1、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 的平均值为 0，将其叠加一个直()mt流偏量 后与载波相乘，即可形成调幅信号。其时域表示式为0A0()()cosAMsttt若 为确知信号，则 AM 信号的频谱为()mt0 1()()()(
2、)2AMccccS M 其典型波形和频谱（幅度谱）如图 4 所示cost()t0 tt0Amt0tt0()AMSt0()H01 ()AMSCC012图 4 AM 信号的波形和频谱若 为随机信号，则已调信号的频域表示必须用功率谱描述。()mt由波形可以看出，当满足条件： 时，AM 调幅波的包络与调制信号0max()tA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()mt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
3、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 的 2 倍，即Hf2AMHBfAM 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，()cosmtAt即调制效率可以写为 2200()mAMAt在“满调幅”（ 时，也称 100调制）调节下，这时调制效率的最大值max()t为 。因此，AM 信号的功率利用率比较低。13AMAM 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
4、广播。本实验采用的 AM 调幅框图如下图 5 所示。调 幅 输 出基 波 输 入载 波 输 入cs i n t0A + m ( t )0 A + m ( t ) cs i n t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 ，即含直流分量的正0()At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（
5、包络检波）。前面提到，当 AM 信号在满足 的条件下，其包络与调制信号 的形状0max()tA()mt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R C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 A
6、M 调幅信号的包络。 从0()()cosAMstmtt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
7、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 去掉，即可得到一种高调制效率的调制方式 抑制载波双边0A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。()mt0tcost0tt0载 波 反 相 点0()MHH0CC()DSBt ()DSB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
8、。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 入载 波 输 入cs i n tm ( t )*m ( t )cs i n t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 和 384K 正弦载波信号()mt，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sinct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
9、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。D S B 输 入L P F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
10、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
11、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()cos22SBstmtttt式中， “”对应上边带信号， “+”对应下边带信号； 表示把 的所有频率成()m分均相 ，称 是 的希尔伯特变换。2()mt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
12、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
13、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
14、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。D S B 调 幅解 调 器解 调 器L P FL P F模 拟 信 号 1复 用 模 块模 拟 调 制 模
15、 块模 拟 解 调 模 块 2调 制 1调 制 2输 出 输 入输 出 1输 出 2相 乘 输 出解 调 输 出基 波 输 入1 9 2 K 正 弦载 波 输 入模 拟 信 号 2基 波 输 入3 8 4 K 正 弦载 波 输 入D S B 调 幅调 幅 输 出 1调 幅 输 出 2频 分 复 用频 分 解 复 用B P F1 9 2 K3 8 4 KH P F频 分 解 复 用频 分 解 复 用调 幅 输 入调 幅 输 入 相 乘 输 出 解 调 输 出模 拟 解 调 模 块 11 9 2 K 正 弦载 波 输 入3 8 4 K 正 弦载 波 输 入图 11 频分复用系统实验框图信号源模块提
16、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 1.988KHz2、 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 384.1KHz3、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
