抽樣定理與PAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)

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(hào)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(hào)復(fù)原，就是脈沖振幅調(diào)制的原理。通過本實(shí)驗(yàn)，我對(duì)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(shí)驗(yàn)工科實(shí)驗(yàn)報(bào)告 2009-12-14 23:22:16 閱讀292 評(píng)論0   字號(hào)：大中小 訂閱 一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、通過對(duì)模擬信號(hào)抽樣的實(shí)驗(yàn)，加深對(duì)抽樣定理的理解。2、通過PAM調(diào)制實(shí)驗(yàn)，使學(xué)生能加深理解脈沖幅度調(diào)制的特點(diǎn)。3、通過對(duì)電路組成、波形和所測數(shù)據(jù)的分析，了解PAM調(diào)制方

2、式的優(yōu)缺點(diǎn)。二、實(shí)驗(yàn)電路的工作原理與分析取樣也稱抽樣、采樣，是把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)變換為時(shí)間離散信號(hào)的過程。抽樣定理是指：一個(gè)頻帶限制在（0，fH）內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號(hào)m(t)，如果以T1/2fH秒的間隔對(duì)它進(jìn)行等間隔抽樣，則m(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(shí)取樣（亦稱平頂取樣）；根據(jù)被取樣信號(hào)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(shí)間，取樣連續(xù)信號(hào)的樣值，把信號(hào)從時(shí)間上離散，這是各種取樣共同的作用，取樣是模擬信號(hào)數(shù)字化及時(shí)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31所示，實(shí)驗(yàn)原

3、理圖如（教材）圖32所示，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、功放輸出電路等五部分組成。取樣電路是用4066模擬門電路實(shí)現(xiàn)。當(dāng)取樣脈沖為高電位時(shí)，取出信號(hào)樣值；當(dāng)取樣脈沖為低電平時(shí)，輸出電壓為0，這樣便完成了取樣。本電路屬于低通信號(hào)的自然取樣根據(jù)取樣定理，取樣后的信號(hào)還原為原信號(hào)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(shí)鐘信號(hào)為16KHZ抽樣時(shí)鐘方波信號(hào)SP108時(shí)測量點(diǎn)波形峰峰值(V)頻率(KHZ)TP301圖11.44200TP3023.6416.65 TP301圖21.441.988TP3

4、030.8201.999 TP303圖30.8401.999TP3043.122.002圖1圖2圖3 當(dāng)SP302接入抽樣時(shí)鐘信號(hào)為8KHZ抽樣時(shí)鐘方波信號(hào)SP109時(shí)測量點(diǎn)波形峰峰值(V)頻率(KHZ)TP301圖41.441.953TP3023.608.064 TP301圖51.422.000TP3030.8402.012 TP303圖60.8402.014TP3043.162.000圖4圖5圖6  當(dāng)SP302接入抽樣時(shí)鐘信號(hào)為4KHZ抽樣時(shí)鐘方波信號(hào)SP110時(shí)測量點(diǎn)波形峰峰值(V)頻率(KHZ)TP301圖71.441.98

5、6TP3023.603.968 TP301圖81.441.985TP3030.6642.005 TP303圖90.6722.000TP3041.841.969圖7圖8圖9  （二）音樂信號(hào)源的PAM調(diào)制解調(diào)實(shí)驗(yàn)將SP302分別接入不同的抽樣時(shí)鐘信號(hào)頻率（SP108-SP112）可以發(fā)現(xiàn)音樂信號(hào)的質(zhì)量隨著頻率的降低越來越差。三、實(shí)驗(yàn)總結(jié)與體會(huì)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(hào)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(hào)復(fù)原，就是脈沖振幅調(diào)制的原理。通過本實(shí)驗(yàn)

6、，我對(duì)抽樣定理和PAM調(diào)制解調(diào)有更深的了解。實(shí)驗(yàn)八 信號(hào)的抽樣與恢復(fù)（）一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、 驗(yàn)證抽樣定理2、 觀察了解PAM信號(hào)形成的過程；二、 預(yù)備知識(shí)1、 學(xué)習(xí)“從抽樣信號(hào)恢復(fù)連續(xù)時(shí)間信號(hào)”；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)；三、 實(shí)驗(yàn)儀器1、 JH5004“信號(hào)與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)箱一臺(tái)；2、 20MHz示波器一臺(tái)；四、 實(shí)驗(yàn)原理利用抽樣脈沖把一個(gè)連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間樣值的過程稱為抽樣，抽樣后的信號(hào)稱為脈沖調(diào)幅（PAM）信號(hào)。在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號(hào)保留了原信號(hào)的全部信息，并且從抽樣信號(hào)中可以無失真地恢復(fù)出原始信號(hào)。抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要

7、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(hào)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(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。抽樣定理指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào)m(t)，如果它的最高頻率為fh，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(hào)的時(shí)域與頻域變化過程如下圖所示。五、 實(shí)驗(yàn)?zāi)K說明在JH5004“信號(hào)與系統(tǒng)”實(shí)驗(yàn)箱的中有一“PAM抽樣定理”模塊，該模塊主要由一個(gè)抽樣器與保持電容組成。一個(gè)完整的PAM電路組成如下圖所示。即在輸入、輸出端需加一低通濾波器。前一個(gè)低通濾波器是為了濾除高于fs2的輸入信號(hào)，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(hào)質(zhì)量。后面一低通濾波器是為

8、了從抽樣序列中恢復(fù)出信號(hào)，濾除抽樣信號(hào)中的高次諧波分量。六、 實(shí)驗(yàn)步驟按1.3節(jié)的方法設(shè)置JH5004信號(hào)產(chǎn)生模塊為模式1，在該模式下在正弦信號(hào)16KHz、32KHZ輸出端產(chǎn)生相應(yīng)的信號(hào)輸出，同時(shí)在信號(hào)A組產(chǎn)生1KHz信號(hào)，在信號(hào)B組產(chǎn)生125KHZ信號(hào)輸出，以及PAM所需的抽樣時(shí)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(hào)的頻率。抽樣定理實(shí)驗(yàn)原理框圖2、 模擬信號(hào)的加入：用短路線將“信號(hào)A組”輸出1KHz正弦信號(hào)與“PAM抽樣定理”模塊的信號(hào)輸入X端相連。3、 信號(hào)采樣的PAM序列觀察：在“PAM抽樣定理”模塊的輸出端可測量到

9、輸入信號(hào)的采樣序列，用示波器比較采樣序列與原始信號(hào)的關(guān)系、及采樣序列與采樣沖擊串之間的關(guān)系。4、 PAM信號(hào)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(hào)，用示波器比較恢復(fù)出的信號(hào)與原始信號(hào)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(shí)驗(yàn)。七、 實(shí)驗(yàn)思考1、 在實(shí)驗(yàn)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(hào)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(hào)源產(chǎn)生一65KHz的正弦信號(hào)送入“PA

10、M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)出來的信號(hào)是什么？為什么？實(shí)驗(yàn)一  抽樣定理與脈沖調(diào)幅（PAM）實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康模?、  驗(yàn)證抽樣定理；2、  觀察了解PAM信號(hào)形成過程、平頂展寬解調(diào)過程；3、  了解時(shí)分路系統(tǒng)中的路際串話現(xiàn)象。二、實(shí)驗(yàn)原理及電路說明1、  抽樣定理一個(gè)頻帶受限信號(hào)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(duì)于一個(gè)最高頻率為3400hz的語音信號(hào)m(t)，可以用頻率大于或等于6800hz的樣值序列來表示。實(shí)際

11、上考慮到低通濾波器特性不可能理想，對(duì)最高頻率為3400HZ的語音信號(hào)，通常采用8KHZ抽樣頻率，這樣可以留出1200HZ的防衛(wèi)帶。在驗(yàn)證抽樣定理的實(shí)驗(yàn)中，用單一頻率fh的正弦波來代替實(shí)際的語音信號(hào)。采用標(biāo)準(zhǔn)抽樣頻率fs8KHZ，改變音頻信號(hào)的頻率fh，分別觀察不同頻率時(shí)，抽樣序列的低通濾波器的輸出信號(hào)，理解抽樣定理。2、  多路脈沖調(diào)幅（信號(hào)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(shí)驗(yàn)電路。將在時(shí)間上連續(xù)的語音信號(hào)經(jīng)脈沖抽樣形成時(shí)間上離散的脈沖調(diào)幅信號(hào)。  n路抽樣脈沖在時(shí)間上是互不交叉、順序排列的，各路的抽樣信號(hào)在多路匯

12、接的公共負(fù)載上相加便形成合路的脈沖調(diào)幅信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)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(hào)的幅度問題。由于時(shí)分多路的需要，分路脈沖的寬度ts是很窄的。當(dāng)占空比為s/Ts的脈沖通過話路低通濾波器后，低通濾波器輸出信號(hào)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(hào)展寬到100%的占空比，從而解決信號(hào)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(hào)在時(shí)間上是離散的，但在幅度上是連續(xù)的。而在PCM

13、系統(tǒng)里，PAM信號(hào)只有在被量化和編碼后才有傳輸?shù)目赡?。本?shí)驗(yàn)僅提供一個(gè)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(gè)理想的傳輸系統(tǒng)中，各路PAM信號(hào)應(yīng)是嚴(yán)格地在本路時(shí)隙中的矩形脈沖。但如果傳輸PAM信號(hào)的通道頻帶是有限的，則PAM信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)“拖尾”的現(xiàn)象，當(dāng)“拖尾”嚴(yán)重，以至侵入鄰路時(shí)隙時(shí)，就產(chǎn)生了路際串話。三、實(shí)驗(yàn)儀器雙蹤同步示波器一臺(tái)數(shù)字頻率計(jì)一臺(tái)低頻信號(hào)發(fā)生器一臺(tái)毫伏表一臺(tái)直流穩(wěn)壓電源一臺(tái)PAM教學(xué)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容在實(shí)驗(yàn)箱中使用了7805，7905各7812芯片來保護(hù)實(shí)驗(yàn)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，+

14、14V的電源。（一）、抽樣和分路脈沖的形成用示波器和頻率計(jì)觀察并記錄各脈沖信號(hào)的頻率、波形及脈沖寬度。1、  在測試點(diǎn)1處觀察主振脈沖信號(hào)；2、  在測試點(diǎn)6處觀察分路抽樣脈沖（1-1）（8KHZ）3、  在測試點(diǎn)7處觀察分路抽樣脈沖（2-1）（8KHZ）（二）、驗(yàn)證抽樣定理1、  正弦信號(hào)從測試孔4輸入，fh<3KHZ,幅度約2Vp-p。2、  以測試點(diǎn)4的信號(hào)作雙蹤同步示波器的同步信號(hào)，觀察測試點(diǎn)8抽樣后形成的PAM信號(hào)。把輸入信號(hào)調(diào)整到合適的頻率上，使PAM信號(hào)在示波器上顯示穩(wěn)定，計(jì)算在一個(gè)信號(hào)周期內(nèi)的抽樣次數(shù)，核對(duì)信號(hào)頻率與抽樣頻

15、率的關(guān)系。3、  連接測試孔814，在測試點(diǎn)15觀察經(jīng)低通濾波器和放大器的解調(diào)信號(hào)，測量其頻率確定和輸入信號(hào)的關(guān)系。4、  改變Fh,   Fh=6KHZ,重復(fù)2、3項(xiàng)內(nèi)容。（三）、PAM信號(hào)的形成和解調(diào)連接測試孔811、1314、212，觀察并畫出以下各點(diǎn)的波形。1、  在測試孔4輸入的正弦信號(hào)，F(xiàn)h<3HZ,幅度1.5 Vp-p。2、  以測試孔4處的信號(hào)作為比蹤同步示波器的同步信號(hào)，在測試點(diǎn)8處觀察單路PAM信號(hào)。3、  在測試點(diǎn)13處觀察選通后的單路解調(diào)展信號(hào)。用示波器讀出的寬度。4、  在測試點(diǎn)15處觀察經(jīng)低通濾波器放大后的音頻信號(hào)。5、  改變輸入正弦信號(hào)的頻率（fmax2.4KHZ），在測試點(diǎn)15處測量整個(gè)系統(tǒng)的頻率特性。（四）、多路PAM系統(tǒng)中的路際串話現(xiàn)象接通測試孔312，即接入分路選通脈沖（22）。1、  在測試孔4處輸入的正弦信號(hào)，fh3KHZ。2、  在測試點(diǎn)15處觀察第一路串入第二路的信號(hào)，用示波器觀察并測量其頻率和幅度。3、  連接測試孔89、1011，將開關(guān)K置于電容C11處，重復(fù)1、2項(xiàng)的內(nèi)容，并與之比較。4、  將開關(guān)K置于電容