通信原理实验讲义

前言 (1)TIMS系统简介 (2)实验一抑制载波双边带的产生 (4)实验二振幅调制 (7)实验三取样和重建 (12)实验四 ASK调制与解调 (15)实验五 PSK调制与解调 (19)实验六眼图 (23)实验七线形编码与译码 (26)前言通信原理课程是通信工程、信息工程、网络工程、信息对抗等电子信息类专业的一门重要理论课程。

它是一般专业基础课与专业课之间的桥梁，承担着从一般基础理论到实践应用、从个体功能到整体系统的重要过渡，对培养学生通信理论分析与综合应用能力有着非常重要的作用。

随着信息时代的发展，通信知识不仅是通信专业学生掌握的内容，而且成为电子信息类各专业学生学习的内容。

通信原理课的主要内容是论述怎样可靠而有效地实现信息的传输。

为此目的，该课程从理论上提出了许多可供选择的传输方法。

要使这些传输方法成为现实，就需要制作出相应的发送设备及接收设备。

然后在发送端，我们把欲传送的信息变换成某种适宜的信号并将之馈入传输媒体(电缆、光缆、无线电波等)。

在接收端，信号又从媒体馈入接收设备，我们再以同发送端相反的过程恢复原来所发送的信息。

根据通信原理课所学的知识，可知道在什么样的情况下应该选择什么样的传输方式，并能判断出噪声、信道、传输方式等因素将会怎样影响对我们来说非常重要的一些通信指标，如信噪比、误码率、发送频谱等等。

通信原理课程理论性强，用到的数学、电路等基础知识多，它高度概括、高度抽象，学生在学习过程中有许多概念和原理难以理解，非常需要与之配套的实验、实习用书，以便掌握与巩固理论知识。

此外，电子信息类专业学生不仅要有扎实的理论知识，而且要有较强的实际动手能力。

加强实验实习，电子电路设计制作等实践性教学环节，提高学生应用能力，已经成为当前高等教育发展的趋势之一。

TIMS通信原理教学实验系统正是为解决这一难题而设计出来的，它简单实用而又全面的特性，在通信教学实验系统中越来越受到欢迎。

TIMS系统简介一什么是TIMSTIMS是由Telecommunications Instructional Modeling System(通讯教学实验系统)的起首字母所组成的缩略字。

是专门针对通讯和信号处理课程所做的实验室教学系统。

目前流行的通讯课程与教材，都是以方块图做标准的表示方法来形容调变和解调技术。

每一方块图都代表着一个基本电子电路功能，如振荡器、滤波器、加法器、乘法器等。

TIMS教学实验系统在TIMS系统里这些个别的方块图，都是以插入式或固定式模块来执行，整个通讯系统就是由方块图所对应的插入式模块，以及数学方程式来完成，TIMS的验证模式几乎都能符合课本的理论的。

二 TIMS系统的组成模块TIMS系统是由不同的插入式和固定式模块组成。

固定式模块使用率最高因而是内建在系统里的单元；而插入式模块是根据所要做的实验来选择，并插入大系统机架里使用。

固定式模块是一般使用率最高的模块，它包括有8个模块：1.主震荡器（Master Signals）：同步正交载波，取样和信息信号。

2.缓冲放大器(Buffer Amplifier)：含两组可变的独立放大器。

3.频率和信号计数器(Frequency/Event Counter)：多功能8位数计频器和信号计数器。

4.可变直流电压输出(Variable DC)：可调范围正负2V DC 输出。

5.示波器选择器（Scope Selector）：切换选择欲显示的信号，于示波器上显示。

6.音频放大器（Headphone Amplifier）：同时也是3kHz低通滤波器。

7.TIMS干线输出(Trunks Output)。

8.电源供给（Power Supply）。

基本模块是基础的组件，包括有：1. TIMS-147 加法器（Adder）2. TIMS-148 音频振荡器（Audio Oscillator）3. TIMS-149 双模拟开关(Dual Analog Switch)4. TIMS-150 乘法器(Multiplier)5. TIMS-151 移相器(Phase Shifter)6. TIMS-152 正交分相器(Quadrature Phase Shifter)7. TIMS-153 序列产生器(Sequence Generator)8. TIMS-154 可调低通滤波器(Tuneable LPF)9. TIMS-155 双脉冲产生器(Twin Pulse Generator)10. TIMS-156 共享模块(Utilities)11. TIMS-157 电压控制振荡器(VCO)12. TIMS-158 60kHz低通滤波器（60kHz LPF）插入式和固定式模块前面板的规划都是面板左边为输入，右边为输出。

所有输入和输出都以颜色来表示信号形态：黄色代表模拟信号，红色代表数字信号。

实验一抑制载波双边带的产生一实验目的①熟悉TIMS系统的基本模块和基本操作功能。

②了解抑制载波双边带（SC-DSB）调制器的基本原理。

③测试SC-DSB调制器的特性。

二实验原理设正弦型载波为 s(t)= A cosωc t 式中ωc为载波角频率，A为载波幅度。

那么，幅度调制信号（已调信号）一般可表示成S m（t）= A m(t) cosωc t式中m(t) 为基带调制信号，如果此时输入的调制信号不含直流分量，则得到的输出信号便是无载波分量的双边带信号，或称双边带抑制载波（DSB-SC）信号，简称DSB信号[7]。

这时的DSB信号实质上就是m(t)与载波s(t)的相乘，即S DSB(t)=m(t)cosωc t 当m(t)=sinut S DSB(t)= sinut cosωc t此时载波的角频率ωc要远远大于基带信号的频率u，即：ωc >> u三实验步骤①将TIMS系统中的音频振荡器（Audio Oscillator）、主振荡器（Master Signals）、缓冲放大器（Buffer Amplifiers）和乘法器（Multiplier）按图1.1连接。

图1.1 抑制载波双边带的产生②用频率计来调整音频振荡器，使其输出为1kHz。

作为调制信号，并调整缓冲放大器的K1，使其输出到乘法器的电压振幅为1V。

③调整缓冲放大器的K2，使主振荡器输至乘法器的电压振幅为1V。

作为载波信号。

④测量乘法器的输出电压，并绘制得波形如图1.2。

图1.2 抑制载波双边带信号⑤调整音频振荡器的输出，并重复步骤4，并绘制得波形如图1.3。

图1.3 调整频率后的双边带信号四实验结论抑制裁波双边带调制方式比常规双边带调制的效率大大提高，但从DSB信号的频谱图可以看出，信号的带宽等于调制信号f(t)带宽的2倍，即上、下边带宽度之和。

但是我们知道，上、下两个边带是完全对称的，即它们携带的信息完全一样。

从频带的角度来说，这两种双边带调制都浪费了一半的频率资源。

要想在示波器上清楚地观察到载波信号的变化，可以通过观察输出信号的频谱来观察载波的变化，另一方面，调制信号和载波信号的频率要相差大一些，可通过调整音频震荡器来完成。

实验中，当调制信号a(t),即音频振荡器的频率调节到3.5 kHz左右 ,而载波即主振荡器频率固定在100 kHz,可以从示波器上观察到较为清晰的SCDSB信号。

实验二振幅调制一实验目的①了解振幅调制器的基本工作原理。

②了解调幅波调制系数的意义和求法。

二实验原理常规双边带调制是指用信号m(t)叠加一个直流分量后去控制载波cosωc t的振幅，使己调信号的包络按照m(t)的规律线性变化，通常也把这种调制称为调幅(Amplitude Modulation)，简称AM。

幅度调制信号可以表示成S m（t）= A m(t) cosωc t如果输入基带信号m(t)带直流分量，则它可以表示为m o与m′(t)之和,其中，m o是m(t)的直流分量，m′(t)是表示消息变化的交流分量，则得到的输出信号便是有载波分量的双边带信号。

在这种信号中，如果满足m o >| m′(t) |MAX，则该信号为调幅（AM）信号，其时域表示式为S AM (t) = m(t) cosωc t = [m o + m′(t)] cosωc t= m o cosωc t + m′(t) cosωc t其中m o cosωc t表示载波项；而m′(t) cosωc t表示DSB信号项。

频域表示式为S AM (ω) = πm o [δ (ω - ωc) + δ (ω + ωc)]+1/2 [M′(ω -ωc) + M′(ω + ωc)]式中 M′(ω) m′(t)[10]三实验步骤1.将TIMS系统中的音频振荡器（Audio Oscillator）、可变直流电压（Variable DC）、主振荡器（Master Signals）、加法器（Adder）和乘法器（Multiplier）按图2.1连接。

图2.1 振幅调制的产生方法一2.音频振荡器输出为1kHz，主振荡器输出为100kHz,将乘法器输入耦合开关置DC状态。

3．将可变直流器调节旋钮逆时针旋转至最小，此时输出为-2.5V，加法器输出为+2.5V。

4．分别调整加法器的增益 G 和 g，使加法器交流振幅输出为 1V，DC 输出也为 1V。

5．用示波器观察乘法器的输出，读出振幅的最大值(见图 4.5)和最小值（图4.6），算出调制系数。

图2.2 AM信号（振幅最大值2.652v）图2.3 AM信号（振幅最小值0.985v）6、分别调整 AC 振幅和 DC 值，重复步骤（5），观察超调的波形，如图 2.4。

图2.4 超调后的波形7、用图2.5的方法，产生一般调幅波。

图2.5 振幅调制产生方法二8、将移相器置“HI”。

9、先不加加法器 B 输入端的信号，调整缓冲放大器的增益和加法器的 G 增益。

使加法器输出为振幅 1V 的 SC-DSB 信号。

10、移去加法器 A 输入端的信号，将 B 输入端信号加入，调整加法器的 g 增益，使加法器输出为振幅 1V 的正弦值。

11、将 A 端信号加入，调整移相器的相移，使加法器输出为调幅波，计算调制系数。

图2.6 产生一般调幅波四实验结论从图可以看出，调幅输出波形就是使载波的振幅按照调制信号的大小成比例地变化的高频振荡信号。

将图中高频振荡信号的各个最大点用虚线描出，所得的曲线就叫调幅波的“包络”。

这个己调信号的包络与调制信号波形完全相似，而频率则维持载波频率，也就是说，每一个高频载波的周期都是相等的，因而其波形的疏密程度均匀一致，与未调制时的载波波形疏密程度相同。

在实验中，调制系数 Ma=(Ummax-Ummin)/(Ummax+Ummin),若Ma >1，则己调信号的包络将产生失真，在接收端检波后，是不可能再恢复出原来的调制信号波形的，称这种情况为过量调幅。