高等教育--通信原理实验七

1、实验七抽样定理实验一、实验目得1、 了解抽样定理在通信系统中得重要性.2、 掌握自然抽样及平顶抽样得实现方法。3、 理解低通采样定理得原理。4、 理解实际得抽样系统.5、 理解低通滤波器得幅频特性对抽样信号恢复得影响。6、 理解低通滤波器得相频特性对抽样信号恢复得影响。7、 理解带通采样定理得原理。二、实验器材1、 主控信号源、 3 号模块各一块2、 双踪示波器一台3、 连接线若干三、实验原理1、实验原理框图平顶抽样保持music被抽样电路S1信号源信号抽样LPF-INLPF-OUT自然抽样输出LPF抗混叠滤波器A-out抽样抽样电路脉冲编码输入译码输出3# 信源编译码模块FIR/IIRFPG

2、A 数字滤波图 1 1 抽样定理实验框图2、实验框图说明抽样信号由抽样电路产生. 将输入得被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号 , 自然抽样得信号经过保持电路得到平顶抽样信号。平顶抽样与自然抽样信号就是通过开关 S1切换输出得。抽样信号得恢复就是将抽样信号经过低通滤波器, 即可得到恢复得信号。这里滤波器可以选用抗混叠滤波器( 8阶、 4kz得巴特沃斯低通滤波器）或PGA数字滤波器（有FI、IIR两种 ). 反 sinc滤波器不就是用来恢复抽样信号得，而就是用来应对孔径失真现象.要注意，这里得数字滤波器就是借用得信源编译码部分得端口。在做本实验时与信源编译码得内容没有联系。四、实验步骤

3、实验项目一抽样信号观测及抽样定理验证概述 :通过不同频率得抽样时钟 ,从时域与频域两方面观测自然抽样与平顶抽样得输出波形，以及信号恢复得混叠情况， 从而了解不同抽样方式得输出差异与联系 ,验证抽样定理。、关电，按表格所示进行连线.源端口目标端口连线说明信号源 : USIC模块 3:TH1 （被抽样信号)将被抽样信号送入抽样单元信号源： A-OU 模块 3:TH2( 抽样脉冲）提供抽样时钟模块 :TH3( 抽样输出）模块 3： H5（ L F IN ） 送入模拟低通滤波器2、开电 ,设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】. 调节主控模块得 W1 使 A out 输出峰峰值为V.3、

4、此时实验系统初始状态为 :被抽样信号 MUSIC 为幅度 4、频率 3K 1K 正弦合成波 .抽样脉冲 A OUT 为幅度、频率 9 H 、占空比 20得方波。4、实验操作及波形观测.（ 1)观测并记录自然抽样前后得信号波形：设置开关S13#为“自然抽样 档位 ,用示波器分别观测MUS C 主控信号源 与抽样输出 3#。 USIC 主控 & 信号源抽样输出3 （ 2）观测并记录平顶抽样前后得信号波形：设置开关S13#为“平顶抽样”档位,用示波器分别观测USIC 主控信号源 与抽样输出3#. US 主控信号源抽样输出3（ 3）观测并对比抽样恢复后信号与被抽样信号得波形:设置开关S13 为“自然抽

5、样”档位 ,用示波器观测MUSIC 主控 & 信号源 与 P OUT 3# ,以 100得步进减小A U 主控信号源得频率 ,比较观测并思考在抽样脉冲频率多小得情况下恢复信号有失真。（ 4）用频谱得角度验证抽样定理（选做)：用示波器频谱功能观测并记录被抽样信号 USIC 与抽样输出频谱。以0Hz 得步进减小抽样脉冲得频率,观测抽样输出以及恢复信号得频谱。 （注意：示波器需要用250kS s 采样率（即每秒采样点为2 0K ） ,FT缩放调节为0)。注：通过观测频谱可以瞧到当抽样脉冲小于倍被抽样信号频率时，信号会产生混叠。实验项目二滤波器幅频特性对抽样信号恢复得影响概述：该项目就是通过改变不同抽

6、样时钟频率，分别观测与绘制抗混叠低通滤波与 fir数字滤波 得幅频特性曲线，并比较抽样信号经这两种滤波器后得恢复效果，从而了解与探讨不同滤波器幅频特性对抽样信号恢复得影响 .1、测试抗混叠低通滤波器得幅频特性曲线.（ 1）关电 , 按表格所示进行连线。源端口目标端口连线说明信号源：-OU模块： TH （ LPF将信号送入模拟滤波器 I ）(）开电，设置主控模块，选择【信号源】【输出波形】与【输出频率】,通过调节相应旋钮 ,使 O T 主控信号源 输出频率5 z、峰峰值为得正弦波。(3)此时实验系统初始状态为:抗混叠低通滤波器得输入信号为频率K z、幅度 3V 得正弦波 .(4) 实验操作及波形

7、观测。用示波器观测 PF OUT 3.以 1 Hz 步进减小 O T 主控信号源 输出频率， 观测并记录 P U 3#得频谱。记入如下表格 :A-OUT频率 /Hz基频幅度 V5K4、 K3、 K3、0K由上述表格数据, 画出模拟低通滤波器幅频特性曲线。思考 :对于、 Hz 低通滤波器 ,为了更好得画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号源输入频率得步进值大小？、测试 ir 数字滤波器得幅频特性曲线。（ 1)关电 ,按表格所示进行连线.源端口目标端口连线说明信 号 源 ： A 模块 3：TH13（编码输入）将信号送入数字滤波器OUT（ 2)开电，设置主控菜单：选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理

8、】【FR滤波器】。调节【信号源】 ，使 A u输出频率 KHz 、峰峰值为3得正弦波 .（ 3)此时实验系统初始状态为: i 滤波器得输入信号为频率H 、幅度3V 得正弦波。（ 4）实验操作及波形观测。用示波器观测译码输出3#，以 100Hz 得步进减小A OUT 主控信号源 得频率 .观测并记录译码输出 #得频谱 .记入如下表格 :A_out 得频率 /Hz基频幅度5K4K3K2、由上述表格数据,画出 ir 低通滤波器幅频特性曲线.思考：对于 KHz 低通滤波器，为了更好得画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号源输入频率得步进值大小 ?3、分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进行恢复，比较被抽

9、样信号恢复效果。(1 ）关电，按表格所示进行连线：源端口目标端口连线说明信号源 :MU C模块 3:T ( 被抽样信提供被抽样信号号）信号源： A O T模块 3：H2（抽样脉冲）提供抽样时钟模块 3:TH3（抽样输出）模块 3： TH5 （ LPF-IN ）送入模拟低通滤波器模块： TH3 （抽样输模块： TH13（编码输入 )送入 FIR 数字低通滤波器出）(2）开电，设置主控菜单,选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】【FIR 滤波器】 .调节 W 主控信号源使信号 -OUT 输出峰峰值为 3左右。(3)此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC 为 K 1正弦合成波，抽样时钟信号 A

10、 O T 为频率 9K z、占空比 20% 得方波 .（ 4）实验操作及波形观测。对比观测不同滤波器得信号恢复效果：用示波器分别观测LPF-O T3与译码输出3#,以 10Hz 步进减小抽样时钟A U 得输出频率 ,对比观测模拟滤波器与FIR 数字滤波器在不同抽样频率下信号恢复得效果。（频率步进可以根据实验需求自行设置。 ）思考：不同滤波器得幅频特性对抽样恢复有何影响9HZ、 Z8、 Z8、 5HZ8HZ7、 5 Z H实验项目三滤波器相频特性对抽样信号恢复得影响。概述： 该项目就是通过改变不同抽样时钟频率，从时域与频域两方面分别观测抽样信号经 fi 滤波与ii 滤波后得恢复失真情况,从而了解

11、与探讨不同滤波器相频特性对抽样信号恢复得影响。1、观察被抽样信号经过fir低通滤波器与iir低通滤波器后，所恢复信号得频谱。（ 1)关电 ,按表格所示进行连线。源端口目标端口连线说明信号源： MU I 模块 3:TH (被抽样信号）提供被抽样信号信号源 :A OUT模块 3： TH2( 抽样脉冲 )提供抽样时钟模块 3:TH3 （抽样输出 )模块 3：T 3(编码输入）将信号送入数字滤波器(）开电，设置主控菜单,选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】。调节W1主控信号源使信号 A OU输出峰峰值为3V 左右。（ 3）此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUS 为 3K 1K 正弦合成波，抽样时钟

12、信号A UT 为频率 K z、占空比20%得方波。（）实验操作及波形观测。a、观测信号经fi 滤波后波形恢复效果:设置主控模块菜单，选择【抽样定理】 【IR 滤波器】；设置【信号源】使O输出得抽样时钟频率为7、5K z;用示波器观测恢复信号译码输出3 得波形与频谱。b、观测信号经iir 滤波后波形恢复效果:设置主控模块菜单,选择【抽样定理】【IIR滤波器】；设置【信号源】使OUT 输出得抽样时钟频率为7、5 z；用示波器观测恢复信号译码输出得波形与频谱 .c、探讨被抽样信号经不同滤波器恢复得频谱与时域波形:被抽样信号与经过滤波器后恢复得信号之间得频谱就是否一致？如果一致，就是否就就是说原始信号

13、能够不失真得恢复出来？用示波器分别观测fir 滤波恢复与 ir 滤波恢复情况下，译码输出 #得时域波形就是否完全一致 ,如果波形不一致 ,就是失真呢 ?还就是有相位得平移呢 ?如果相位有平移 ,观测并计算相位移动时间。注：实际系统中,失真得现象不一定就是错误得，实际系统中有这样得应用。2、观测相频特性（ 1) 关电 , 按表格所示进行连线。源端口目标端口连线说明信 号 源 :A 模块 3： H13（编码输使源信号进入数字滤波器UT入）（ 2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】【通信原理】【抽样定理】【FIR滤波器】。（ 3）此时系统初始实验状态为: A- UT 为频率 9K z、占空比 2 %得方波。(4)实验操作及波形观测.对比观测信号经fi 滤波后得相频特性 :设置【信号源】使 A OUT 输出频率为 5H、峰峰值为 V 得正弦波； 以 10 H步进减小 A UT 输出频率， 用示波器对比观测A-O T主控 & 信号源与译码输出得时域波形。相频特性测量就就是改变信号得频率,测输出信号得延时（时域上观测).记入如下表格：A OUT 得频率被抽样信号与恢复信号得相位延时 Hzms、 5K3、 4K3、 3K、五、实验报告1、分析电路得工作原