通信原理实验-抽样定理

学生实验报告系别电子工程系课程名称通信原理实验班级实验名称实验一：抽样定理实验姓名实验时间2010年11月9日学号指导教师报告内容一、实验目的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、实验内容1、时钟信号和定位定时信号。7、抽样信号的恢复。2、抽样窄脉冲8KH2信号波形。8、滤波幅频特性。3、多路抽样信号。9、抽样定理验证。4、同步测试信号源的波形和频率。10、抽样保持信号的失真。5、抽样信号波形。11、多路抽样的路际串话。6、抽样保持信号波形。三、实验原理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。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3400HZ2、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。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。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PAM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/(2R1C1)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四、实验仪器抽样定理实验装置华南理工大学通信与信息工程系双踪同步示波器1台数字频率计1台低频信号发生器1台毫伏表1台直流稳压电源1台五、实验内容(一)抽样和分路脉冲的形成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。P1的图像P2的图像P1的振幅为5.6V周期为2.4us，频率为0.42MHzP2的振幅为4.8V周期为0.52us,频率为1.92MHz2、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。A线观察的波形B线观察的波形图A的振幅为4.4V，周期为130us,频率为7.7KHz图B的振幅为4.4V，周期为130us,频率为7.7KHz3、观察（6）同步测试信号源的波形和频率。由上图可知波形为正弦波，周期为1ms，振幅为8.8V。(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。图A图B图A为正弦波，图B为图A的抽样，振幅为8.8V,周期为1ms.图C图C为取样信号的波形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。图D为正弦抽样，周期为1ms,振幅为8.4V。图D(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。图E的振幅为13.2V,周期为1ms图E2、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1.4V1.4V1.4V1.1V0.88V0.64V170mV21mV(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。（4）IV300H21KH22KH23KH23.4KH24KH26KH28KH2(15)幅度1.28V1.24V1.16V0.92V088V***(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。2、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。六、实验结论与心得成绩教师签名批改时间年月日