通信原理实验二

1、电子信息工程系实验报告成 绩：课程名称：现代通信原理与技术指导教师（签名）：实验项目名称：抽样定理和脉冲调幅（PAM）实验 实验时间： 2012.05.14班级：通信092 姓名：陈萍萍 学号： 910705221一、实验目 的:1. 验证抽样定理；2. 观察了解PAM信号形成过程，平顶展宽解调过程。二、实验仪器1. 抽样定理和脉冲调幅（PAM）实验模块2. 数字频率计 8110A3. 低频信号发生器 XFD74. 直流稳压电源JWY-30-45. 双踪同步示波器 SR86. 毫伏表GB9三、实 验 原 理:概述在通信技术中为了获取最大的经济效益，就必须充分利用信道的传输能力，扩大通信容量。因

2、此，采取多路化制式是极为重要的通信手段。最常用的多路复用体制是频分多路复用（FDM）通信系统和时分多路复用（TDM）通信系统。频分多路技术是利用不同频率的正弦载波对基带信号进行调制，把各路基带信号频谱搬移到不同的频段上，在同一信道上传输，而时分多路系统中则是利用不同时序的脉冲对基带信号进行抽样，把抽样后的脉冲信号按时序排列起来，在同一信道中传输。利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为“抽样”，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原信号。抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的

3、地位。数字通信系统是以此定理作为理论基础的。在工作设备中，抽样过程是模拟信号数字化的第一步。抽样性能的优劣关系到整个系统的性能指标。作为例子，图2-1示意地画出了传输一路语音信号的PCM系统。从图中可以看出要实现对语音的PCM编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，也是一切模拟信号数字化的重要环节。图2-1 单路PCM系统示意图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），可以唯一地由频率等于或大于2fH的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400Hz的语言信

4、号m(t)，可以用频率大约或等于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2-2和图2-3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的语音信号，通常采用8kHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带，见图2-4。如果fsfH，就会出现频谱混叠的现象，如图2-5所示。图2-2 语音信号的频谱图2-3 语音信号的抽样频谱和抽样信号频谱图2-4 留出防卫带的语音信号的抽样频谱图2-5 fs|UP|，则场效应晶体管处于夹断状态，输出信号为

5、“0”。抽样脉冲来时，驱动三极管导通，发射极+5V电压加到驱动三极管，使之反向偏置。从截止到导通的跳变电压经跨接在三极管两端的电容加到场效应晶体管的G极。使栅极、源极之间的电压迅速达到场效应晶体管导通的数值，并一直达到使栅极电压等于源极上的模拟电压。这样，抽样脉冲期间模拟电压经场效应晶体管开关加到负载上。由于抽样电路的负载是一个电阻，因此抽样的输出端能够得到一串脉冲信号。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。这样，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。有图2-6可知，用一低通滤波器即可实现模拟信号

6、的恢复。为便于观察，解调电路由设随、低通滤波器和放大器组成，低通滤波器的截止频率为3400Hz。图2-6 抽样定理实验方框图2. 多路脉冲调幅（PAM信号的形成和解调）多路脉冲调幅的实验框图如图2-7所示。在图2-8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

7、送端分路抽样与接收端分路选通是一一对应的，这是依靠它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。采用这种类似于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s是很窄的。当占空比为s/Ts的脉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过大的问题。但我们知道平顶抽样将引起固有

8、的频率失真。PAM信号在时间上是离散的，但在幅度上却是连续的。而在PCM系统里，PAM信号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。图2-7 多路脉冲调幅实验框图四、实验步骤与实验结果：1. 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。(1)在TP1观察主振脉冲信号。波形图为：图像一主振脉冲波形分析：频率f=2MHZ 脉冲宽度t=500ns(2)在TP2观察分路抽样脉冲（1-1）（8kHz）。波形图如下所示：图像二主振脉冲波形分析：频率f=8MHZ 脉冲宽度t=125ns2. 验证抽样定理连接TP2TP6，观

9、察并画出以下各点的波形。(1)低频正弦信号从TP4输入，fH = 1kHz，幅度约2VP-P。(2)以TP4作双踪同步示波器的同步信号，观察TP8抽样后形成的PAM信号。把输入信号调整到一合适的频率上，使PAM信号在示波器上显示稳定，计算在一个信号周期内的抽样次数。核对信号频率与抽样频率的关系在TP8输出波形图为：图像三(3)连接TP8TP14，在TP15观察经低通滤波器和放大器的解调信号。测量其频率，确定和输入信号的关系。在TP15输出波形图为：图像四实验分析：图像三中，一个信号周期内的抽样次数n=8，信号频率F=1kHz，抽样频率Fs=8kHz。图像四中，解调信号的频率为F=1.005kHz,与原信号频率一样，但是幅度有失真。(4)改变fH，令fH = 6kHz，重复步骤2，3项内容。在TP8输出波形图为：图像五在TP15输出波形图为：图像六注：由于操作的实验机子的PAM信号形成和解调功能不行，所以第三步骤没有