實驗2 振幅調制（Amplitude modulation）與解調 (一)
通信原理實驗報告
通信硬件實驗一
實驗2 振幅調制（Amplitude modulation）與解調
一、實驗目的：
（1）掌握振幅調制器的基本工作原理；
（2）掌握調幅波調制系數的意義和求法。
（3）掌握包絡檢波器的基本構成和原理。
二、實驗原理
1、AM調制原理
AM信號產生如圖2－1所示
圖2－1 AM信號時域波形
方法一：
原理框圖如圖2－2所示
圖2－2 AM信號調制原理框圖（方法一）
其中m(t)為一均值為零的模擬基帶信號（低頻）；
c(t)為一正弦載波信號（高頻）；
DC為一直流分量。
方法二：
圖2－3 AM信號調制原理框圖（方法二）
2、AM信號解調原理（包絡檢波）
圖2－4 AM信號解調原理框圖
三、實驗內容
1、AM信號調制
（1） 采用AM信號調制原理框圖方法一或方法二實現AM信號的調制。
采用原理框圖方法一
（2） 請實現調制系數分別為：1，0.5和1.5三種情況的調制。
1. 采用上面原理框圖實現ＡＭ的調制
將音頻振蕩器產生的正弦信號sin(wt)的頻率調節至１KHz
將可變直流電壓的旋鈕Ｖ調至最小
2. 實現調制系數分別為：1，0.5和1.5三種情況的調制
通過調節加法器中的ｇ即可實現不同的調制系數
調制系數為1時
調制系數為0.5時
調制系數為1.5時(不夠標準，接近2了)
可參考的模塊如下：
音頻振蕩器（Audio Oscillator），可變直流電壓（Variable DC），主振蕩器（Master Signals），加法器（Adder）和乘法器（Multiplier），移相器（Phase Shifer）。
2、AM信號解調
采用包絡檢波的方式實現AM信號的解調。
（2） 請實現調制系數分別為：1，0.5和1.5三種情況的解調。
調制系數為1時
調制系數為0.5時
調制系數為1.5時
采用的模塊如下：
共享模塊（Utilities Module）和音頻放大器（Headphone Amplifier）
四、思考題：
（1） 若用同步檢波，如何完成實驗？比較同步檢波和包絡檢波的有缺點。
答：用同步檢波則在接受AM調制信號端乘一個恢復載波信號，再經過低通濾波器就完成同步解調了。
同步檢波要求恢復載波于接受信號載波同頻同相，一般要在發端加一離散的載頻分量即導頻，則在發端要分配一部分功率給導頻；或者在收端提取載波分量，復雜且不經濟。線形良好，增益高，對調制系數沒要求。
包絡檢波不需要提取載波分量，比較簡單經濟；但要求調制系數小于等于1，抗干擾差。
（2） 若調制系數大于1，是否可以用包絡檢波來還原信號。
答： 不可以，這時已經出現失真現象。（如解調系數為1.5時已經出現失真）
（3） 調制系數分別”<1”， ”>1”， ”=1”時，如何計算已調信號的調制系數？
答：可以由公式： 計算。
提示：
（1） 實驗前應按照原理畫出模塊連接圖。
（2） 實驗前要熟悉各個模塊的用途，如共享模塊各部分功能。
（3） 實驗中應首先檢查各個模塊是否完好。
（4） 實驗中若可調DC模塊無法調節，可采用該模塊“+5V”信號，為了完成實驗中不同調制系數的要求，音頻振蕩器和加法器之間應加入緩沖放大器模塊。
（5） 調制系數公式可寫為：。
實驗3、SSB信號的調制與解調
一、實驗目的
1、掌握單邊帶（SSB）調制的基本原理。
2、掌握單邊帶（SSB）解調的基本原理。
3、測試SSB調制器的特性。
二、實驗原理
1、SSB調制原理
圖3－1 SSB信號調制原理框圖
2、SSB解調原理框圖
圖3－2 SSB信號解調原理框圖
三、實驗內容
1、SSB信號的調制
1、按照下面原理框圖所示，利用現有模塊完成SSB信號的調制
2、檢查正交分相器，看其產生的兩個輸出是否正交，即相位相差pi/2，不正交的話說明此正交分相器是壞的，需換一個。
3、調節移相器使加法器的輸出最大
4、通過調節加法器使兩個乘法器的輸出幅度相等
5、如果仍未出現正確的信號波形，則調節移相器，注意慢慢調，以防調過。
按照原理框圖所示，利用現有模塊完成SSB信號的調制。
可采用的模塊如下：
音頻振蕩器（Audio Oscillator），主振蕩器（Master Signals），加法器（Adder），乘法器（Multiplier）2個，移相器（Phase Shifer），正交分相器（Quadrature Phase Splitter）。
實驗提示：
（1） 如圖3－1所示，可采用音頻振蕩器產生一個基帶信號；記錄信號的幅度和頻率。
（2） 如圖3－1所示：QPS為正交分相器，其輸出為兩路正交信號。
（3） 如圖3－1所示：載波可由主振蕩器輸出一個高頻信號；
（4） 如圖3－1所示：通過移相器使載波相移Pi/2。
注意：在使用前要驗證是否相移Pi/2，即兩支路應正交。
（5） 兩路正交DSB信號通過加法器輸出。
注意：兩支路在加法器中增益應相同，即應分別斷開每一支路，檢查加法器的輸出幅度應相同。
（6） 考慮SSB信號的時域波形的包絡是怎樣的。
原理框圖如下：
實驗波形：
2、SSB信號的解調
按照原理框圖所示，利用現有模塊自己獨立設計完成SSB信號的解調。
采用的模塊如下：
主振蕩器（Master Signals），乘法器（Multiplier），移相器（Phase Shifter），可調低通濾波器（Tunable LPF）。
思考題：
請判斷SSB調制信號是上邊帶還是下邊帶，若輸出為另一邊帶，如何連接？
答：利用軟件功能可以進行相關設置，可以由軟件自動計算該信號頻率，由于基帶信號頻率為1K,載波頻率為100K，所以上邊帶信號頻率為101K，下邊帶信號頻率為99K。要想輸出為另一邊帶，只需把移相器反相鈕調往相反方向就可以了。同時這也提供了一種分辨上下邊帶的方法，即通過對比調節移相器反相鈕前后信號就可以看出上下邊帶分別是哪個了。
實驗4 調頻波（FM）的產生
一、實驗目的：
（1） 掌握調頻波調制器的基本工作原理；
（2） 掌握調頻波的特點。
二、實驗原理
FM調制原理
振蕩頻率隨輸入信號的電壓改變。當輸入電壓為零時，振蕩器產生一個頻率為（中心頻率）的正弦波；當輸入基帶信號的電壓變化時，該振蕩頻率做相應的變化。可利用壓控振蕩器（VCO）實現直接調頻。
FM信號的系統框圖如圖4－1所示，時域波形如圖4-2所示。
圖4－2 FM調制原理框圖
圖4－2 FM調制時域波形圖
三、實驗內容
設計完成FM信號調制，用示波器觀察VCO輸出信號時域、頻域波形。
采用的模塊如下：
音頻振蕩器（Audio Oscillator），電壓控制振蕩器（VCO）和緩沖放大器（Buffer Amplifiers）。
原理框圖如下：
提示：
（1） 實驗前要了解VCO的中心頻率
（2） 了解頻偏概念，可以通過放大器改變基帶信號幅度觀察FM信號時域、頻域波形。
（3） 實驗中調節VCO，使其中心頻率為10KHz。
此實驗經常碰到壞的VCO，所以在連接模塊之前可以先檢查一下VCO的中心頻率，既在不接入輸入信號的情況下，將VCO的輸出接到示波器那，如果看到大概頻率一般為10K（此中心頻率為可調的，通過調節/\f旋鈕可以實現）的正弦信號則VCO是正常的，否則最好換一塊再做。
03606班 17號 劉邦運
通原硬件實驗二
實驗5 ASK調制與解調
一、實驗目的：
（1）掌握 2ASK 調制器的基本工作原理；
（2）掌握 2ASK 解調器的基本工作原理。
二、2ASK 調制（解調）原理
1、2ASK 信號波形
圖5-1
2、2ASK 調制信號的產生 實驗原理圖，如圖所示：方法一和方法二
方法一 方法二
圖 5－2 2ASK 調制原理框圖
3、2ASK 信號解調
2ASK 信號的解調可以采用同步或非同步解調方式。
非同步解調 同步解調
圖 5－3 2ASK 解調原理框圖
三、實驗內容
1、2ASK 信號調制
根據2ASK 信號調制原理框圖，方法一或方法二實現 2ASK 信號調制，采用的模塊如下：
音頻振蕩器（Audio Oscillator）），主振蕩器（Master Signals），序列碼 產生器（Sequence Generator），雙模開關（Dual Analog Switch）和加法 器（Adder），乘法器（Multiplier），可變直流電壓（Variable DC）
提示：
方法一中：（1）數字信號的產生方法
利用主振蕩器模塊的 2KHz 正弦信號加到序列碼產生器的時 鐘控制端（CLK）產生序列信號；
（2） 數字信號的調制要注意時鐘同步問題 在本實驗中可利用主振蕩器模塊的8.33KHz 加到音頻振蕩器的 SYNC 端，用于時鐘同步
（3） 利用雙模開關產生二進制振幅鍵控信號（2ASK）
方法二中：（1）序列信號應為單極性 0，1 序列，可加入“可變直流電壓”調節。
采用方法一的框圖為；
2ASK 信號調制波形：2、ASK 信號解調
ASK 信號的解調可以采用同步或非同步解調方式，采用的模塊如下：
共享模塊（Utilities Module），可調低通濾波器（Tunable LPF），可變 直流電壓和移相器（Phase Shifter），乘法器（Multiplier）
提示：
（1） 在非同步解調中，將 ASK 已調信號經過整流器，低通濾波器 最后通過比較器輸出。
（2） 在同步解調中，載波提取可利用主振蕩器和移相器（若有相 位偏移）完成；然后再通過低通濾波器最后通過比較器輸出。
采用非同步解調方式原理框圖如下：
2ASK非同步解調波形：
實驗 6 FSK信號的調制
一、實驗目的
掌握頻率鍵控（Frequency Shift Keying FSK）調制的基本組成和原理，掌握 相位連續和不連續的問題。
二、FSK調制（解調）原理
1、FSK 調制原理框圖，如圖 6－1 所示
(a) 方法一：相位連續 (b) 方法二：相位不連續
圖 6－1 FSK 調制原理框圖
三、實驗內容
1、FSK 信號調制
根據 FSK 調制原理框圖 6－1(a)或(b)，實現 FSK 信號的調制。 采用的模塊如下：
主振蕩器（Master Signals），序列碼產生器（Sequence Generator）， 電壓控制振蕩器（ VCO ）和音頻振蕩器（ Audio Oscillator ），加法器
（Adder），雙模開關（Dual Analog Switch），可變直流電壓（Variable DC）。 提示：
方法一：
（1） 相位連續 FSK 調制系統中，使 VCO 的輸出中心頻率為 5KHz；
（2） 二進制數字序列信號利用主振蕩器的 2KHz 正弦信號加到序 列碼產生器的時鐘控制端（CLK）；
方法二：
（3） 相位不連續 FSK 調制系統中，可以看作兩個 ASK 系統相加；
（4） 兩個信號的頻率可分別利用音頻振蕩器和 VCO 的輸出頻率 產生；
（5） 數字信號的產生方法可參考 ASK 調制信號方法二實現。
（6） 最后兩路信號經過雙模開關實現 FSK 信號的調制。
此次實驗同之前的FM時一樣，需要先檢查VCO是否是好的，即看其輸出是否為正弦波形。然后調節VCO使其中心頻率為5KHz，然后按照下圖連接好模塊即可在示波器上觀察是否出了正確波形，如沒有則調節VCO增益，可得正確的FSK信號波形。
FSK非連續調制原理框圖如下：
FSK相位非連續波形
FSK相位連續
FSK相位連續原理框圖如下：
FSK相位連續波形：
四、思考題：
（1）在 FSK 信號調制中，雙模開關起什么作用，可由哪個模塊代替？
答：雙模開關的作用就是通過數字信號控制轉換成哪個正弦信號，換句話說就是將輸入信號轉換成FSK信號。可用VCO模塊代替，只要輸入信號是TTL DATA就可以。
實驗7 BPSK調制與解調
一、實驗目的：
（1）掌握 BPSK 調制器的基本工作原理；
（2）掌握 BPSK 解調器的基本工作原理。
二、BPSK調制（解調）原理
1、BPSK 信號波形
圖 7－1 BPSK 信號波形圖
2、BPSK 調制信號的產生 原理圖，如圖 7－2 所示：
圖 7－2 BPSK 調制信號原理圖
3、BPSK 信號解調
相關解調，如圖 7－3 所示：
圖 7－3 BPSK 信號解調原理
三、實驗內容
1、BPSK 信號調制
1、調整音頻振蕩器，使其輸出為8KHz。
2、 音頻振蕩器TTL輸出端的8KHz信號加到線性編碼器的M.CLK輸入端，通過線性編碼器中除4電路，輸出（2KHz）TTL信號至序列碼產生器的時鐘TTL.CLK。
3、 序列碼產生器的輸出端，接至線性編碼器的DATA輸入端。由線性編碼器NRZ-L輸出雙極性不歸零碼序列信號，加到乘法器的輸入端。
4、如果沒有在示波器上觀察到正確的BPSK信號波形，則可調節移相器旋鈕。
采用的模塊如下：
音頻振蕩器(Audio Oscillator)，移相器(Phase Shiter)，序列碼產生 器(Sequence Generator)，線性編碼器(Line-code Encode)和乘法器(Multiplier)。如圖 7－4 所示。
圖 7－4 BPSK 調制信號產生連接圖
2、BPSK信號解調
BPSK 信號的解調采用同步解調方式。
采用的模塊如下：
移相器(Phase Shifter)，乘法器(Multiplier)，可調低通濾波器 (Tuneable LPF)，定標模塊(decision-maker module)和線性解碼器(Line-code Dncode)組成。如圖 7－5 所示：
圖 7－5 BPSK 解調信號連接圖
（1）音頻振蕩器輸出的 8KHz 信號加到移相器輸入端。
（2）可調低通濾波器帶寬調到 3KHz 作用，低通濾波器的輸出為碼序列信 號。
（3）若碼序列與原序列反相可調移相器，使載波信號相位變化180度。
（4 用定標模塊恢復原有的數字信號，再由線性解碼器解出原有的數字序列。
以上所有實驗均是在器件沒有損壞的情況下才可以調出正確的波形，如果確認模塊連接沒有錯誤而以上各種方式都不能得出正確波形，則說明可能某個器件是壞的，可以把每個模塊的輸出接到示波器檢查看是否正常，查處壞掉的模塊，并進行更換。
實驗心得
通過這兩次的實驗，我們對于模擬信號和數字信號都有了更深刻的理解。實驗過程讓我們對于這些信號的調制解調過程及原理更加明確，培養了我們動手能力，對于各種器件模塊的用法也更加熟悉。
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