无线通信系统实验实验报告

一、 实验目的

1、掌握无线通信（图像传输）收发系统的工作原理； 2、了解各电路模块在系统中的作用。 二、

实验内容

a) 测试发射机的工作状态； b) 测试接收机的工作状态； c) 测试图像传输系统的工作状态；

d) 通过改变系统内部连接方式造成对图像信号质量的影响来了解各电路模块的作

用。

二、 无线图像传输系统的基本工作原理

发射设备和接收设备是通信设备的重要组成部分。其作用是将已调波经过某些处理（如放大、变频）之后，送给天馈系统，发向对方或转发中继站；接收系统再将空间传播的信号通过天线接收进来，经过某些处理（如放大、变频）之后，送到后级进行解调、编码等。还原出基带信息送给用户终端。为了使发射系统和接收系统同时工作，并且了解各电路模块在系统中的作用，通过实验箱中的天线模块和摄像头及显示器，使得发射和接收系统自闭环，通过图像质量来验证通信系统的工作状态，及各个电路模块的作用和连接变化时对通信或图像质量的影响。

以原理框图为例，简单介绍一下各部分的功能与作用。摄像头采集的信号送入调制器进频率调制，再经过一次变频后、滤波（滤去变频产生的谐波、杂波等）、放大、通过天线发射出去。经过空间传播，接收天线将信号接收进来，再经过低噪声放大、滤波（滤去空间同时接收到的其它杂波）、下变频到480MHz，再经中频滤波，滤去谐波和杂

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波、经视频解调器，解调后输出到显示器还原图像信号。 三、 实验仪器

信号源、频谱分析仪等。 四、 测试方法与实验步骤

（一） 发射机测试

图1原理框图

基带信号送入调制器，进行调制(调幅或调频等调制),调制后根据频率要求进行上变频,变换到所需微波频率,并应有一定带宽,然后功率放大，通过天线发射或其它方式传播。每次变频后,会相应产生谐波和杂波，一般变频后加响应频段的滤波器,以滤除谐波和杂波。保证发射信号的质量或频率稳定度。另外调制器或变频器本振信号的稳定度也直接影响发射信号的好坏，因而，对本振信号的质量也有严格的要求。频率稳定度是指：在规定的时间间隔内，频率准确度变化的最大值。变频器所需的本振源根据需要可选用VCO、DRO、PLL等。

a) 测试发射系统功率：按照图2连接电路。

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图 2

发射机框图

设信号源频率为480MHz，信号源输出功率为0dBm。测试发射机输出功率；再逐渐增加信号输入功率，观察发射机输出功率直至达到饱和。

b) 测试发射频率稳定度:以上连接不变，设定信号源频率为480MHz，信号源输出功率仍为0dBm。通过频谱分析仪观察2.2GHz射频输出信号的相位噪声,分别设置频谱分析仪SPAN为1MHz 和100KHz，可分别观察到偏离载频100KHz和10KHz的单边带相位噪声谱密度，判断发射信号的短期频率稳定度。

图3 测试方框图

c)测试发射信号的带外谐波、杂波抑制。以上连接不变，设定信号源频率为480MHz，信号源输出功率仍为0dBm，通过频谱分析仪观察2.2GHz射频输出信号的频谱,设置频谱分析仪SPAN为5GHz，此时观察频谱输出的谐波、杂波等，与主频相比较，其差值为抑制度。

（二） 接收机测试

接收系统或接收设备是通信设备的重要组成部分，其作用是：通过天线接收通信对方或经中继转发的射频信号，经过某些处理（如放大、变频）之后，送到后级进行解调、编码等，还原出基带信息送给用户终端。

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现代无线接收系统一般都采用超外差式结构。超外差式结构的主要特征是在电路构成上具有变频器和中频放大器。

图4接收机方框图

a)测试接收系统增益：按照图4连接电路，在低噪声放大器输入端连接信号源，中频放大器输出端接频谱分析仪。设定信号源频率为2.2GHz；输出功率为-60dBm。中频放大器输出频率为480MHz，此时频谱分析仪显示幅度与-60dBm差值为接收链路总增益。 b)测试接收机灵敏度：图4连接不变。改变信号源输出功率大小，可从-60dBm继续往小变化，在频谱分析仪上观察输出信号频谱。当频谱分析仪RBW设为10MHz，频谱分析仪显示的频谱与频谱分析仪基底噪声差值为10dB时，这时信号源输出功率幅度为接收机最小接收灵敏度。

c)测试接收机动态范围：图4连接不变。设定信号源输出功率为接收机最小接收灵敏度，改变信号源输出功率大小，不断增加信号源输出功率，观察输出幅度变化。当输入幅度增加，输出幅度也增加，但增加量小于1 dB时，为接收机线性动态范围；当输入幅度变化，输出幅度不变化时，为接收机动态范围。

d)测试接收机噪声系数:在微波滤波器输入端连接噪声系数测试仪的噪声源,视频放大器输出端接噪声系数测试仪。见图5。应按照仪器使用说明进行被测系统的测试。

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HP71910A噪声系数测试仪HP346C噪声源被测件

图5 接收机噪声测试

（三） 系统测试

发射机和接收机结构不变的情况下，接入微波发射、接收天线，再外加摄像头和显示器，即将发射和接收系统通过天线、摄像头、显示器自闭环来测试收/发系统的工作状态。

a)传输图像实验。通过摄像头和显示器验证接收和发射系统的工作状态。发射系统的衰减器的输入端接摄像头；接收系统中频放大器输出端接解调器输入端，解调器输出端接显示器。连接好后，给各电路模块及显示器、摄像头加电，两天线距离40公分左右，并且两只天线的极化方式要一致。这时显示器上应显示有摄像头摄到的图像。

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b)收发天线相对位置发生变化，极化状态发生变化，观察图像质量的好坏。通过这个实验可以非常直观地了解发射和接收的工作状态。

c)调整发射机的系统参数如降低输出功率等，观察图像质量的变化；

d)调整接收机的系统参数如在低噪声电路前加衰减器，观察图像质量的变化，。 五、 实验报告

1、 详细描述图像传输系统中发射机/接收机的各个组成部分及其功能。 发射机：

1) 信号源：提供摄像头的视频信号，将光信号转化成电信号。

2) 固定衰减器：有2dB的衰减，可以将信号强度减弱，如果信号能量过强的话容易导致后级器件功率过大而烧坏。

3) 上变频：将基带信号的频率调制到一个很高的频率上去，因为高频率的载波易在信道中传输。

4) 射频滤波器：将上变频产生的其他多余信号滤掉，同时防止杂波噪声对信号产生干扰。

5) 射频放大器：将发射端的信号调大，因为经过信道传输时信号会衰减，所以为了防止信号衰减到接收机检测范围之外，需要提高发射端的信号功率和幅度。 接收机：

1） 天线：系统最前段，用于接收信号。

2） 低噪声放大器：由于信号在信道中传输后会衰减，为了能让信号被后续模块处理，需要将信号放大，且为了不混入干扰信号，使用低噪声的放大器。

3） 射频滤波器：信号在信道中传输时会受到加性高斯白噪声的影响，使信号在全频率都有干扰。为了把载波的频率留下，滤除噪声，需要射频滤波器。

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4） 下变频：将已调载波解调。

5） 中频滤波器：把下变频产生的干扰频率信号或者其他因素产生的非基带频率滤除只留下基带信号的频率。

6） 中频放大器：将基带信号放大，使之可以被后级的解调器解调。

2、 该发射机的输入功率、接收机增益与接收机灵敏度？ 由于我们组只做了发射机的实验，所以仅列出发射机的实验数据 发射机的各部分增益（以dB为单位）：

固定衰减器：衰减2dB 上变频器：6dB 射频滤波器：5~7dB 射频放大器：15~16dB 所以总的增益为24dB至27dB a）测试发射系统功率

输入（db） 0 1 2 3 4 5 输出(dB) 0.9 1.9 2.7 3.4 4.2 4.9 其中输入为5dB输出为4.9dB是1db压缩点。 b）测试发射频率稳定度

单边带相位噪声谱密度：n-a+c-10logB

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偏载100kHz n-a=-38dB B = 30kHz 单边相位噪声谱密度-80.27dB 偏载1MHz n-a=-40dB B = 300kHz 单边相位噪声谱密度-92.27dB C为修正系数2.5dB

3、若在接收机的低噪声放大器前加入衰减器，会明显改变图像质量，而在中频放大器前加入衰减器，图像质量变差程度有限，为什么？

因为在底噪放前加衰减器，会对本来信号强度就很小的接收信号进一步削弱，使信噪比变小，噪声对信号的影响会更大，所以衰减器的衰减效果越明显，图像的质量就会越差。

但在中频放大器前加衰减器时，由于所有的信号已经处理完毕，而且此时已经经历了变频器滤波器增益效果，而且信号和噪声会同近似同比例下降，信噪比几乎不变，所以变差程度有限。

3、说明有哪些内部因素会影响本系统的图像质量？

内部对信号处理时各有源器件会有热噪声，降低系统的信噪比。

在变频的时候可能载波频率和噪声频率作用会产生频率大小和基带频率差不多的信号影响系统的性能。

滤波器的滤波性能无法达到严格的滤波，残留的噪声功率对系统有一定影响。 4、举例说明有哪些外部因素会影响本系统的图像质量？可能通过什么途径能够解决。

实验人的电子产品会对系统有干扰 隔离这些干扰。

天线发出的信号无法被接受天线捕捉 使天线的发射与接收正对。

六、实验心得

通过本次实验我学到了无线通信系统的基本原理，发射设备和接收设备是通信设备的重要组成部分。通过处理已调波形，送给天线系统，发向对方或转发中继站；接收系

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统再将空间传播的信号通过天线接收进来，经过某些处理后送给终端。使我对整个系统有了一个更清楚地认识。并且对发射接收机的参数有了更进一步的认识。

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