第一次系統實驗(通信組) 實驗 四

　 常規雙邊帶調幅與解調實驗(AM) 一、 實驗目的 1、 掌握常規雙邊帶調幅與解調的原理及實現方法。

　2、掌握二極管包絡檢波法原理。

　3、了解調幅信號的頻譜特性。

　4、了解常規雙邊帶調幅的優缺點。

　二、 實驗內容 1、完成常規雙邊帶調幅,觀測 AM 信號的波形及其頻譜。

　2、采用二極管包絡檢波法,解調 AM 信號。

　三、實驗原理 1 、常規雙邊帶調幅(AM) 常規雙邊帶調制簡稱調幅(AM)。假設調制信號 ( ) m t 的平均值為 0,將其疊加一個直流偏量0A 后與載波相乘,即可形成調幅信號。其時域表示式為 ? ?0( ) ( ) cosAM cs t A m t t ? ? ?

　若 ( ) m t 為確知信號,則 AM 信號的頻譜為 ? ? ? ?01( ) ( ) ( ) ( ) ( )2AM c c c cS A M M ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

　其典型波形與頻譜(幅度譜)如圖 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? 圖 4

　AM 信號的波形與頻譜 若 ( ) m t 為隨機信號,則已調信號的頻域表示必須用功率譜描述。

　由波形可以瞧出,當滿足條件:0max( ) m t A ? 時,AM 調幅波的包絡與調制信號 ( ) m t 的形狀完全一樣,因此用包絡檢波的方法很容易恢復出原始調制信號;如果上述條件沒有滿足,就

　會出現“過調幅”現象,這時用包絡檢波將會發生失真。但就是可以采用其它的解調方法。

　由頻譜可以瞧出,AM 信號的頻譜由載頻分量、上邊帶、下邊帶三部分組成,參照圖 4-2所示,通常我們將已調信號頻譜中畫斜線的部分稱為上邊帶,不畫斜線的部分稱為下邊帶。上邊帶的頻譜結構與原調制信號的頻譜結構相同,下邊帶就是上邊帶的鏡像。因此,AM 信號就是帶有載波分量的上邊帶信號,它的帶寬就是基帶信號帶寬Hf 的 2 倍,即 2AM HB f ?

　AM信號的載波分量并不攜帶信息。當調制信號為單音余弦信號,即 ( ) cosm mm t A t ? ? 時,有用功率(用于傳輸有用信息的邊帶功率)占信號總功率的比例,即調制效率可以寫為 2 22 22 200( )2( )mAMmA m tA AA m t? ? ??? 在“滿調幅”( 0max( ) m t A ? 時,也稱 100％調制)調節下,這時調制效率的最大值為1 3AM? ? 。因此,AM 信號的功率利用率比較低。

　AM 的優點在于系統結構簡單,價格低廉,所以至今調幅制仍廣泛用于無線電廣播。

　本實驗采用的 AM 調幅框圖如下圖 5 所示。

　調幅輸出 基波輸入載波輸入csin

　t ?0A +m(t)0[A +m(t)]csin

　t ? 圖 5

　 AM 調幅實驗框圖 上圖中,由信號源模塊 DDS 模擬信源直接提供調制信號0( ) A m t ? ,即含直流分量的正弦模擬信號,同時將信號源模塊 384KHz 正弦載波作為載波輸入,兩者相乘得到“AM 調幅信號”輸出。模塊電路中“調制深度調節 1(2)”旋轉電位器可調節乘法器的調制深度。

　2 、包絡檢波法 解調就是調制的逆過程,其作用就是從接收的已調信號中恢復出原基帶信號(即調制信號)。解調的方法可分為兩類:相干解調與非相干解調(包絡檢波)。

　前面提到,當 AM 信號在滿足0max( ) m t A ? 的條件下,其包絡與調制信號 ( ) m t 的形狀完全一樣。因此,AM 信號一般都采用簡單的包絡檢波法來恢復信號。

　本實驗采用的二極管峰值包絡檢波器如下圖 6 所示。

　二極管包絡檢波RC低通濾波調幅輸入 檢波輸出 解調輸出 圖 6

　 AM 解調實驗框圖(包絡檢波法)

　實驗中將 AM 調幅信號送入“調幅輸入”,經二極管包絡檢波得到“檢波輸出”信號,它就是 AM 調幅信號的包絡,然后再經一級 RC 低通濾波器,還原出原調制信號。

　四 、實驗 測試記錄 1 、“基波輸入”與 “調幅輸出”信號波形

　 分析:從圖中可以瞧出,消息信號就是 AM 調幅信號的包絡。

　? ?0( ) ( ) cosAM cs t A m t t ? ? ? 從表達式上來瞧,調幅信號的幅度真就是消息信號加上一個常數,所以消息信號就是 AM 調幅信號的包絡。

　2 、“檢波輸出”與“解調輸出”波形

　 分析:上圖就就是檢波輸出與解調輸出的波形。檢波輸出(上方)的波形經過一個 LPF 就就是解調輸出(下方)的波形,低通濾波器濾除了高頻分量,得到的波形更接近原來的波形。可以瞧出在幅度上與原信號有所差別。

　實驗 五

　 雙邊帶抑制載波調幅與解調實驗(DSB-SC AM) 一、 實驗目的 1、掌握雙邊帶抑制載波調幅與解調的原理及實現方法。

　2、掌握相干解調法原理。

　二、 實驗內容 1、采用乘法器實現 DSB 調幅,觀測 DSB 調幅信號的波形及頻譜。

　2、采用相干解調法解調 DSB 調幅信號。

　三、實驗原理 1 、DSB 調幅 在常規雙邊帶調幅過程中,載波不攜帶任何信息,信息完全由邊帶傳送。因此,如果在 AM調制模型中將直流0A 去掉,即可得到一種高調制效率的調制方式——抑制載波雙邊帶信號(DSB－SC),簡稱雙邊帶信號(DSB)。其典型波形與頻譜如圖 7 所示。

　( ) m t0 0t tcosc t?0 0 t tt t 0 0載波反相點0 0( ) M ?H? ?H?0 0?C? ?C??( )DSBS t( )DSBS ? 圖 7

　DSB 信號的波形與頻譜 DSB 信號的調制效率就是 100％,即全部功率都用于信號傳輸。但由于 DSB 信號的包絡不再與調制信號的變化規律一致,因而不能采用簡單的包絡檢波來恢復調制信號。DSB 信號解調時需采用相干解調,也稱同步檢波。

　DSB 信號雖然節省了載波功率,但它所需的傳輸帶寬仍就是調制信號帶寬的兩倍,與 AM信號帶寬相同。

　實驗中采用如下框圖 8 實現 DSB 調幅。

　調制輸出 基帶輸入載波輸入csin

　t ?m(t) * m(t)csin

　t ? 圖 8

　DSB 調幅實驗框圖 由信號源模塊提供不含直流分量的2K正弦基波信號 ( ) m t 與384K正弦載波信號 sinc t? ,經乘法器相乘,調制深度可由“調制深度調節”旋轉電位器調整,得到 DSB 調幅信號輸出。

　2 、相干解調法 相干解調也叫同步檢波。解調與調制的實質一樣,均就是頻譜搬移。調制就是把基帶信號的頻譜搬到了載頻位置,這一過程可以通過一個相乘器與載波相乘來實現。解調則就是調制的反過程,即把在載頻位置的已調信號的譜搬回到原始基帶位置,因此同樣可以用相乘器與載波相乘來實現。相干解調器適用于所有線性調制信號的解調。

　實驗中采用如下框圖 9 實現相干解調法解調 DSB 信號。

　DSB輸入LPF相乘輸出 解調輸出載波輸入 圖 9

　 DSB 解調實驗框圖(相干解調法) 將 DSB 調幅信號與相干載波相乘,得“相乘輸出”信號,再經低通濾波器取出低頻分量,即可恢復出原始的基帶調制信號。

　四、 實驗測試記錄 1 、DSB-SC AM 的信號波形

　分析:圖中為上方為調制信號,下方為以調信號。可瞧到調制信號不再就是以調信號幅度的包絡。

　1、 、 DSB-SC AM 的信號波形

　 分析:DSB-SC AM 的頻譜就是不含有載波的頻譜的,所以在中心頻率點沒有凸起。對比 AM 的頻譜,清晰地顯示了兩者的區別。

　2、 、 DSB-SC AM 的解調

　分析:DSB-SC AM采用的就是相干解調,將調幅后的信號與相干載波相乘,得到“相乘輸出”(上方)的信號,相乘輸出的結果含有原始的基帶調制信號與高頻的分量,在經過低通濾波器取出低頻分量,得到“解調輸出”(下方),即就是原始的基帶調制信號。

　實驗 六

　 單邊帶 調幅與解調實驗(SSB AM)

　一、實驗目的 1、掌握單邊帶調制與解調的原理與實現方法 2、了解 SSB(包括上邊帶、下邊帶)調制信號的頻譜特性 3、了解單邊帶調幅的優缺點 二 、實驗 內容 1、按相移法 SSB 調制框圖,實現 SSB 調制,觀測 SSB 調幅信號的波形及頻譜 2、采用相干解調法解調調幅信號 三、實驗原理 1 、 相移法 SSB 調幅 SSB 信號的時域表示式為1 1( ) ( )cos ( )cos2 2SSB c cs t m t t m t t ? ??? ? 。

　式中,“－”對應上邊帶信號,“+”對應下邊帶信號; ( ) m t?表示把 ( ) m t 的所有頻率成分均相2?,稱 ( ) m t?就是 ( ) m t 的希爾伯特變換。

　根據上式可得到用相移法形成 SSB 信號的一般模型,如圖 10 所示

　圖 10 相移法形成 SSB 信號的模型 2 、SSB 解調 單邊帶信號的解調不能采用簡單的包絡檢波,它的包絡檢波更不能反映調制信號的波形,因此我們采用相干解調法解調 SSB 信號。

　四 、實驗 測試記錄 1 、基波相移

　分析:圖中一個就是基波相移前的波形,另一個就是相移后的波形,兩者的相位差了 90°。

　2 、載 波相移

　分析:圖中一個就是載波相移前的波形,另一個就是相移后的波形,與基波相移一樣,兩者的相

　位也差了 90°。

　3 、 兩路 DSB 信號

　分析:圖中兩路 DSB 信號同樣在相位上有差別。

　3、 、 上邊帶輸出

　分析:圖中在頻譜圖中下邊帶受到了抑制。

　5 、 下邊帶輸出

　 分析:圖中在頻譜圖中上邊帶受到了抑制。

　6 、 解調輸出

　分析:SSB AM 采用的就是相干解調,將調幅后的信號與相干載波相乘,得到“相乘輸出”的信號,相乘輸出的結果含有 原始的基帶調制信號與 高頻的分量,在經過低通濾波器取出低頻分量,得到“解調輸出”,即就是 原始的基帶調制信號。

　實驗 七

　 頻分復用實驗(FDM)

　一、實驗目的 1、了解復用的概念。

　2、理解頻分復用的原理。

　3、掌握頻分復用的系統框圖及其實現方法。

　二 、實驗 內容 1、兩路不同載頻的 DSB 調幅信號頻分復用,觀測頻分復用前后信號波形及頻譜的變化。

　2、對頻分復用信號先解頻分復用,再分別解調幅還原。

　三、實驗原理 當一條物理信道的傳輸能力高于一路信號的需求時,該信道就可以被多路信號共享,例如電話的干線通常有數千路信號在一根光纖中傳輸。復用就就是解決如何利用一條信道同時傳輸多路信號的技術。其目的就是為了充分利用信道的頻帶或時間資源,提高信道的利用率。

　信號多路復用有兩種常用的方法:頻分復用(FDM)與時分復用(TDM)。時分復用通常用于數字信號的多路傳輸,將在時分復用實驗(TDM)中闡述。

　頻分復用就是一種按頻率來劃分信道的復用方式,主要用于模擬信號的多路傳輸,也可用于數字信號。在 FDM 中,信道的帶寬被分成多個相互不重疊的頻段(子通道),每路信號占據其

　中一個子通道,并且各路之間必須留有未被使用的頻帶(防護頻帶)進行分隔,以防止信號重疊。在接收端,采用適當的帶通濾波器將多路信號分開,從而恢復出所需要的信號。

　頻分復用系統的實驗框圖如下圖 11 所示。

　DSB調幅解調器解調器LPFLPF模擬信號1復用模塊 模擬調制模塊 模擬解調模塊2調制1調制2輸出 輸入輸出1輸出2相乘輸出解調輸出基波輸入192K正弦載波輸入模擬信號2基波輸入384K正弦載波輸入DSB調幅調幅輸出1調幅輸出2用 頻分復用 頻分解復用BPF192K384KHPF頻分解復用頻分解復用調幅輸入調幅輸入 相乘輸出 解調輸出模擬解調模塊1192K正弦載波輸入384K正弦載波輸入圖 11

　 頻分復用系統實驗框圖

　信號源模塊提供兩路模擬信號,經模擬調制模塊分別與 192K 正弦載波、384K 正弦載波相乘,得兩路 DSB 調幅信號,其調制深度可由“調制深度調節”旋轉電位器調整。然后將兩路不同載頻的 DSB 調幅信號送入復用模塊頻分復用電路中相加,得頻分復用信號。

　為防止相鄰信號之間產生相互干擾,應合理選擇載波頻率,以使各路已調信號頻譜之間留有一定的防護頻帶。這里選擇載波頻率分別就是 192K 與 384K,滿足每路話音信號 4KHz 的標準帶寬。

　在接收端,先經復用模塊頻分解復用電路,分離出兩路已調信號,再將已調信號送入模擬解調模塊分別進行相干解調,還原出原始模擬信號。

　四、實驗測試記錄 1、 、 兩種頻率的基波

　分析:上方的基波頻率為 996Hz,下方基波頻率為 1、988KHz 2、 、 兩種頻率的載波

　 分析:上方的載波頻率為 191、2KHz,下方基波頻率為 384、1KHz 3 、 復用波形

　 分析:從圖中可以瞧出在 190KHz 與 380KHz 左右有兩個峰值,存在 190KHZ 與 380KHZ 的頻分復用。

　4 、 解復用波形

　 分析:分別使用包絡檢波與相干檢波得到 1KHZ 與 2KHZ 的基波信號

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