实验一脉冲幅度调制(PAM)及系统实验

【实验性质】：验证性实验实验一脉冲幅度调制(PAM)及系统实验

一、实验目的1、熟悉脉冲振幅调制的工作原理2、加深对抽样定理的理解3、了解PAM调制与解调电路的基本组成二、实验预习要求

主要预习通信系统原理教材中关于“脉冲模拟调制系统”这—章中的“低通信号的取样定理”、“脉冲幅度调制”等主要章节，其次预习一下PPM、PDM调制系统。三、实验仪器仪表

1、70MHz双踪数字存储示波器一台2、实验模块：数字时钟信号源模块低频信号源输出模块一低频信号源输出模块二PAM编译码模块三、实验仪器仪表

四、实验原理知识点

1、模拟信号数字化过程

图1模拟信号的数字传输

模拟信号数字化分三个过程：首先，要将模拟信号离散化，即对模拟信号按一定得时间间隔进行抽样；然后再将无限个可能的抽样值变成有限个可能取值，我们称之为量化；最后对量化后的抽样值用二进制（或多进制）码元进行编码，就可得到所需要的数字信号。四、实验原理知识点

2、低通抽样定理

一个频带限制在(0,fH)赫内的时间连续信号m(t)，如果抽样频率fs大于或等于2fH,则可以由样值序列m(nTs)无失真地重建原始信号m(t).此定理告诉我们：若m(t)的频谱在某一角频率ωH以上为零，则m(t)中的全部信息完全包含在其间隔不大于1/(2fH)秒的均匀抽样序列里。换句话说，在信号最高频率分量的每一个周期内起码应抽样两次，或者说，抽样速率fs（每秒内的抽样点数）应不小于2fH，若抽样速率fs＜2fH，则会产生失真，这种失真叫混叠失真。四、实验原理知识点

3、脉冲调制

以时间上离散的脉冲串作为载波，用模拟基带信号m(t)去控制脉冲串的某参数，使其按m(t)的规律变化的调制方式。通常，按基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制又分为脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PDM)和脉位调制(PPM)。下面介绍脉冲振幅调制，它是脉冲编码调制的基础。四、实验原理知识点

3、脉冲调制PAM、PDM、PPM信号波形四、实验原理知识点

4、PAM

PAM是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。若脉冲载波是冲激脉冲序列，则前面讨论的抽样定理就是脉冲振幅调制的原理。也就是说，按抽样定理进行抽样得到的信号就是一个PAM信号。但是，用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况，是不可能实现的。因为冲击序列在实际中是不能获得的，即使能获得，由于抽样后信号的频谱为无穷大，对有限带宽的信道而言也无法传递。因此，在实际中通常采用脉冲宽度相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列，从而实现脉冲振幅调制。我们介绍用窄脉冲序列进行实际抽样的一种脉冲振幅调制方式：自然抽样的脉冲调幅。

自然抽样的脉冲调幅自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号m(t)变化，或者说保持了m(t)的变化规律。自然抽样的脉冲调幅原理框图如下图所示。

设模拟基带信号m(t)的波形及频谱如图(a)所示，脉冲载波以s(t)表示，它是宽度为τ，周期为Ts的矩形窄脉冲序列，其中Ts是按抽样定理确定的，这里取Ts=1/(2fH)。s(t)的波形及频谱如图(b)所示，则自然抽样PAM信号(波形及频谱见图（c）)为m(t)与s(t)的乘积，即五、实验原理电路图脉冲幅度调制实验系统图见下图所示，主要由输入电路、调制电路、脉冲发生电路、解调滤波电路、功放输出电路等五部分组成。五、实验原理电路图PAM调制电路原理图五、实验原理电路图PAM解调电路原理图六、实验内容

1、脉冲幅度调制实验a观察被调制信号正弦波形、取样脉冲波形和已调信号波形的相互之间的关系及特点，特别是音频带内各频率点的情况。(测1个测量点)b观察验证抽样定理，并加以理论分析和必要的说明。2、PAM通信系统实验观察整个系统收发各点信号的特点并测量其参数，0～4K音频段测2个频率点。七、实验步骤1.PAM调制实验连接线源端口目的端口低频信号源：信号输出PAM调制单元：S-IN数字时钟信号源单元：脉冲输出（8K）PAM调制单元：CLK-IN12342k2k8k七、实验步骤2.PAM调制实验步骤（1）打开交流电源开关和各模块电源开关。（2）调整低频正弦信号源：输出频率范围：0Hz~14.216KHz（通过电电位器进行调整）幅度范围为：0~5VPP（通过电位器进行调整）。（3）用示波器分别测量PAM调制单元S-IN和CLK-IN端口的波形与频率。七、实验步骤（4）调整正弦信号源的可调电阻，将其输出频率为一整数值；记录下其波形，然后分别将CLK-IN的接16K，32K，64K……（脉冲频率逐渐提高），记录各种脉冲频率下的PAM_OUT的输出波形。借助理论分析说明抽样定理的正确性。（5）将输入正弦频率fst≥3KHZ，特别当观察抽样频率fc≤2fst时，请注意区别临界状态时的波形与频率，并记下奈氏速率。（6）在验证抽样定理时，有时会产生波形不同步现象，在示波器中观察不到稳定的信号，此时可以调整输入正弦信号的频率使之同步，有时需反复耐心地调整才能观察到，也可将示波器外加触发信号源，它可以是抽样脉冲，也可为输入正弦，视具体情况而定。七、实验步骤PAM解调实验连线关闭系统电源，保持PAM调制实验部分连线不变，继续增加以下连线：源端口目的端口PAM调制单元：PAM-OUTPAM解调单元：PAM-IN2.PAM解调实验步骤（1）接通所用实验模块的电源。（2）将输入正弦信号频率固定在2KHZ，改变抽样脉冲的频率fc，用示波器观察PAM解调单元的输出端口要S_OUT的输出波形，并与输入波形相比较，检查其失真度。（3）将输入正弦信号频率fst固定在4KHZ，改变抽样脉冲的频率fc，使fc＜2fst，fc=2fst，fc＞2fst，观察并记录PAM解调单元的输出端口S_OUT的输出波形，记录在系统通信状态下的奈氏速率。八、实验报告记录波形

（1）在S-IN处，送fst=2kHz信号。用示波器观测S-IN、CLK-IN（8kHz）、PAM-OUT（PAM-IN）、S-OUT各点波形，并做详细记录、绘图。（2）在S-IN处，送fst=4kHz信号。分别将CLK-IN的接4K，8K，16K……（脉冲频率逐渐提高），用示波器观测：当fc＜2fst（CLK-IN<8kHz)时，PAM-OUT（PAM-IN）、S-OUT各点波形；当fc=2fst（CLK-IN=8kHz)时，PAM-OUT（PAM-IN）、S-OUT各点波形；当fc＞2fst（CLK-IN>8kHz时，PAM-OUT（PAM-IN）、S-OUT各点波形；对fc＜2fst（CLK-IN=4kHz)时，PAM-OUT（PAM-IN）、S-OUT各点波形做详细记录、绘图。波形的正确画法：