1、實驗4抽樣定理及其應用實驗通信1202201208030223吳鎧權一、實驗目的：1、通過對模擬信號抽樣的實驗，加深對抽樣定理的理解；2、通過PAM制實驗，加深理解脈沖幅度調制的特點；3、學習PA網制硬件實現電路，掌握調整測試方法；二、實驗儀器：1、PAM脈沖調幅模塊位號：H2、時鐘與基帶數據發生模塊位號：G3、100M雙蹤示波器1臺三、實驗內容：1、觀測輸入模擬信號、抽樣脈沖、抽樣信號及恢復信號波形；2、改變抽樣脈沖頻率，測試其對抽樣信號及恢復信號的影響；3、測試接收濾波器特性對恢復信號的影響；四、實驗原理：抽樣定理告訴我們：如果對某一帶寬有限的時間連續信號（模擬信號）進行抽樣，且抽樣速率達

2、到一定數值時，那么根據這些抽樣值就能準確地還原原信號。這就是說，若要傳輸模擬信號，不一定要傳輸模擬信號本身，可以只傳輸按抽樣定理得到的抽樣值。通常，按照基帶信號改變脈沖參量（幅度、寬度和位置）的不同，把脈沖調制分為脈幅調制（PAM、脈寬調制（PDM和脈位調制（PPM。雖然這三種信號在時間上都是離散的，但受調參量是連續的，因此也都屬于模擬調制。關于PDM和PPM,國外在上世紀70年代研究結果表明其實用性不強，而國內根本就沒研究和使用過，所以這里我們就不做介紹。本實驗平臺僅介紹脈沖幅度調制，因為它是脈沖編碼調制的基礎。本實驗中需要用到以下5個功能模塊。1、DDS信號源：它提供正弦波等信號，并經過連

3、線送到“PAM脈沖調幅模塊”，作為脈沖幅度調制器的調制信號。P03測試點可用于調制信號的連接和測量；另外，如果實驗室配備了電話單機，也可以使用用戶電話模塊，這樣驗證實驗效果更直接、更形象，P05測試點可用于語音信號的連接和測量。2、抽樣脈沖形成電路模塊：它提供有限高度，不同寬度和頻率的的抽樣脈沖序列，并經過連線送到“PAM脈沖調幅模塊”，作為脈沖幅度調制器的抽樣脈沖。P09測試點可用于抽樣脈沖的連接和測量。該模塊提供的抽樣脈沖頻率可調，占空比為50%。3、PAM脈沖調幅模塊：PAM電路原理圖如下圖所示，它采用模擬開關CD4066實現脈沖幅度調制。抽樣脈沖序列為高電平時，模擬開關導通，有調制信號

4、輸出；抽樣脈沖序列為低電平，模擬開關斷開，無信號輸出。因此，本模塊實現的是自然抽樣。在32TP01測試點可以測量到已調信號波形。調制信號和抽樣脈沖都需要外接連線輸入。已調信號經過PAM模擬信道(模擬實際信道的惰性)的傳輸，從32P03挪孔輸出，它可能會產生波形失真。，32W01(R1)電位器可改變模擬信道的傳輸特性，當R1C1=R2c2時，PAM已調信號理論上無失真。4、接收濾波器與功放模塊：接收濾波器低通帶寬有2.6KHZ和5KHZ兩種，分別由開關K601上位和中位控制，接收濾波器的作用是恢復原調制信號。娜孔P14是接收濾波器與功放的輸入端，實驗時需用外接導線將32P03與P14連接。5、時

5、鐘與基帶數據發生模塊：它提供系統工作時鐘和接收數字低通濾波器工作時鐘。最后強調說明：實際應用的抽樣脈沖和信號恢復與理想情況有一定區別。理想抽樣的抽樣脈沖應該是沖擊脈沖序列，在實際應用中，這是不可能實現的。因此一般是用高度有限、寬度較窄的窄脈沖代替。另外，實際應用中使信號恢復的濾波器不可能是理想的。當濾波器特性不是理想低通時，抽樣頻率不能就等于被抽樣信號頻率的2倍，否則會使信號失真。考慮到實際濾波器的特性，抽樣頻率要求選得較高。由于PAM通信系統的抗干擾能力差，目前很少使用。它已被性能良好的脈沖編碼調制（PCM所取代。PAMt路模塊：PAMt路模塊接口定義：32P01:模擬信號輸入，通常與同步正

6、弦波輸出P04或非同步函數信號輸出P03連接。32P02:抽樣脈沖輸入，通常與抽樣脈沖形成電路P09連接。32TP01:抽樣信號測量點。32P03:抽樣信號輸出，通常與接收濾波器與功放電路P14連接。32W01:仿真信道的特性調節電位器。五、實驗步驟:1、插入有關實驗模塊在關閉系統電源的情況下，按照下表放置實驗模塊:模塊名稱放置位號時鐘與基帶數據發生模塊GPAM脈沖幅度調制模塊H對應位號可見底板右上角的“實驗模塊位置分布表”，注意模塊插頭與底板插座的防呆口一致。2、信號線連接：使用專用導線按照下表格進行信號線連接:源端目的端連線作用P03（底板）32P01(H)將連續的模擬信號送入抽樣單元信號

7、輸入端；P09（底板）32Po2(H)將抽脈沖送人抽樣單元脈沖輸入端;32Po3(H)P14(底板)將抽樣后的信號送入接收濾波器及功放輸入端，3、加電打開系統電源開關，底板的電源指示燈正常顯示。若電源指示燈顯示不正常，請立即關閉電源，查找異常原因。4、輸入模擬信號觀察將DDS言號源產生的三角波（模擬信號最好用復雜信號，如三角波，根據本實驗平臺恢復濾波器帶寬，三角波頻率選1.5KHZ較好）送入抽樣模塊的32P01點，用示波器在32P01處觀察，調節電位器W01,使該點三角波信號幅度約2V（峰一峰值）。5、抽樣脈沖觀察當DDS信號源處于“抽樣”狀態時（D04D03D02D01=0000）,旋轉SS

8、01可改變取樣脈沖（P09）的頻率。示波器接在32P02上，可觀察取樣脈沖波形。考慮到1.5KHZ三角波有效帶寬不低于4.5KHZ（三次諧波），因此抽樣頻率要大于9KH乙6、抽樣信號觀察示波器接在32TP01上，可觀察PAMX樣信號，示波器接在32P03上，調節"PAM脈沖幅度調制”上的32W01可改變PAM言號傳輸信道的特性，PAN樣信號波形會發生改變。7、取樣恢復信號觀察PAM解調用的低通濾波器電路（接收端濾波放大模塊，信號從P14輸入）設有兩組參數，其截止頻率分別為2.6KHZ、5KHZ調節不同的輸入信號頻率和不同的抽樣時鐘頻率，用示波器觀測各點波形，驗證抽樣定理，并做詳細記錄

9、、繪圖。（注意，調節32W01應使32TP01.32P03兩點波形相似，即以不失真為準。）8、改變模擬信號和抽樣脈沖參數修改模擬信號的頻率及類型嗎，修改抽樣脈沖的頻率，重復上述操作。可以嘗試下表所示組合，分析實驗結果：模擬信號抽樣脈沖恢復濾波器1K三角波10K5K1K三角波10K2.6K1K正弦波10K5K電話語音信號8K5K電話語音信號6K5K9、關機拆線實驗結束，關閉電源，拆除信號連線，并按要求放置好實驗模塊。六、實驗報告要求題目:1、簡述抽樣定理及PAM實驗原理，并畫出實驗框圖。答：抽樣定理：是通信理論中的一個重要定理，是模擬信號數字化的理論依據，包括時域抽樣定理和頻域抽樣定理兩部分。抽

10、樣定理：設時間連續信號f6）,其最高截止頻率為Z,如果用時間間隔為一2/m的開關信號對f"）進行抽樣時，則就可被樣值信號唯一地表示。1在一個頻帶限制在內的時間連續信號，如果以小于等于醞的時間間隔對它進行抽樣，那么根據這些抽樣值就能完全恢復原信號。或者說，如果一個連續信號f的頻譜中最高頻率不超過力!，這種信號必定是個周期性的信號，當抽樣頻率8之2%時,抽樣后的信號就包含原連續信號的全部信息，而不會有信息丟失，當需要時，可以根據這些抽樣信號的樣本來還原原來的連續信號。根據這一特性，可以完成信號的模-數轉換和數-模轉換過程。PAMK驗原理：如果對某一帶寬有限的時間連續信號（模擬信號）進行抽

11、樣，且抽樣速率達到一定數值時，那么根據這些抽樣值就能準確地還原原信號。PAM實驗框圖：2、寫出自行設計的實驗步驟，記錄實驗時各種測試條件，所測各點的波形、頻率、電壓等各項測試數據并驗證抽樣定理。答：實驗步驟：1、連線：底板上的P03與PAM脈沖幅度調制模塊的32P01相連，底板上的P09與PAM脈沖幅度調制模塊的32P02相連，PAM脈沖幅度調制模塊的32P03與底板上的P14相連。2、打開電源。3、DDS信號源產生的三角波送入抽樣模塊，觀察波形。4、使DDS信號源處于抽樣狀態，觀察抽樣波形。5、改變數據，驗證抽樣定理。3、說明抽樣后信號經過PAM莫擬信道傳輸及接收數字低通濾波器后，波形將會出現哪些失真。答：抽樣后信號經過PAM莫擬信道傳輸及接收數字低通濾波器后，波形可能會出現相位失真和幅度失真。4、對上述1.5KHZ三角波抽樣，分析應選用那種帶寬的恢復濾波器，為什么？答：應選用帶寬為1.5KHZ的低通濾波器進行恢復濾波，因為抽樣后頻譜會進行搬移，最終只需得到三角波的頻譜就可以