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2021-06-04 记一次好玩的通信原理实验

通信原理实验(hfut)

  • 模拟信号源及 AM、DSB 观测
    • 波形观测
    • 实验结果分析
    • 总结
  • HDB3码型变换实验
    • 波形观测
    • 总结
  • 眼图观测实验

模拟信号源及 AM、DSB 观测

1、 观察AM、DSB时域波形及频谱。
2、 理解信号源各种输出信号的特性。

波形观测

正弦波:
输出频率为20KHz,峰-峰值为3V的正弦波信号的时域波形(图中黄色曲线)
三角波:
输出峰峰值约为2.5V的三角波信号的时域波形(图中黄色曲线)
方波:
输出频率为8KHz,占空比为30%的方波的时域波形(图中黄色曲线)
DSBFC信号(AM)
时域波形:
CH2蓝色曲线为MUSIC端口输出的时域波形;CH1黄色曲线为A-out端口输出的时域波形,为DSBFC信号
频域波形:
图中红色曲线为CH1通道A-out的频谱图
DSBSC信号(DSB)
时域波形:
CH2蓝色曲线为MUSIC端口输出的时域波形;CH1黄色曲线为A-out端口输出的时域波形,为DSBSC信号
频域:
在这里插入图片描述
FM信号
时域波形:
CH2蓝色曲线为MUSIC端口输出的时域波形;CH1黄色曲线为A-out端口输出的时域波形,为等幅的FM信号
频域:
图中红色曲线为CH1通道A-out的频谱图

实验结果分析

  1. AM 信号的时域表达式为
    AM信号时域表达式
    式中𝐴0为外加的直流分量,𝜔𝑐为载波角频率(3kHz).此实验中𝑚(𝑡)为确知信号,
    则 AM 信号的频谱为
    AM频谱
    式中𝜔为信号角频率(1kHz).
    因此可看到该 DSBFC 信号的时域波形包络与 MUSIC 的波形基本一致,频谱图中该
    信号由载频分量(中间最高的谱线)、上边带(远离载频分量的两根谱线)、下
    边带(靠近中心的谱线)三部分组成.
  2. 抑制载波的双边带信号(DSB-SC)将直流𝐴0去掉,其时域表达式为:
    DSB时域
    DSBSC 的频谱与 DSBFC 的谱相近,只是没有了在±𝜔𝑐处的𝛿函数,即
    DSB频谱
    因此可看到该 DSBSC 信号的时域波形的包络是将原信号在水平轴以下部分翻折
    上来,而频谱由上边带(中间两根谱线)、下边带(外侧两根谱线)两部分组成.
  3. 以宽带调频为例,单音调制 FM 信号的时域表达式为
    FM时域

式中𝐽𝑛(𝑚𝑓)为第一类 n 阶贝塞尔函数,𝜔𝑚为调制信号最高频率,𝑚𝑓为调频指数.
因此,结合贝塞尔函数性质,可看到 FM 信号时域波形幅度不变,频域由载波分
量(中间最高谱线)和对称分布在载频两侧的无数边频组成.

总结

AM和DSB频谱是调制信号频谱的线性搬移,DSB抑制了AM信号中的载波分量,而FM属于角度调制,其频谱是原调制信号的非线性变换,产生了与频谱搬移不同的新的频率成分,因此也比AM和DSB占有更宽的带宽.

HDB3码型变换实验

1、 了解几种常用的数字基带信号的特征和作用。
2、 掌握HDB3码的编译规则。
3、 了解滤波法位同步在的码变换过程中的作用。

波形观测

HDB3码
CH2通道蓝色曲线为编码输入的数据,CH1通道黄色曲线为编码输出的数据(HDB3码),对应编码用红字标出,符合HDB3码规则,延时约为5T_B
CH2通道蓝色曲线为编码输入的数据,CH1通道黄色曲线为编码输出的数据(HDB3码),对应编码用红字标出,符合HDB3码规则,延时约为5T_B

基带码元的奇数位的变换波形
蓝色曲线为输入数据,黄色曲线为基带码元的奇数位变换波形
基带码元的偶数位的变换波形
蓝色曲线为输入数据,黄色曲线为基带码元的偶数位的变换波形,红字为对应码字

注: HDB3码变换(A1和B1 表示对应的输入序列经过电路处理后的奇数位和偶数位码元),因为码型变换后三电平的关系,电路中用两个比特表示,如码元01 表示电平 +1, 10表示电平 -1, 00表示电平0。

相减
CH2通道蓝色曲线为HDB3-A1,CH1通道黄色曲线为HDB3-B1,红色曲线为B1-A1,所求A1-B1即为红色曲线反相得到的波形
编码输入的数据和译码输出的数据
CH2通道蓝色曲线为编码输入的数据波形,CH1通道黄色为译码输出的数据波形
单极性码、双极性码的频谱
红色曲线为单极性码的频谱
HDB3(双极性码)的频谱
编码输入的时钟和译码输出的时钟
在这里插入图片描述
CH1通道黄色曲线为编码输入的原始位时钟信号的波形,约为512kHz,CH2通道蓝色曲线为译码输出的位时钟波形,约为256kHz

总结

单极性码、双极性码的频谱的区别在于:单极性多离散分量,是否存在离散线谱取决于矩形脉冲的占空比,而双极性的离散分量大大减少,“0”、“1”等概率时双极性信号没有离散谱,也即没有直流分量和定时分量。

眼图观测实验

1、了解和掌握眼图的形成过程和意义。
2、掌握光纤通信系统中的眼图观测方法。

眼图及其各种特性参数
从眼图中我们可以得到以下信息:
(1)最佳抽样时刻是“眼睛”张开最大的时刻。
(2)眼图斜边的斜率表示了定时误差灵敏度。斜率越大,对位定时误差越敏感。
(3)在抽样时刻上,眼图上下两分支阴影区的垂直高度,表示最大信号畸变。
(4)眼图中央的横轴位置应对应于判决门限电平。
(5)在抽样时刻上,眼图上下两阴影区的间隔距离的一半为噪声容限,若噪声瞬时值超过它就会出现错判。
(6)眼图倾斜分支与横轴相交的区域的大小,即过零点失真的变动范围;它对利用信号零交点的平均位置来提取定时信息的接收系统来说影响定时信息的提取。

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