCO，就得到了理想波形。

问题总结

此试验相对简单，电路连好频率调正确波形就出来了，唯一疏漏是真实示波器和讲义上标注有偏差，造成了部分纠葛。

BPSK调制（BPSKModulation）

试验目标

了解移相键控系统调制解调原理，及测试方案。
3. 掌握BPSK 信号解调方法。
4.掌握TIMS 系统试验方法。

试验原理

二进制移相键控（BPSK）调制基础原理
BPSK信号波形

试验设备

音频振荡器（AudioOscillator），移相器（PhaseShiter），序列码产生器

（SequenceGenerator），线性编码器（Line-codeEncode）和乘法器（Multiplier）。

试验过程

1.根据设计好BPSK调制连线图连线。

2.用示波器观察二进制序列和数字调制信号波形。

3.根据设计好BPSK 解调连线图连线。

二进制移相键控（BPSK）调制连接框图

试验结果

反色后以下：

2020 年5 月14日

试验分析

思索题

1、该系统在高斯白噪声环境下应加入哪些模块？

答：因为有高斯白噪声存在，应该在只使用比较器方案中加入时钟，因为BPSK时钟提取不太方便，使用输入时钟。在加入判决模块（DECISIONMAKER）和线性码解码器（LINE-CODEDECODE）。

2、分析移相键控系统相位模糊现象？

答：用平方环或科斯塔斯环进行载波提取时候，因为两方案全部是用锁相
环，而锁相环在工作时可能锁定在任一平衡点上，这就意味着恢复载波和接收
载波相位差可能是0，也可能是π，这种相位不确定关系叫做相位模糊，二者
同频同相时，相干解调后再生数据流和发送一致，若恢复载波和接收载波反响
时候，则解调后数据流极性和发送数据流极性整个反相，这种情况是不许可。
照应书本还是不行，最终我们借鉴了别同学方法，调整了解码器输出，和比较
时候序列发生器尝试，最终才得出看起来比较理想图形样子。

这次试验完成也就意味着此次通原硬件试验结束，经过这次试验，我们更为

直观了解了ASK，FSK，BPSK信号产生原理。因为已经有了两次试验经历，所以

一切做起来全部能够说是得心应手，不过，试验过程中，我们也发觉试验中

有些器材是有些许问题，比如有示波器显示不正确，还麻烦试验

室管理人员留心。回顾这多个星期以来试验历程，我们全部些人全部成长

了不少，不管是对理论知识了解，还是动手实践能力提升。整个试验过程中我们勤于思索，勇于实践，不停探索，之前很多不太明白甚至是不能了解东西，现在也全部有了很好了解、认识。 2020年5 月14日

最终，感谢老师这多个星期以来指导和帮助，也感谢杨老师耐心邮件回复！

2020年5月14日