抽樣定理與PAM調(diào)制解調(diào)實驗

1、脈幅調(diào)制（PAM）是數(shù)字通信系統(tǒng)最為常用的調(diào)制方式之一，脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨基帶信號變化的一種調(diào)制方式。如果脈沖載波是由脈沖激脈沖組成的，根據(jù)抽樣定理，就可以把信號復(fù)原，就是脈沖振幅調(diào)制的原理。通過本實驗，我對抽樣定理和PAM調(diào)制解調(diào)有更深的了解。抽樣定理與PAM調(diào)制解調(diào)實驗工科實驗報告 2009-12-14 23:22:16 閱讀292評論0 字號：大中小訂閱一、實驗?zāi)康?、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調(diào)制實驗，使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的特點。3、通過對電路組成、波形和所測數(shù)據(jù)的分析，了解PAM調(diào)制方式的優(yōu)缺點。二、實驗電路的工作原理與分析

2、取樣也稱抽樣、采樣，是把時間連續(xù)的模擬信號變換為時間離散信號的過程。抽樣定理是指：一個頻帶限制在（0，fH）內(nèi)的時間連續(xù)信號 m（t），如果以Tw1/2fH秒的間隔對它進(jìn)行等間隔抽樣，貝Um（t）將被所得到的抽樣值完全確定。根據(jù)取樣脈沖的特性，取樣分為理想取樣、自然取樣（亦稱曲頂取樣）、瞬時 取樣（亦稱平頂取樣）；根據(jù)被取樣信號的性質(zhì)，取樣又分為低通取樣和帶通取樣。雖然取樣種類很多， 但是間隔一定時間，取樣連續(xù)信號的樣值，把信號從時間上離散，這是各種取樣共同的作用，取樣是模擬信號數(shù)字化及時分多路的理論基礎(chǔ)。抽樣定理和脈沖幅度調(diào)制系統(tǒng)框圖如（教材）圖3- 1所示，實驗原理圖如（教材）圖3- 2所

3、示，由輸入電路、高速電子開關(guān)電路、脈沖發(fā)生電路、解調(diào)濾波電路、功放輸岀電路等五部分組成。取樣電路是用4066模擬門電路實現(xiàn)。當(dāng)取樣脈沖為高電位時，取出信號樣值;當(dāng)取樣脈沖為低電平時，輸出電壓為0，這樣便完成了取樣。本電路屬于低通信號的自然取樣根據(jù)取樣定理，取樣后的信號還原為原信號要通過理想低通濾波器，本濾波電路系統(tǒng)用有源低通濾波器代替理想低通濾波器完成還原。數(shù)據(jù)測量當(dāng)SP302接入抽樣時鐘信號為16KHZ抽樣時鐘方波信號 SP108時測量點波形峰峰值（V）頻率(KHZ)TP3011.442. 00TP302圖13.6416.65TP3011.441.988TP303圖20.8201.999TP

4、3030.8401.999TP304圖33.122.002當(dāng)SP302接入抽樣時鐘信號為 8KHZ抽樣時鐘方波信號 SP109時測量點波形峰峰值 (V)頻率(KHZ)TP3011.441.953TP302圖43.608.064TP3011.422.000TP303圖50.8402.012TP3030.8402.014TP304圖63.162.000圖4圖5圖6測量點波形峰峰值 (V)頻率(KHZ)TP3011.441.986TP302圖73.603.968TP3011.441.985TP303圖80.6642.005TP3030.6722.000TP304圖91.841.969當(dāng) SP302

5、接入抽樣時鐘信號為4KHZ 抽樣時鐘方波信號 SP110 時圖7圖8圖9(二) 音樂信號源的 PAM 調(diào)制解調(diào)實驗將SP302分別接入不同的抽樣時鐘信號頻率(SP108-SP112)可以發(fā)現(xiàn)音樂信號的質(zhì)量隨著頻率的降低越來越差。三、實驗總結(jié)與體會脈幅調(diào)制 (PAM) 是數(shù)字通信系統(tǒng)最為常用的調(diào)制方式之一， 脈沖振幅調(diào)制，即是脈沖載波的幅度隨基 帶信號變化的一種調(diào)制方式。如果脈沖載波是由脈沖激脈沖組成的，根據(jù)抽樣定理，就可以把信號復(fù)原， 就是脈沖振幅調(diào)制的原理。通過本實驗，我對 抽樣定理和 PAM 調(diào)制解調(diào)有更深的了解。實驗八信號的抽樣與恢復(fù)(PAM)一、 實驗?zāi)康?、驗證抽樣定理2、觀 察了解

6、 PAM 信號形成的過程；預(yù)備知識1、學(xué)習(xí)“從抽樣信號恢復(fù)連續(xù)時間信號2、理想低通濾波器的沖擊響應(yīng)形式；3、沖擊函數(shù)的性質(zhì)；臺;臺;三、實驗儀器1、JH5004 “信號與系統(tǒng)”實驗箱2、20MHz示波器四、實驗原理利用抽樣脈沖把一個連續(xù)信號變?yōu)殡x散時間樣值的過程稱為抽樣，抽樣后的信號稱為脈沖調(diào)幅(PAM )信號。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號保留了原信號的全部信息，并 且從抽樣信號中可以無失真地恢復(fù)出原始信號。抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎(chǔ)。抽樣過程是模擬信號數(shù)字化的第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到通信設(shè)備整個系統(tǒng)的性能指標(biāo)。抽樣定理指

7、出，一個頻帶受限信號m(t)，如果它的最高頻率為則可以唯一地由頻率等于或大于2fh的樣值序列所決定。抽樣信號的時域與頻域變化過程如下圖所示。五、實驗?zāi)K說明在JH5004 “信號與系統(tǒng)”實驗箱的中有一“ 抽樣器與保持電容組成。PAM抽樣定理”模塊，該模塊主要由一個P AMR11. _n船2一個完整的PAM電路組成如下圖所示。圖4.1.5抽樣定理實驗原理框圖即在輸入、輸出端需加一低通濾波器。前一個低通濾波器是為了濾除高于fs/2的輸入信號，防止出現(xiàn)頻譜混迭現(xiàn)象，產(chǎn)生混迭噪聲，影響恢復(fù)出的信號質(zhì)量。后面一低通濾波器是為了從抽樣序列中恢復(fù)出信號，濾除抽樣信號中的高次諧波分量。六、實驗步驟按1.3節(jié)的

8、方法設(shè)置JH5004信號產(chǎn)生模塊為模式 1,在該模式下在正弦信號 16KHZ、 32KHZ輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的信號輸出，同時在信號 A組產(chǎn)生1KHz信號，在信號 B組產(chǎn)生 125KHZ信號輸出，以及PAM所需的抽樣時鐘。1、 采樣沖擊串的測量：在 JH5004的“ PAM抽樣定理”模塊的 D(t)輸入端測量采樣沖 擊串，測量采樣信號的頻率。2、 模擬信號的加入：用短路線將“信號A組”輸出1KHz正弦信號與“PAM抽樣定理” 模塊的信號輸入 X端相連。3、信號采樣的PAM序列觀察：在“ PAM抽樣定理”模塊的輸出端可測量到輸入信號 的采樣序列，用示波器比較采樣序列與原始信號的關(guān)系、及采樣序列與采樣沖

9、擊串 之間的關(guān)系。4、 PAM信號的恢復(fù)：用短路線將“ PAM抽樣定理”模塊輸出端的采樣序列與“無源與有源濾波器”單元的“八階切比雪夫低通濾波器”的輸入端相連。在濾波器的輸 出端可測量出恢復(fù)出的模擬信號，用示波器比較恢復(fù)出的信號與原始信號的關(guān)系與 差別。5、用短路器連接“ PAM抽樣定理”模塊的 A與C端，重復(fù)上述實驗。七、實驗思考1、在實驗電路中，采樣沖擊串不是理想的沖擊函數(shù)，通過這樣的沖擊序列所采樣的采 樣信號譜的形狀是怎樣的？用短路器連接“ PAM抽樣定理”模塊的 A與C端，由外部信號源產(chǎn)生一65KHZ的正弦信號送入“ PAM抽樣定理”模塊中，再將采樣序列送入低通濾波器，用示波器測量恢復(fù)

10、出來 的信號是什么？為什么？實驗一抽樣定理與脈沖調(diào)幅（PAM ）實驗一、實驗?zāi)康模?、驗證抽樣定理；2、觀察了解PAM信號形成過程、平頂展寬解調(diào)過程；3、了解時分路系統(tǒng)中的路際串話現(xiàn)象。二、實驗原理及電路說明1、抽樣定理一個頻帶受限信號 m（t），如果它的最高頻率為fh（即m（t）的頻譜中沒有fh以上的分量），可以唯一地由 頻率等于或大于2fh的樣值序列所決定。因此，對于一個最高頻率為3400hz的語音信號m（t），可以用頻率大于或等于6800hz的樣值序列來表示。實際上考慮到低通濾波器特性不可能理想，對最高頻率為3400HZ的語音信號，通常采用 8KHZ抽樣頻率，這樣可以留出1200HZ 的

11、防衛(wèi)帶。在驗證抽樣定理的實驗中，用單一頻率fh的正弦波來代替實際的語音信號。采用標(biāo)準(zhǔn)抽樣頻率fs = 8KHZ，改變音頻信號的頻率fh，分別觀察不同頻率時，抽樣序列的低通濾波器的輸岀信號，理解抽樣定理。2、多路脈沖調(diào)幅（信號的形成和解調(diào)）在圖1.1中（附本章后），連接測試孔8和11、13和14后就構(gòu)成了多路脈沖調(diào)幅實驗電路。將在時間上連續(xù)的語音信號經(jīng)脈沖抽樣形成時間上離散的脈沖調(diào)幅信號。n路抽樣脈沖在時間上是互不交叉、順序排列的，各路的抽樣信號在多路匯接的公共負(fù)載上相加便形成合路的脈沖調(diào)幅信號。本實驗的分路選通脈沖直接利用該路的分路抽樣脈沖經(jīng)適當(dāng)延遲獲得。接收端的選通電路也采用結(jié)型場效應(yīng)為晶體

12、管作開關(guān)元件，但輸出負(fù)載不是電阻而不是電容。類似于平頂抽樣的電路是為了解決PAM解調(diào)信號的幅度問題。由于時分多路的需要，分路脈沖的寬度ts是很窄的。當(dāng)占空比為 ts/Ts的脈沖通過話路低通濾波器后，低通濾波器輸岀信號的幅度很小。這樣大的衰減帶來的后果是嚴(yán)重的，但是，在分路選通后 加入保持電容，可使分路后的PAM信號展寬到100%的占空比，從而解決信號幅度衰減過大的問題，但平頂抽樣將引起固有的頻率失真。PAM信號在時間上是離散的，但在幅度上是連續(xù)的。而在PCM系統(tǒng)里，PAM信號只有在被量化和編碼后才有傳輸?shù)目赡?。本實驗僅提供一個PAM系統(tǒng)的簡單模式。3、多路脈沖調(diào)幅系統(tǒng)中的路際串話在一個理想的傳

13、輸系統(tǒng)中，各路 PAM信號應(yīng)是嚴(yán)格地在本路時隙中的矩形脈沖。但如果傳輸PAM信號的通道頻帶是有限的，則 PAM信號就會岀現(xiàn) 拖尾”勺現(xiàn)象，當(dāng) 拖尾”嚴(yán)重，以至侵入鄰路時隙時，就產(chǎn)生了 路際串話。三、實驗儀器雙蹤同步示波器一臺數(shù)字頻率計一臺低頻信號發(fā)生器一臺毫伏表一臺直流穩(wěn)壓電源一臺PAM教學(xué)實驗箱一臺四、實驗內(nèi)容在實驗箱中使用了 7805 ， 7905 各 7812 芯片來保護(hù)實驗板電子元器件，電路板上標(biāo)著5V ， 5V ， 12V 的電源輸入端應(yīng)輸入 +7V ，-7V ，+14V 的電源。（一）、抽樣和分路脈沖的形成用示波器和頻率計觀察并記錄各脈沖信號的頻率、波形及脈沖寬度。1 、 在測試點

14、 1 處觀察主振脈沖信號；2、 在測試點 6 處觀察分路抽樣脈沖（ 1-1 ）（ 8KHZ ）3、 在測試點 7 處觀察分路抽樣脈沖（ 2-1 ）（ 8KHZ ）（二）、驗證抽樣定理1、 正弦信號從測試孔 4 輸入， fh3KHZ, 幅度約 2Vp-p 。2 、 以測試點 4 的信號作雙蹤同步示波器的同步信號，觀察測試點8 抽樣后形成的 PAM 信號。把輸入信號調(diào)整到合適的頻率上， 使 PAM 信號在示波器上顯示穩(wěn)定， 計算在一個信號周期內(nèi)的抽樣次數(shù)， 核對信 號頻率與抽樣頻率的關(guān)系。3 、 連接測試孔 8 14 ，在測試點 15 觀察經(jīng)低通濾波器和放大器的解調(diào)信號，測量其頻率確定和輸入信 號的關(guān)系。4 、 改變 Fh, Fh=6KHZ, 重復(fù) 2、 3 項內(nèi)容。（三）、 PAM 信號的形成和解調(diào)連接測試孔 811 、13 14 、2 12 ，觀察并畫出以下各點的波形。1、 在測試孔 4 輸入的正弦信號， Fh3HZ, 幅度 1.5 Vp-p 。2、以測試孔 4處的信號作為比蹤同步示波器的同步信號，在測試點 8處觀察單路 PAM 信號。3、在測試點13處觀察選通后的單路解調(diào)展信號。用示波器讀出t的寬度。4、在測試點 15 處觀察經(jīng)低通濾波器放大后