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1、北京邮电大学实验报告题目：基于TIMS通信原理实验报告班级： 专业： 姓名： 姓名： 成绩： 目录第一次实验实验二振幅调制与解调4【实验名称】：振幅调制与解调（Amplitude Modulation）4【实验目的】43、【实验原理框图】44、【实验连接图】65、【实验步骤】76、【实验分析与总结】7（1）实验结果7（2）实验分析10实验三SSB 信号的调制与解调121、【实验名称】：SSB 信号的调制与解调122、【实验目的】123、【实验原理框图】124、【实验连接图】135、【实验步骤】146、【实验分析与总结】15（1）实验结果15（2）实验分析15实验四调频波（FM）的产生161、【
2、实验名称】：调频波（FM）的产生162、【实验目的】163、【实验原理框图】164、【实验连接图】175、【实验步骤】176、【实验分析与总结】18（1）实验结果18（2）实验分析18第二次实验实验五 ASK 调制与解调19一、【实验名称】：ASK 调制与解调（ASK-Modulation & Demodulation）19二、【实验内容】19三、【实验原理连接图】19四、【实验设备连接图】20五、【实验步骤】21六、【实验分析与总结】221.实验结果222.实验分析23实验六 2FSK 信号的调制24一、【实验名称】：2FSK 信号的调制（FSK-Modulation）24二、【实验内容】2
3、4三、【实验原理框图】24四、【实验设备连接图】25五、【实验步骤】25六、【实验分析及总结】261.实验结果262.实验分析27实验七 BPSK 调制与解调28一、【实验名称】：BPSK 调制与解调（BPSK-Modulation & Demodulation）28二、【实验内容】28三、【实验原理框图】28四、【实验设备连接图】30五、【实验步骤】30六、【实验分析与总结】311.实验结果312.实验分析31实验二 振幅调制与解调【实验名称】：振幅调制与解调（Amplitude Modulation）【实验目的】(1) 了解AM信号的产生原理以及实现方法(2) 了解AM信号波形以及振幅频谱
4、的特点,并掌握调幅系数的测量方法(3) 了解AM信号的非相干解调原理和方法3、【实验原理框图】：调制：m(t)为一均值为零的模拟基带信号（低频）；c(t)为一正弦载波信号（高频）；DC 为一直流分量若调制信号为单音频信号：则单音频调幅的AM 信号表达式为：调幅系数: AM 信号的包络与调制信号m(t)成正比，为避免产生过调制，求a1。若用Amax 及Amin 分别表示单音频调幅AM 信号波形包络的最大值及最小值，则此AM 信号的调幅系数为解调：由于AM信号的振幅频谱具有离散大载波，所以收端可以从AM信号中提取载波进行相干解调，其实现类似于DSB-SC AM信号加导频的载波提取及相干解调的方法。
5、 AM的主要优点是可以用包络检波器进行非相干解调。 4、【实验连接图】：调制：解调：5、【实验步骤】：实验设备：TIMS 教学实验（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），乘法器（Multiplier），移相器（PhaseShifer），共享模块（Utilities Module）和音频放大器（Headphone Amplifier）、PC 微机。（1）设计AM 调制与解调系统，模拟基带信号频率为1KHz，电压振幅为1V；（2）载波为一高频信号，电压振幅为1V（3）实现AM 调制与解
6、调系统，分别观察基带信号、调制信号和解调信号的波形（4）调制系统参数，观察调制系数为0.5，1，1.5 时调制信号和解调信号的波形变化。6、【实验分析与总结】（1）实验结果调制系数为1时，AM信号波形（调制与解调）：波形分析：由波形图可以看出，当调制系数为1时，直流分量的大小恰好与包络峰值相同，即上下两个包络的交点在横轴上。且解调波形与调制波形包络基本相同。调制系数小于1时，AM信号波形：调制与解调：基带与解调：波形分析：当调制系数小于1时，上下两个包络没有交点，直流分量的大小恰好为包络的最大值与最小值之差。对于解调波形，当调制系数1时均可以正确解调，此图与原波形也基本相同。调制系数计算：利用
7、公式a=(Umax-Umin)/ (Umax+Umin)。由图，Umax=2.5 Umin=0.8根据公式可得，a=0.5 。调制系数大于1时，AM信号波形：调制与解调：基带与解调：波形分析：当调制系数大于1时，包络最大值与最小值绝对值之比大于1。此时可以发现，包络波形出现了小于0的值，在解调的时候会产生失真（红色线代表解调波形）。调制系数计算：利用公式a=(Umax-Umin)/ (Umax+Umin)。由图，Umax=0.8 Umin=-0.2根据公式可得，a=1.67 。（2）实验分析1、若用同步检波，如何完成实验？比较同步检波和包络检波的优缺点。答：（1）若要采用同步检波的方式，应将调
8、制的AM信号与同步载波相乘后，再通过一个低频滤波器，过滤掉直流分量和二倍频分量。即：设输入信号为Sr(t)，输出信号为S(t)。S(t)= Sr(t)cos(2fct)=A+m(t)cos(2fct)cos(2fct)=A2+(A2）m(t)/2cos(4fct)+m(t)/2通过滤波器滤去直流和二倍频分量后，可以恢复出原始基带信号m(t)。原理框图如下：滤直流LPFm(t)AMc(t)（2）同步检波和包络检波各有优劣。同步检波需要添加一个载波提取电路，有些时候载波并不是那么容易提取，常用的方法是在发端添加离散的导频，或者在收端用平方环法或者COSTAS环法从接受信号中提取载波，较为复杂。常用
9、于双边带抑制载波的解调，然而，这样对于广播调幅收音机的解调来说是非常不经济的。从而可以选择采用包络检波的方法，但是此法需要将输出信号先整流，它是一种非相干解调。但是包络法有的时候不是很精确。2、若调制系数大于 1，是否可以用包络检波来还原信号。答：不可以，会产生很大的失真。因为此时已经不能满足|m(t)|1这个条件了，会导致AM信号的包络不再全部都是正的。3、调制系数分别”1”， ”=1”时，如何计算已调信号的调制系数？答：调制系数a=max|m(t)|，因此，当调制系数”1”时，应注意观察波形时，所对应的是最大峰值和最小值绝对值的比率。4、实验体会和实验建议答：实践证明，要想做好实验，必须掌
10、握好课本的理论知识。有了理论作为支撑，才能更好的进行实验。在实验中，由于不知道应该如何计算调制系数导致实验陷入困境，后来经过查资料获得了正确的方法。另外，由于事先只是研究了怎样连接图，并没有搜集波形图，所以一开始不知道正确的波形是什么。 所以，做好实验预习是至关重要的。5、实验建议：希望老师能够在第二次上课的时候带领大家复习一下第一次实验的内容。或者是压缩两次实验之间的时间间隔。实验三 SSB 信号的调制与解调1、【实验名称】：SSB 信号的调制与解调2、【实验目的】：l 掌握SSB 信号的调制方法；l 掌握SSB 信号的解调方法；l 掌握调制系数的含义。3、【实验原理框图】调制：产生SSB的
11、一种方法是将原始信号乘以载波，再加上原始信号希尔伯特变换函数乘以载波进行90相移。本实验就采用这种方法。解调：SSB解调方式有两种：相干解调和非相干解调，本实验采用相干解调的方法。方法与DSB相干解调相同。以上边带调幅信号的相干解调为例进行说明： 乘以载波后得到：从上式我们可以看到，恢复载波相位与接收信号的载波相位的相位差对解调输出是有影响的。其中cos使得所希望的解调输出信号幅度减小， sin会引起不希望的解调输出，导致解调输出信号失真，所希望两者的相位差尽量小。趋于0。4、实验连接图调制：解调：5、【实验步骤】实验设备：TIMS 教学实验（音频振荡器（Audio Oscillator），主
12、振荡器（Master Signals），加法器（Adder），乘法器（Multiplier），移相器（Phase Shifer），正交分相器（QuadraturePhase Splitter），可调低通滤波器（Tunable LPF）、PC 微机。（1）采用音频振荡器产生一个基带信号，记录信号的幅度和频率。载波可由主振荡器输出一个高频信号。（2）QPS 为正交分相器，其输出为两路正交信号。（3）通过移相器使载波相移/2，注意检查移相器的性能。6、【实验分析与总结】（1）实验结果分析：调制的波形的包络应当两边为平坦的直线，我们所调制出的这个结果相对正确。（2）实验分析分析调制系统是上边带还是下边
13、带，如何实现另一边带的调制系统？答：因为我们这次采取的是相对简单的调制系统，所以根据我们选择的输出口来看是上边带还是下边带。比如我们的设计图表示的就是下表带，如果要实现上边带，需要使后者变成负的，可用移相器实现。实验体会和实验建议答：感觉SSB的调制与AM相比相对困难一些，虽然理论公式很好表示，但是在实际选择器件的时候，还是有困难，一开始我们想用移相器来设计，但是移相器还要调整，增加了实验难度。后来我们在发现其实可以简化设计之后，整个实验都变得简洁了。另外，在波形调制的过程中，我们一开始调制出来的波形不够平坦，于是我们一次又一次的一次进行了相关的调节，得到了最后的波形。总的来说，这个实验从准备
14、到实现做的时间比较长，中途遇到的困难比较多。不过，经过不断的修正最终得到了比较完美的结果，我觉得收获很大。实验建议SSB的调制和解调是我们组花费时间最多的实验，因为不知道应该调出什么样子的波形，后来还是想起通原老师提醒我们说应该是一条直线我们才明白的。另外我们组这样利用发生器的正弦和余弦作为原信号和其希尔伯特变换，是可以调出正确的波形，所以实验书上的方法比较麻烦，但是要求仪器的精度比较高。实验四 调频波（FM）的产生1、【实验名称】：调频波（FM）的产生2、【实验目的】：l 掌握FM 信号的调制方法；l 掌握TIMS 系统的实验方法。3、【实验原理框图】若调制信号时单音频信号则FM 信号的表示
15、式为其中 其中Kf为频率偏移常数（Hz/V），是调制指数。由卡松公式可求出单音频FM 信号的带宽为产生FM 信号的方法之一是利用VCO4、【实验连接图】：5、【实验步骤】实验设备：TIMS 教学实验（音频振荡器（Audio Oscillator），电压控制振荡器（VCO）和缓冲放大器（Buffer Amplifiers）、PC 微机。（1）了解VCO 的中心频率概念。（2）了解频偏概念，可以通过放大器改变基带信号幅度观察FM 信号时域、频域波形。（3）实验中调节VCO，使其中心频率为10KHz。（4）设计FM 调制系统。6、【实验分析与总结】（1）实验结果波形分析：可以看出，调频波是有疏密变化
16、的。（2）实验分析调制过程中遇到的困难答：我们一开始出现的调制波形由于频率设置的不合适，导致出现的相位是反的，也即峰顶的时候是疏，峰谷的时候是密。后来经过老师和同学的提醒，才改对。实验体会和实验建议答：这次实验采用的是直接调频的方法，利用了压控振荡器来产生一个频率可随电压变化而变化的正弦波。不过VCO虽然可以满足大频偏的要求但是中心频率的稳定性却较差。实验要求的频率跟我们实际做的时候有很大差距，导致我们做出的结果是反的，这个很费解。后来终于是弄出来了，希望以后老师可以提醒下，要不很是着急。实验五 ASK 调制与解调一、【实验名称】：ASK 调制与解调（ASK-Modulation & Demo
17、dulation）二、【实验内容】：掌握 2ASK 信号的调制方法、掌握 2ASK 信号的解调方法、掌握 TIMS 系统的实验方法三、【实验原理连接图】：1. 二进制通断键控（OOK）调制和解调的基本原理：二进制振幅键控（2ASK）调制的基本原理：2ASK 信号波形：2ASK 调制信号的产生：方法一：方法二：3. 2ASK 信号解调：非同步解调：同步解调：四、【实验设备连接图】：ASK调制连接图：ASK非同步解调连接图：五、【实验步骤】1.采用如下参考器件：音频振荡器（Audio Oscillator），主振荡器（Master Signals），序列码产生器（Sequence Generato
18、r），双模开关（Dual Analog Switch）和加法器（Adder），乘法器（Multiplier），可变直流电压（Variable DC），共享模块（UtilitiesModule），可调低通滤波器（Tunable LPF），可变直流电压和移相器（Phase Shifter）。2.产生数字信号：利用主振荡器模块的2KHz 正弦信号加到序列码产生器的时钟控制端（CLK）产生序列信号。3. 数字信号的调制要注意时钟同步问题，在本实验中可利用主振荡器模块的8.33KHz加到音频振荡器的SYNC 端，用于时钟同步。4. 利用双模开关产生二进制振幅键控信号。5. 在非同步解调中，将ASK 已调
19、信号经过整流器，低通滤波器最后通过比较器输出；在同步解调中，载波提取可利用主振荡器和移相器（若有相位偏移）完成；然后再通过低通滤波器最后通过比较器输出6. 设计二进制振幅键控调制解调系统六、【实验分析与总结】：1.实验结果：输入和调制波形:解调波形与输入波形对比波形分析: 由上图可知,当二进制序列电平为正时,对应的调制波形为正弦波；当二进制序列为负时，波形为0V的电平。当连续发几个正电平的序列时，波形为多个正弦波。解调波形：波形分析：从解调输出的序列波形图可以看出，解调比较成功。但是存在一定的偏差。2.实验分析：（1）设计 2ASK 调制解调系统中遇到的问题。1一开始输入的波形不对。序列信号发
20、生器的时钟输入端应该给予一个方波信号，不应给予正弦信号，另一端会产生随机序列。2在没出现正确波形的时候，不知道如何调试。在设计解调电路时，应该一步步调节参数。（2）该系统在高斯白噪声环境下应加入哪些模块？在解调端加入VCO，使信号通过LPF后经过VCO，此时的VCO用作窄带滤波，进一步滤除噪声。（3）实验体会和建议实验体会：ASK解调分为相干解调和非相关解调，在本次实验中我们选择了非相干解调。通过此次实验，我们深刻了解到了ASK信号的调制和解调原理。所谓调制，就是利用单极性不归零码序列来控制正弦载波的开启与关闭；非相关解调实质就是包络检波。通过实验，我们认识到，只有掌握了扎实的理论基础，才能在
21、实际中更有效地完成。只有自己动手才能更好地理解一项技术。我们需要培养将理论应用到实践的能力。实验建议：可以增加用不同的解调方法来进行实验。实验六 2FSK 信号的调制一、【实验名称】：2FSK 信号的调制（FSK-Modulation）二、 【实验内容】：设计中心频率为 5KHz、掌握 2FSK 信号的调制方法、掌握 TIMS 系统的实验方法三、【实验原理框图】：1. FSK 调制原理框图：FSK调制框图（相位连续）将二进制数字信号对单一的载频振荡器进行调频，可得到相位连续的2FSK信号二进制序列信号为相位连续的2FSK信号可表示为复包络其中Kf是调频器的频率偏移常数，b (t) 是双极性不归
22、零码序列。由于(t)是b(t)的积分，所以相位(t)是连续的。FSK调制框图（相位不连续）四、【实验设备连接图】：五、【实验步骤】：1.采用如下参考器件：主振荡器（Master Signals），序列码产生器（Sequence Generator），电压控制振荡器（VCO）和音频振荡器（Audio Oscillator），加法器（Adder），双模开关（Dual Analog Switch），可变直流电压（Variable DC）。2.相位连续 2FSK 调制系统中， VCO 输出中心频率为5KHz；相位不连续FSK 调制系统中，可以看作两个ASK 系统相加；3.设计二进制移频键控系统，观察时
23、域、频域波形。六、【实验分析及总结】：1.实验结果：2FSK信号调制:波形分析：由上图可以看出，当序列电平为正时，调制信号的频率较小；当序列电平为负时，调制信号频率较大；在序列电平从负到正的跳变处，调制信号频率由小变大；在序列电平从正到负的跳变处，调制信号频率由大变小。2.实验分析：（1）理解中心频率、频偏的概念中心频率通常定义为带通滤波器（或带阻滤波器）的两个3 dB点之间的中点，一般用两个3 dB点的算术平均来表示。频偏就是调频波频率摆动的幅度，一般说的是最大频偏，它影响调频波的频谱带宽。频偏是调频波里的特有现象，是指固定的调频波频率向两侧的偏移。最大频偏是调制指数的一个决定因素，所以说它
24、影响调频波的频谱带宽。但并不是说最大频偏越大，频谱带宽就一定越宽，这里面还有个调制指数的问题。调制指数m=最大频偏/调制低频的频率，调制指数直接影响移频波频谱的形状与带宽，一般说来，调制指数越大，移频波频谱的带宽越宽。而最大频偏是调制指数的一个决定因素，所以说它影响调频波的频谱带宽。（2）设计 2FSK 调制系统中遇到的问题。 开始出现的波形与实际波形不符，波形是在波形密的时候是低频，波形疏的时候是高频，正好与实际相反。在调节VCO模块后，波形正确。（3）在 2FSK 信号调制中，双模开关起什么作用，可由哪个模块代替？ 双模拟开关是用来控制f1和f2两路信号的通断，切换载频的频率。可以用序列信
25、号发生器模块替代。（4）实验体会和实验建议实验体会：通过本次2FSK信号调制实验，我们深刻理解了二进制移频键控2FSK调制的工作原理，即用二进制数字基带信号去控制正弦载波的载频。此时，对应于传号与空号的载波频率分别为f1和f2。在按照预习报告连接好电路后，并没有出现对应的波形。在对模块进行调试之后，最后得到了相应的波形。我们在实验中遇到的最大的问题是不清楚相应模块的作用，因此在调试中花费了大量的时间。所以说，弄懂实验原理是十分关键的。实验建议：希望能够增加对2FSK的解调，这样理解更顺畅。实验七 BPSK 调制与解调一、 【实验名称】：BPSK 调制与解调（BPSK-Modulation &
26、Demodulation）二、 【实验内容】：产生基带、双极性不归零码及频带信号、掌握 BPSK 信号的调制方法、掌握 BPSK 信号的解调方法、 掌握 TIMS 系统的实验方法三、【实验原理框图】：1.掌握二进制移相键控（BPSK）调制的基本原理。用二进制数字信号控制正弦载波的相位称为二进制移相键控(BPSK)。如果采用双极性二进制序列来做控制信号，与载波的乘积就是BPSK 信号，信号相位会在码元值变化的时候发生相移。BPSK 的解调不能使用非相干解调。提取BPSK 信号中的时钟分量作为解调的相干载波，实验中直接使用调制载波经移相器微调后的载频。BPSK 信号波形BPSK 调制信号的产生，原
27、理图如图其中，an 1，gT(t)是发送脉冲。此次实验只考虑gT(t)为不归零矩形脉冲的情形。2.掌握二进制移相键控（BPSK）解调的基本原理：由于在发端的传号和空号等概率出现时，2PSK信号的功率谱中没有离散的载波分量，所以在2PSK相干解调的载波恢复时，不能像OOK那样直接用窄带滤波器来提取载波，它需要将2PSK信号经非线性变换后产生出离散的载频分量，才能利用窄带滤波器将载波分量滤出来。常用的方法有两种：一是平方环法；一是科斯塔斯环法。四、【实验设备连接图】：调制连线图：示波器输出五、【实验步骤】：1.采用如下参考器件：音频振荡器（Audio Oscillator），移相器（Phase S
28、hiter），序列码产生器（Sequence Generator），线性编码器（Line-code Encode）和乘法器（Multiplier），可调低通滤波器（Tuneable LPF），定标模块（decision-maker module）和线性解码器（Line-code Dncode）。2.产生二进制序列信号，频率为 8K，由线性编码器生成双极性不归零码序列信号。3.设计二进制移相键控调制系统，注意时钟 TTL.CLK；观察基带信号的调制信号的时域波形。4.设计二进制移相键控解调系统。六、【实验分析与总结】：1.实验结果：BPSK信号调制:波形分析：由上述波形图可见，在2PSK调制过程
29、中，当输入数字序列码的电平值发生极性变化时，BPSK信号的相位会发生翻转。2.实验分析：（1）设计 BPSK 调制解调系统中遇到的问题。对于Line-code Incoder的功能理解不是很清楚，导致连线不正确。经过查资料可知NRZ-L表示的是双极性不归零码，NRZ-M表示的是双极性差分码。在产生BPSK信号的过程中应当使用NRZ-L以产生一个双极性不归零码再和载波信号相乘。（2）系统在高斯白噪声环境下应加入哪些模块？若该系统处在高斯白噪声环境下，应在相干解调前加恢复载波的模块连接，即先将2PSK信号经非线性变换产生出离散的载频分量，再利用窄带滤波器（如VCO）将载频分量滤出来。常用的方法有平
30、方环法和科斯塔斯法。若采用科斯塔斯法，则需加入乘法器模块，VCO模块，正交分相器模块，以及滤波器模块。（3）实验体会和实验建议实验体会：在这次实验中，我学会了2PSK 信号的产生原理和实现方法，学会了处理简单故障的方法，明白实验需要耐心和细心；体会到了查阅书籍，相关手册的重要性，不能只局限于课本；掌握了相关软件的使用，收获颇多；深刻体会到了实验中保证实验器材正常的重要性。 在本次实验当中，我们深刻了解了2PSK的调制原理。并且在实验的过程再一次锻炼了解决故障的能力。实际上，一般连接好波形之后，不能直接出现所求波形。在对移相器进行多次调节后，最终得到波形。在实验过程中，我们仔细观察了BPSK信号的波形，它在输入数字序列码的电平值发生极性变化时相位会发生翻转。实验建议：希望能够增加对2PSK的解调。31 / 31