北京交通大学

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1、通信原理实验电子信息工程学院学生：王家乐 穆书奇学号：15211022 15211017指导教师：王根英日期： 2017年12月02日上课时间：星期一时间16： 00实验十二 基带信号的频谱测试得分姓名： 穆书奇学号:15211017班级:通信1501姓名：王家乐学号:15211022班级：通信1501第 十三周 星期 一 第 四大节实验名称：频带信号的频谱测试一、实验目的（1）加深对各种基带数字信号频谱的理解。（2）加深对各种数字基带信号频谱带宽的理解。（3）掌握虚拟仪测试各种数字基带信号频谱和带宽的方法二、实验仪器（1）ZH5001A 通信原理综合实验系统（2）20MHz 双踪示波器（3）

2、计算机（4）虚拟仪三、实验前的准备（1）预习本实验的相关内容。（2）熟悉虚拟仪器的操作方法。（3）熟悉附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置。（4）实验前重点熟悉的内容1）了解周期和非周期信号的频谱；2）了解各种随机数字信号的功率谱，3）熟悉虚拟仪的主要功能和测试频谱的方法。四、实验原理本次实验是基于 VIRTINS 虚拟仪的基带信号频谱分析。1）单极性不归零码的功率谱所谓不归0,就是指“ Ts，此时，加兀f =mTn f = m，烁伽）=0 ,所以,二进制单极性不归0码随机序列的功率谱密度表达式为P （f） = f P（1 - P）A2t2Sa2（） + f 2P2A2T28（f）S s

3、2 s其波形如图 10-7 所示。由图可以看出，这种码型不存在定时分量。2）单极性归零码的功率谱现在分析二进制单极性归0码随机序列的功率谱密度。归0就是指T T /2（式 10-21）0 | t | T /2（式 10-22）G（f）1G （f） = -At Sa（）2 2 （ 式 10-23）在这种情况下，G2（f） = -Gi（f），由此可得双极性二进制矩形脉冲随机序列的功率谱密度为P (f) = 4f P(l P)| G(f)|2 +f2(2P - 1)2 |G(0)|2 5(f) +S s 1 s 1(式 10-24)f 2(2P 1)A2t2 | G (mf )|2 5(f mf )

4、s 1 s sm =g将式 10-23带入式 10-24，可得otP （f） = 4f P（1 - P）A2t2Sa2（竺）+ f 2（2P - D2A2T28（f） +Ss2 sf 2（2P 一 1）A2t2 Sa2（mT兀f ）8（f 一 mf ） s s s m = g二进制双极性不归0码，与前面所述单极性归0的含义一样，就是T = Ts , 此时加叮=mT兀fs= m，Sa2（mr） = 0，因此，一进制双极性不归0码随机序列 的功率谱密度表达式如式（10-26）所示。oTP （f） = 4f P（1 一 P）A2t2Sa2（） + f 2（2P 一 D2A2T28（f）Ss2 s由式

5、（10-26）可以看出，双极性不归0码的功率谱密度仅在0频处有 一根离散线谱，其他所有的离散谱均为0，如图 10-9所示。根据式（10-26）， 当二进制信号等概时，在0频处的离散谱也消失，因为等概的双极性信号是 不会存在直流分量的，所以在0频处的离散分量消失也是不难理解的。Ps 30图10-9双极性不归0码的功率谱4）双极性归零码的功率谱对于双极性归零二进制矩形脉冲随机序列的功率谱密度可以用下式求得P （f） = 4f P（1 一 P）A2t2Sa2（竺）+ f 2（2P 一 D2A2T28（f） +Ss2 sf 2（2P 1）A2t2 艺 Sa2（mp兀f ）8（f 一 mf ）s s s

6、双极性二进制归0码，与前面所述单极性归0的含义一样，就是指T Ts ,利用 50% 占空比，即 r = T/2，此时加叮=mTn f /2 = m/2 , Sa 2（mn /2） = 0 , 当m = 1时，Sa2（ /2）丰0，因此，二进制双极性归0码随机序列的功率谱密度表达式如式（10-27）所示。mrP （f） = 4f P（1 一 P）A2t2Sa2（ ） + f 2（2P 一 1川28（f） +Ss2 sf 2（2P - 1）A2t2 艺 Sa2（m兀 / 2）8（f 一 mf ）ssm=-g其功率谱密度如图10-10所示。由图可知，这种码型的功率谱密度与二 进制单极性码的功率谱密度

7、相同。实际上，这两者是有区别的，因为是否相 同，还要看其包含的各种分量的大小，对于双极性信号，其线谱分量是很小 的。因为从式中可以看到，线谱分量的大小与一进制码元出现的概率有关， 当等概情况下，离散谱全部消失。五、实验内容（1） 单极性归零码频谱测试：TPD08|TT（iq1L i2400.Z30.Z80.380.53X503Kzoo*17:30:05:312记录 |自动SI 大17歸问冈示波器血频谱分析仪文件的设置仪器窗口帮助0 扃触发首奇 2P 厉31 0% T I舷 ：NRO 二|采样50MH?3数 |2皿00辽开始 也新建 Mi crosoft W. . . ZV Multi-Inst

8、rument.0.13分历丰：15Z5. 88Hz0.33HB II一FT32768二 WND 阪手窗BultiInstruent （万用fc） 3.3|50VI幅度谱 MSI 廳皱丨画丄a曲町kdc 3(ac 3l20V200 nsH单极性归码是周期信号，其频谱图是离散的。由图可知，其频谱聚集于 00.5MHZ内(主瓣宽度)，w=0.5MHZ。输入时钟为256khz，如图可看出，极 性归零码有丰富的时钟分量。随着频率的增大，定时分量频谱逐渐减小。单 极性归码有丰富的直流分量。(2)单极性不归零码频谱测试：TPD01单极性不归码是周期信号，其频谱图是离散的。由图可知，单极性不归码频谱的主瓣宽度

9、为0.25MHZ。随着频率的增大，其频谱逐渐减小。单极性不归码有直流分量。但时钟分量为 0(3)双极性归码频谱测试：TPD05|ioooo自动IE40-200.A0.75If隔Apr5-01-20018:06:00:56218:06WJ厂滚动F胡|幅度谱Hb氐|FFT 32768:WND |汉宁窗p-/ lult i-Inst ruent （万用傥）3. 5EE冈示液器血频谙分桁仪100A：嵯怕尬皐=109. T2 IfflzFFTR：1 C3 新逹 Microsoft W. . . ZV采样|20V二II 士別V曖|直分丄B Q屯阮文件世)设置仪器d)窗口迪帮助 曲ia扯发ZT画an邂矚双极

10、性码是周期信号，其频谱图是离散的。由图可知，其频谱集中在 00.25MHZ内。随着频率的增大，其频谱逐渐减小。当频率大于1MHZ时，其 频谱可忽略不计。可见双极性码的能量集中。双极性码无时钟分量。（5）HDB3 码频谱测试:本实验的单极性归码和双极性归码就是借助HDB3码来实验的，所以可 以通过上述的实验来分析HDB3码。（8）1kHz 方波信号频谱测试（示波器校准信号）1kHz方波的周期信号其频谱如图所示，在1kHZ处存在基次谐波，随后 是高次谐波。六、遇到的问题及解决方法1. 开始进行实验时对实验原理不清晰，不明白操作的含义是什么，因此耽误 了一定的时间。2. 开始时对每一个取得测量点不清

11、楚，通过翻阅前面实验的内容终于找到了 测试点。3. 在测量方波是，波形始终不是很好，通过不断调整采样率和时间才得到满意的方波。七、心得穆书奇 15211017我在这次实验中收获很多，从无法入手到理解实验目的和实验内容需要 一个过程。实验中输出波形与理论值会有一些差别，这就需要在牢固掌握理 论知识的前提下结合实际情况分析。遇到困难要积极思考对策，耐心细致排 查可能的原因，向老师虚心请教。实验仪器对波形会有很大影响，但是基本 规律还是一样的。我们要注意理论知识与实验相结合，才能加深对知识点的 理解。对于实验，我们必须保持耐心，首先懂得原理，懂得实验的目的，才 能有所收获。王家乐 15211022虽

12、然我们的通信原理实验基本上都是验证性实验，但是对于我们这些知 识能力还不够的学生来说，这些探索也是很有价值的。对于这些实验，我们 在探索中学习、在模仿中理解、在实践中掌握。通信原理实验让我在探索、 自 我学习中获得知识。当然经过一学期通信原理实验课的学习，也发现了 自身存在的很多不足。自己的理论知识并不是很强，有些实验结果无法得到 透彻的解释；我的思维、思考方式还需要提高，一些复杂的实验时我还不能 很快很好的完成，每个实验后相关的思考题也不能得到很好的解决。八、参考文献：1郭宇春，张星，张立军，李磊，宋光农通信系统原理M.北京：科学出版社，2012.32王根英，王琴，周春月.通信系统原理实验M

13、.北京：清华大学出版社;北京：北京交通大学出版社， 2010.10得分班级：通信1501班级：通信1501实验十三 频带信号的频谱测试姓名：穆书奇学号:15211017姓名：王家乐学号：15211022 第 十三周 星期 一 第 四大节实验名称：频带信号的频谱测试一、实验目的(1) 加深对各种数字已调信号频谱的理解。(2) 加深对各种数字已调信号频谱带宽的理解。(3) 掌握虚拟仪测试各种数字频带信号频谱和带宽的方法二、实验仪器（1）ZH5001A 通信原理综合实验系统一台（2）20MHz 双踪示波器一台（3）计算机一台（4）虚拟仪一台三、实验前的准备（1）预习本实验的相关内容。（2）熟悉虚拟仪

14、器的操作方法。（3）熟悉附录B和附录C中实验箱面板分布及测试孔位置。（4）实验前重点熟悉的内容1）FSK 信号的频谱分布；2）BPSK 信号的频谱分布；3）DBPSK 信号的频谱分布；4）熟悉虚拟仪的主要功能和测试频谱的方法。四、实验原理（1）ASK 信号的功率谱前面已经求出了单极性非归 0 矩形脉冲随机序列的功率谱密度，如式（ 10-28）所示。P (f) = f P(1 - P)A2r2Sa2() + f 2P2A2T28(f)(式 10-28)Ss2 s设已调信号的功率谱密度用P)(/)表示，则ASK信号的功率谱密度为P(f) = -P (f + f ) + -P (f - f )(式

15、10-29)04 S 04 S 0将式10-28带入式10-29，并设P = 1/2,A二Ts，可得P (f) = 1 T Sa2兀(f + f )T + Sa2兀(f - f JT + 1 5(f + f ) + 5(f - f )(式S 16 s 0 s 0 s 16 0 010-30)ASK 信号的功率谱密度如图10-1 1 所示。由图 10-11 可以看出，它将基带信号的功率谱分别线性地搬移到了载波信号0和0处，已调信号的带宽 为 2 s。(2) FSK 信号的功率谱2FSK信号的功率谱密度可以看成两个ASK信号功率谱密度的叠加。根 据式(10-30)可以得到相位不连续的2FSK信号的

16、功率谱密度，如式(10-31) 所示。其功率谱如图10-12所示。P (f) = T Sa2兀(f + f )T + Sa2兀(f 一 f )T )+S 16 s0 s0 sSa2兀(f + f )T + Sa2兀(f 一 f )T +(式 10-31)2 s 2 s5(f + f ) + 5(f - f ) + 5(f + f ) + 5(f - f )16 0 0 2 2由图10-12可以看出，相位不连续的2FSK信号的功率谱，是两个2ASK 信号功率谱的叠加。2FSK信号功率谱的两个频率分别为 1和2，已调信 号的带宽为铁一巴+加。(3) PSK 信号的功率谱 如前所述，双极性不归零随机

17、序列的功率谱密度可以表示为P (f)二S(式 10-32)4f P(1 - P)A2r2Sa2(巴)+ f 2(2P - 1)A2T28(f) s 2 s在一般情况下，已调信号的正、负频域的功率谱是不会重叠的。在这 种情况下，已调信号的功率谱密度可以表示为P(f) = 1 P (f + f ) + 1 P (f 一 f )(式 10-33)04 S04 S0式(10-33 )中的Ps (f)表示基带信号的功率谱密度。因此，将式(10-32) 代入式(10-33),并设P =1/2, A = T，就可以得到2PSK信号的功率谱 密度P (f) = T Sa2兀(f + f )T + Sa2兀(f

18、 一 f )T (式 10-34)S4 s0 s0 s2PSK信号的功率谱如图10-13所示。五、实验内容(3)中频BPSK频谱测试 测试点：TPK03由时域图可以看出，调制信号周期T=20s,载波频率约为fO=1Hz，观察 频域图，带宽B约为0.1Hz,满足B=2/T，中心频率为载波频率1Hz左右。(5)载波频谱测试测试点： TPK07载波信号周期约为1us，中心频率约为1MHz(6)位定时频谱测试 发时钟 TPM01 时，收时钟 TPMZ07六、实验补充在完成实验之后，由于做的比较快，开始时是截的图，后来老师告诉了我们输出图片文件的方法。由于时间相隔两周（13，14），在 14 周验收 l

19、abview 时，我由于第一个验完等同学，闲着没事就做了一下FSK的频谱测量，其实 方法一样。虽然前面为介绍FSK的实验，但是我们知道测试点和基本原理就 好。1、基带FSK频谱测试测试点：TPi03（1）测试信号为全0码 时域图如下：频谱图如下：FSK全0码是非周期信号，其频谱图是连续的。由图可知，其频谱范围在 00.05MHZ 内。在 0.05MHZ 后没有频谱分量。2）测试信号为 m 码时。4域图如下：频谱图如下：FSK m 码是非周期信号，其频谱图是连续的。由图可知，其频谱范围也 在 00.05MHZ 内。在 00.05MHZ 内，其频谱包含两个波峰，在 0.02MHZ 处， 有一频谱值

20、达1的频谱分量，在最大频谱分量附近频谱值快速下降到0.4附 近，降低了 60%。同时，我们从图中也可以看出，在0.05MHZ后基本没有频 谱分量。2、中频FSK频谱测试测试点： TPK03（1）测试信号为全0码时域图如下：A:豆大値=1. 125 V ft/bffl1.781 V 时均值=-0.344 V 有效值=0. 825 V中频 FSK 全 0 码是非周期信号，其频谱图是连续的。由图可知，其在 1MHZ 频率处有一值为 1 的单边带频谱分量，在其他频率范围内的频谱几乎没有。 可见，其频谱能量很集中。单一性好。频谱图如下：由图可知，m序列的频谱图与全0码频谱图及其相似。将正交调制信输入信号

21、的一路基带调制信号断开（D/A模块内的跳线器Ki01或Ki02），重复以上步骤（双边带）。（1）测试信号为全0码时域图如下：A （V）A:殳大值=0. 938 V 最小值=-1.594 V 时均值0.418 V 有效值=0.675 V频谱图如下：由图可知，双边带全0码与单边带相比，其不同之处在与在1MHZ处，其频谱分量由带边带频谱变为双边带频谱，但右边带频谱较左边带小（较单 边带的频谱值也小），我们推测可能是由于实验设备存在误差造成或是双边 带 FSK 频谱更容易受外界影响。（2）测试信号为m码 时域图如下：由图可知，m序列的频谱图与全0码频谱图及其相似。七、基带信号频谱与频带信号频谱区别基带

22、信号：信源（信息源，也称发终端）发出的没有经过调制（进行频谱 搬移和变换）的原始电信号，其特点是频率较低，信号频谱从零频附近开始 具有低通形式。频带信号：在通信中，由于基带信号具有频率很低的频谱分量,出于抗 干扰和提高传输率考虑一般不宜直接传输,需要把基带信号变换成其频带适 合在信道中传输的信号，变换后的信号就是频带信号（如果一个信号只包含了一种频率的交流成份或者有限几种频率的交流成 份，我们就称这种信号叫做频带信号）。其主要用于网络电视和有线电视的 视频广播。因此，基带信号的频谱具有低通特性，而频带信号频谱具有带通特性。 这是本质区别。这种特点决定了两种信号在应用过程中的具体选择。对于实 验

23、结果，与理论分析是一致的。八、遇到的问题及解决方法1、开始进行实验时对实验原理不清晰，不明白操作的含义是什么，因 此耽误了一定的时间。2、开始时对每一个取得测量点不清楚，通过翻阅前面实验的内容终于 找到了测试点。九、心得穆书奇 15211017，做实验时,一定要亲力亲为,不要钻空子，务必要将每个步骤,每个细 节弄清楚,最好能理解明白。在完成实验后,还要进行一定的复习和思考。只 有这样,你的才会印象深刻,记得牢固。否则,过后不久，也许是半个学期， 就会忘得一干二净,这是很糟糕的一种情况。在做实验时,老师还会根据自己 的经验,将一些课本上没有的知识教给我们,拓宽我们的眼界,使我们认识到 通信原理实

24、验的应用是那么的广泛，可以大大增强我们的探索的兴趣。通过完成本次的通信原理实验 ,使我学到了不少实用的通信知识 ,加深 了对通信系统的理解，加强了动手的能力，与理论课完成了很好的互补。更 重要的是,在做实验的过程,我们收获了思考问题和解决问题的各种角度以 及方法, 提高了在实践中研究问题，分析问题和解决问题的能力，这与做 其他的实验是通用的,让我受益匪浅，对以后的学习更加有信心。王家乐 15211022在这中间，我也发现了我存在的很多不足。我的动手能力还不够强，当有 些实验需要很强的动手能力时我还不能从容应对；我的探索方式还有待改 善，当面对一些复杂的实验时我还不能很快很好的完成；我的数据处理

25、能力 还得提高，当眼前摆着一大堆复杂数据时我处理的方式及能力还不足，不能 用最佳的处理手段使实验误差减小到最小程度.虽然我们的通信原理实验基本上都是验证性实验，但是对于我们这些知识 能力还不够的学生来说，这些探索也是很有价值的。对于这些实验，我们在 探索中学习、在模仿中理解、在实践中掌握。通信原理实验让我在探索、自 我学习中获得知识。当然经过一学期通信原理实验课的学习，也发现了自身 存在的很多不足。自己的理论知识并不是很强，有些实验结果无法得到透彻 的解释；我的思维、思考方式还需要提高十、参考文献：1 郭宇春，张星，张立军，李磊，宋光农通信系统原理M.北京：科学出版社， 2012.32 王根英，王琴，周春月.通信系统原理实验M.北京：清华大学出版社；北京：北京交通大学出版社， 2010.10