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()()cos AM c s t A m t t ω=+
若()m t 为确知信号，则AM 信号的频谱为
[][]01
()()()()()2
AM c c c c S A M M ωπδωωδωωωωωω=++-+
++- 其典型波形和频谱（幅度谱）如图4所示
cos c
ω()
m t
0(A m t +t
(AM S
t H
H
C
C
图4 AM 信号的波形和频谱
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。

由波形可以看出，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。

但是可以采用其它的解调方法。

由频谱可以看出，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，下边带是上边带的镜像。

因此，AM 信号是带有载波分量的上边带信号，它的带宽是基带信号带宽H f 的2倍，即
2AM H B 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()cos m m m t A t ω=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
222222
00()
2()m
AM
m
A m t A A A m t η==++ 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13AM η=。

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。

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
解调是调制的逆过程，其作用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：相干解调和非相干解调（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”和“调幅输出”信号波形
分析：从图中可以看出，消息信号是AM调幅信号的包络。

[]
()()cos
AM c
s t A m t t
ω
=+从表达式上来看，调幅信号的幅度真是消息信号加上一个常数，所以消息信号是AM调幅信号的包络。

2、“检波输出”和“解调输出”波形
分析：上图就是检波输出和解调输出的波形。

检波输出（上方）的波形经过一个LPF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。

可以看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 ）。

其典型波形和频谱如图7所示。

()
m t t
cos c t
ωt
t
H
H
C
C
(DSB S t
图7 DSB 信号的波形和频谱
DSB 信号的调制效率是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
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和384K正弦载波信号
sin
c 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，均是频谱搬移。

调制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。

可看到调制信号不再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采用的是相干解调，将调幅后的信号和相干载波相乘，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和高频的分量，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11()()cos ()cos 22
SSB c c s t m t t m t t ωω∧
=±。

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
π
，称()m t ∧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：图中一个是基波相移前的波形，另一个是相移后的波形，两者的相位差了90°。

2、载波相移
分析：图中一个是载波相移前的波形，另一个是相移后的波形，和基波相移一样，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采用的是相干解调，将调幅后的信号和相干载波相乘，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和高频的分量，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）和时分复用（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。

复用模块
模拟调制模块模拟解调模块2
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是192K和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：从图中可以看出在190KHz和380KHz左右有两个峰值，存在190KHZ和380KHZ的频分复用。

4、解复用波形
分析：分别使用包络检波和相干检波得到1KHZ和2KHZ的基波信号。