抽样定理实验

1电子科技大学中山学院电子信息学院学生实验报告课程名称通信原理实验实验名称实验一抽样定理实验班级，姓名实验时间2015年月日学号指导教师李飞鹏报告内容一、实验目的和任务1．了解抽样信号和抽样保持信号的形成；2．验证抽样定理；3．了解多路抽样路际串话的原因。二、实验原理简介1、抽样定理抽样定理指出，一个频带受限信号m（t），如果它的最高频率为fH（即m（t）的频谱中没有fH以上的分量），可以唯一地由频率大于2fH的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400HZ的语音信号m（t），可以用频率大于或等于6800Hz的样值序列来表示，抽样频率fs和语音信号m（t）的频谱如图2和图3所示。由频谱可知，用截止频率为fH的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m（t），这就说明了抽样定理的正确性。实际上，考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语言信号，通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带。见图4。如果fs＜fH，就会出现频谱混迭的现象，如图5所示。在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率fH的正弦波来代替实际的语音信号。采用标准抽样频率fs＝8KHZ。改变音频信号的频率fH，分别观察不同频率时，抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。验证抽样定理的实验方框图如图6所示。在图8中，连接（8）和（14），就构成了抽样定理实验电路。2抽样电路采用场效应晶体管开关电路。抽样门在抽样脉冲的控制下以每秒千次的速度开关，T3为结型场效应晶体管，T2为驱动三极管。当抽样脉冲没来时，9012.3DK2都处于饱和导通状态，－12V电压加在场效应管栅极，使其处于夹断状态，输出信号“0”。抽样脉冲到来时，9012.3DK2处于截止状态，场效应管栅极电压升高，使其处于导通状态。这样，抽样脉冲期间模拟电路负载是一个电阻，因此抽样门的输出端能得到一串脉冲信号。此脉冲信号的幅度与抽样时输入信号的瞬时值成正比例，脉冲的宽度与抽样脉冲的宽度相同。这种脉冲信号就是脉冲调幅信号。当抽样脉冲宽度远小于抽样周期时，电路输出的结果接近于理想抽样序列。由图6可知。用一低通滤波器即可实现对模拟信号的恢复。为了便于观察，解调电路由射随、低通滤波器和放大器组成，低通滤波器的截止频率为3400HZ。2、多路脉冲调幅系统中的路际串话多路脉冲调幅的实验方框图如图7所示。在图8中，连接（8）和（11）、（13）和（14）就构成了多路脉冲调幅实验电路。分路抽样电路的作用是：将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号。N路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的。各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。本实验设置了两路分路抽样电路。多路脉冲调幅信号进入接收端后，由分路选通脉冲分离成n路，亦即还原出单路PAM信号。发送端分路抽样与接收端分路选通是一一对应的，这是依靠他们所使用的定时脉冲的对应关系决定的。为简化实验系统，本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得。接收端的选通电路也采用结型场效应晶体管作开关元件，但输出负载不是电阻而是电容。采用这种类似与平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题。由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度τS是很窄的。当占空比为τS／TS的脉图7多路脉冲调幅实验框图冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。这样大的衰减带来的后果是严重的。但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100％的占空比，从而解决信号幅度衰减大的问题。但我们知道平顶抽样将引起固有的频率失真。PAM信号在时间上是离散的，但是幅度上趋势连续的。而在PAM系统里，PAM信只有在被量化和编码后才有传输的可能。本实验仅提供一个PAM系统的简单模式。3、多路脉冲调幅系统中的路标串话路际串话是衡量多路系统的重要指标之一。路际串话是指在同一时分多路系统中，某一路或某几路的通话信号串扰到其它话路上去，这样就产生了同一端机中各路通话之间的串话。串话分可懂串话和不可懂串话，前者造成失密或影响正常通话；后者等于噪声干扰。对路标话必须设法防止。一个实用的通话系统必须满足对路标串话规定的指标。在一个理想的传输系统中，各路PAM信号应是严格地限制在本路时隙中的矩形脉冲。但是如果传输3PAM信号的通道频带是有限的，则PAM信号就会出现“拖尾”的现象。当“拖尾”严重，以至入侵邻路时隙时，就产生了路标串话。在考虑通道频带高频谱时，可将整个通道简化为图9所示的低通网络，它的上截止频率为：f1=1/(2R1C1)图9通道的低通等效网络为了分析方便，设第一路有幅主为V的PAM脉冲，而其它路没有。当矩形脉冲通过图9（a）所示的低通网络，输出波形如图9（b）所示。脉冲终了时，波形按R1C1时间常数指数下降。这样，就有了第一路脉冲在第二路时隙上的残存电压——串话电压。这种由于信道的高频响应不够引起的路标串话就叫高频串话。当考虑通道频带的低频端时，可将通道简化为图10所示的高通网络。它的下截止频率为：f2=1/(2πR2C2)由于R2C2＞＞τ，所以当脉冲通过图10(a)所示的高通网络后，输出波形如图10(b)所示，长长的“拖尾”影响到相隔很远的时隙。若计算某一话路上的串话电压，则需要计算前n路以这一路分别产生的串话电压，积累起来才是总的串话电压。这种由于信道的低频响应不够引起的路标串话就叫做低频串话。解决低频串话是一项很困难的工作。图10通道的高频等效网络限于实验条件，本实验只模拟可高频串话的信道。三、实验内容和数据记录准备工作：1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机；2、把实验板电源连接线接好接好；3、开机注意观察电流表正电流＋I180mA负电流－I60mA若与上述电流差距太大，要迅速关机，检查电源线有无接错或其它原因。(一)抽样和分路脉冲的形成4用示波器和频率计观察并核对各脉冲信号的频率，波形及脉冲宽度，并记录相应的波形频率，示波器工作方式置“CHOP”1、在P1观察主振脉冲信号，P2观察位定时信号。2、用A线观察分路抽样脉冲（1－2）8KH2。用B线观察分路抽样脉冲（2－2）8KH2。3、观察（6）同步测试信号源的波形和频率。(二)抽样信号和PAM信号的形成K1接2、3即处于单路工作状态。K3接1、2即处于抽样保持工作状态。1、同步正弦信号（6）接（4）输入，示波器A线接（4），B线接（8）。记录波形，然后A线接（1－2）。记录波形，观察取样信号的波形。2、（1－2）接（12），（8）接（11）A线接（13）B线接（8）观察抽样保持的波形并作记录。(三)抽样信号的恢复在(二)工作状态下：1、把（13）接（14）A线接（13）B线接（15）观察取样保持信号经过滤波还原的信号，比较（4）和（15）的波形、频率。2、断开（14）和（13）连接，音频信号发生器信号接入（14），幅度IV，测量滤波器的频率特性并作记录，画出幅频特性曲线。（14）IV300H21KH22KH23KH23.4KH24KH26KH28KH2(15)幅度10.410.29.87.526.244.401.060.0465(四)验证抽样定理K1接2、3K3接1、21、断开（6）和（4）连接，（8）接（11），（13）接（14），（1－2）接（12）2、外接音频信号输入（4），幅度约IV，A线接（4），B线接（15），改变音频信号发生器的频率，观察（15）的波形和频率并与（4）比较，核对信号频率和取样频率的关系，重点观察300H2、1KH2、2KH2、3KH2、3.4KH2、4KH2、6KH2、8KH2信号的波形和幅度，并画出系统频响特性，观察抽样保持的sin失真现象。(五)多路抽样的路际串话K1接1、2即处于多路抽样工作状态。K3接1、2即处于抽样保持工作状态。K5接1、2即模拟信道有串话传输特性。1、（6）接（4），（8）接（11），外接音频信号1V300H2，输入（5）。2、当（1－2）接（12）时，A线接6，B线接13，在（13）选通的是（6）输入的1KH2信号。3、当（2－2）接（12）时，A线接（5）B线接（13），在（13）选通的是300H2信号，不会发生串话。4、（8）接（9），（10）接（11），即信道有积分特性时，（2－2）接（12）比较（5）（13），（6）（13）波形，有第一路的（6）1KH2信号，串入第二路300HZ信号，即发生了串话。5、把K5改接2、3，即加大积分传输特性，重做4。四、结论与心得进行该次试验，组装、调整函数信号发生器时，面对复杂的电路板，才体会到了事先做好预习的重要性。看懂预习册的电路图，仔细得寻找相关的元件，耐心、细心。对要做的实验内容得有一定的了解和分析能力，即相关的知识掌握，才能够在实验过程中检查数据的正确性，和准确性。打开示波器的时候，看到的不是预想的波形，得学会分析，慢慢地调节和观察，直到成功观察到对应的图像。6成绩教师签名批改时间年月日