通信原理實驗七

1、精選優(yōu)質(zhì)文檔-傾情為你奉上實驗七 抽樣定理實驗一、實驗目的1、 了解抽樣定理在通信系統(tǒng)中的重要性。2、 掌握自然抽樣及平頂抽樣的實現(xiàn)方法。3、 理解低通采樣定理的原理。4、 理解實際的抽樣系統(tǒng)。5、 理解低通濾波器的幅頻特性對抽樣信號恢復的影響。6、 理解低通濾波器的相頻特性對抽樣信號恢復的影響。7、 理解帶通采樣定理的原理。二、實驗器材1、 主控&信號源、3號模塊 各一塊2、 雙蹤示波器 一臺3、 連接線 若干三、實驗原理1、實驗原理框圖圖1-1 抽樣定理實驗框圖2、實驗框圖說明抽樣信號由抽樣電路產(chǎn)生。將輸入的被抽樣信號與抽樣脈沖相乘就可以得到自然抽樣信號，自然抽樣的信號經(jīng)過保持電路

2、得到平頂抽樣信號。平頂抽樣和自然抽樣信號是通過開關S1切換輸出的。抽樣信號的恢復是將抽樣信號經(jīng)過低通濾波器，即可得到恢復的信號。這里濾波器可以選用抗混疊濾波器（8階3.4kHz的巴特沃斯低通濾波器）或FPGA數(shù)字濾波器（有FIR、IIR兩種）。反sinc濾波器不是用來恢復抽樣信號的，而是用來應對孔徑失真現(xiàn)象。要注意，這里的數(shù)字濾波器是借用的信源編譯碼部分的端口。在做本實驗時與信源編譯碼的內(nèi)容沒有聯(lián)系。四、實驗步驟實驗項目一 抽樣信號觀測及抽樣定理驗證概述：通過不同頻率的抽樣時鐘，從時域和頻域兩方面觀測自然抽樣和平頂抽樣的輸出波形，以及信號恢復的混疊情況，從而了解不同抽樣方式的輸出差異和聯(lián)系，驗

3、證抽樣定理。1、關電，按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信號源：MUSIC模塊3：TH1(被抽樣信號) 將被抽樣信號送入抽樣單元 信號源：A-OUT模塊3：TH2(抽樣脈沖)提供抽樣時鐘模塊3：TH3(抽樣輸出) 模塊3：TH5(LPF-IN)送入模擬低通濾波器 2、開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】。調(diào)節(jié)主控模塊的W1使A-out輸出峰峰值為3V。3、此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為：被抽樣信號MUSIC為幅度4V、頻率3K+1K正弦合成波。抽樣脈沖A-OUT為幅度3V、頻率9KHz、占空比20%的方波。4、實驗操作及波形觀測。（1）觀測并記錄自然抽樣前后的信號波形：設

4、置開關S13#為“自然抽樣”檔位，用示波器分別觀測MUSIC主控&信號源和抽樣輸出3#。 MUSIC主控&信號源 抽樣輸出3#（2） 觀測并記錄平頂抽樣前后的信號波形：設置開關S13#為“平頂抽樣”檔位，用示波器分別觀測MUSIC主控&信號源和抽樣輸出3#。 MUSIC主控&信號源 抽樣輸出3#（3） 觀測并對比抽樣恢復后信號與被抽樣信號的波形：設置開關S13#為“自然抽樣”檔位，用示波器觀測MUSIC主控&信號源和LPF-OUT3# ，以100Hz的步進減小A-OUT主控&信號源的頻率，比較觀測并思考在抽樣脈沖頻率多小的情況下恢復信號有失真。（

5、4） 用頻譜的角度驗證抽樣定理（選做）：用示波器頻譜功能觀測并記錄被抽樣信號MUSIC和抽樣輸出頻譜。以100Hz的步進減小抽樣脈沖的頻率，觀測抽樣輸出以及恢復信號的頻譜。（注意：示波器需要用250kSa/s采樣率（即每秒采樣點為250K），F(xiàn)FT縮放調(diào)節(jié)為×10）。 注：通過觀測頻譜可以看到當抽樣脈沖小于2倍被抽樣信號頻率時，信號會產(chǎn)生混疊。實驗項目二 濾波器幅頻特性對抽樣信號恢復的影響概述：該項目是通過改變不同抽樣時鐘頻率，分別觀測和繪制抗混疊低通濾波和fir數(shù)字濾波的幅頻特性曲線，并比較抽樣信號經(jīng)這兩種濾波器后的恢復效果，從而了解和探討不同濾波器幅頻特性對抽樣信號恢復的影響。1

6、、測試抗混疊低通濾波器的幅頻特性曲線。（1）關電，按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信號源：A-OUT模塊3：TH5(LPF-IN)將信號送入模擬濾波器（2）開電，設置主控模塊，選擇【信號源】【輸出波形】和【輸出頻率】，通過調(diào)節(jié)相應旋鈕，使A-OUT主控&信號源輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。（3）此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為：抗混疊低通濾波器的輸入信號為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。（4）實驗操作及波形觀測。用示波器觀測LPF-OUT3#。以100Hz步進減小A-OUT主控&信號源輸出頻率，觀測并記錄LPF-OUT3#的頻譜。記入如下表格：A-OUT頻率/Hz基頻

7、幅度/V5K4.5K3.4K3.0K由上述表格數(shù)據(jù)，畫出模擬低通濾波器幅頻特性曲線。思考：對于3.4KHz低通濾波器，為了更好的畫出幅頻特性曲線，我們可以如何調(diào)整信號源輸入頻率的步進值大??？2、測試fir數(shù)字濾波器的幅頻特性曲線。（1）關電，按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信號源：A-OUT模塊3：TH13(編碼輸入)將信號送入數(shù)字濾波器（2）開電，設置主控菜單：選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR濾波器】。調(diào)節(jié)【信號源】，使A-out輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。（3）此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為：fir濾波器的輸入信號為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。（4）實驗操作

8、及波形觀測。用示波器觀測譯碼輸出3#，以100Hz的步進減小A-OUT主控&信號源的頻率。觀測并記錄譯碼輸出3#的頻譜。記入如下表格：A_out的頻率/Hz基頻幅度/V5K4K3K2K.由上述表格數(shù)據(jù)，畫出fir低通濾波器幅頻特性曲線。思考：對于3KHz低通濾波器，為了更好的畫出幅頻特性曲線，我們可以如何調(diào)整信號源輸入頻率的步進值大小？3、分別利用上述兩個濾波器對被抽樣信號進行恢復，比較被抽樣信號恢復效果。（1）關電，按表格所示進行連線：源端口目標端口連線說明信號源：MUSIC模塊3：TH1(被抽樣信號)提供被抽樣信號信號源：A-OUT模塊3：TH2(抽樣脈沖)提供抽樣時鐘模塊3：TH

9、3(抽樣輸出)模塊3：TH5(LPF-IN)送入模擬低通濾波器模塊3：TH3(抽樣輸出)模塊3：TH13(編碼輸入)送入FIR數(shù)字低通濾波器（2）開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR濾波器】。調(diào)節(jié)W1主控&信號源使信號A-OUT輸出峰峰值為3V左右。（3）此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為：待抽樣信號MUSIC為3K+1K正弦合成波，抽樣時鐘信號A-OUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。（4）實驗操作及波形觀測。對比觀測不同濾波器的信號恢復效果：用示波器分別觀測LPF-OUT3#和譯碼輸出3#，以100Hz步進減小抽樣時鐘A-OUT的輸出頻率，對比觀測模擬濾波器和

10、FIR數(shù)字濾波器在不同抽樣頻率下信號恢復的效果。（頻率步進可以根據(jù)實驗需求自行設置。）思考：不同濾波器的幅頻特性對抽樣恢復有何影響 9HZ 8.9HZ 8.8HZ 8.5HZ 8HZ 7.5HZ 7HZ實驗項目三 濾波器相頻特性對抽樣信號恢復的影響。概述：該項目是通過改變不同抽樣時鐘頻率，從時域和頻域兩方面分別觀測抽樣信號經(jīng)fir濾波和iir濾波后的恢復失真情況，從而了解和探討不同濾波器相頻特性對抽樣信號恢復的影響。1、觀察被抽樣信號經(jīng)過fir低通濾波器與iir低通濾波器后，所恢復信號的頻譜。（1）關電，按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信號源：MUSIC模塊3：TH1(被抽樣信號)提

11、供被抽樣信號信號源：A-OUT模塊3：TH2(抽樣脈沖)提供抽樣時鐘模塊3：TH3(抽樣輸出)模塊3：TH13(編碼輸入)將信號送入數(shù)字濾波器（2）開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】。調(diào)節(jié)W1主控&信號源使信號A-OUT輸出峰峰值為3V左右。（3）此時實驗系統(tǒng)初始狀態(tài)為：待抽樣信號MUSIC為3K+1K正弦合成波，抽樣時鐘信號A-OUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。（4）實驗操作及波形觀測。a、觀測信號經(jīng)fir濾波后波形恢復效果：設置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】【FIR濾波器】；設置【信號源】使A-OUT輸出的抽樣時鐘頻率為7.5KHz；用示波器觀測恢復

12、信號譯碼輸出3#的波形和頻譜。b、觀測信號經(jīng)iir濾波后波形恢復效果：設置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】【IIR濾波器】；設置【信號源】使A-OUT輸出的抽樣時鐘頻率為7.5KHz；用示波器觀測恢復信號譯碼輸出3#的波形和頻譜。c、探討被抽樣信號經(jīng)不同濾波器恢復的頻譜和時域波形：被抽樣信號與經(jīng)過濾波器后恢復的信號之間的頻譜是否一致？如果一致，是否就是說原始信號能夠不失真的恢復出來？用示波器分別觀測fir濾波恢復和iir濾波恢復情況下，譯碼輸出3#的時域波形是否完全一致，如果波形不一致，是失真呢？還是有相位的平移呢？如果相位有平移，觀測并計算相位移動時間。注：實際系統(tǒng)中，失真的現(xiàn)象不一定是錯誤的

13、，實際系統(tǒng)中有這樣的應用。2、觀測相頻特性（1）關電，按表格所示進行連線。源端口目標端口連線說明信號源：A-OUT模塊3：TH13(編碼輸入)使源信號進入數(shù)字濾波器（2） 開電，設置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR濾波器】。（3） 此時系統(tǒng)初始實驗狀態(tài)為： A-OUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。（4）實驗操作及波形觀測。對比觀測信號經(jīng)fir濾波后的相頻特性：設置【信號源】使A-OUT輸出頻率為5KHz、峰峰值為3V的正弦波；以100Hz步進減小A-OUT輸出頻率，用示波器對比觀測A-OUT主控&信號源和譯碼輸出3#的時域波形。相頻特性測量就是改變信號的頻率，測輸出信號的延時（時域上觀測）。記入如下表格：A-OUT的頻率/Hz被抽樣信號與恢復信號的相位延時/ms3.5K3.4K3.3K.五、實驗報告1、分析電路的工作原理，敘述其工作過程。