抽樣定理實(shí)驗(yàn)

1、電子科技大學(xué)中山學(xué)院電子信息學(xué)院學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱通信原理實(shí)驗(yàn)實(shí)驗(yàn)名稱 實(shí)驗(yàn)一 抽樣定理實(shí)驗(yàn)班級(jí)，姓名實(shí)驗(yàn)時(shí)間2015年 月 日學(xué)號(hào) 指導(dǎo)教師李飛鵬報(bào) 告 內(nèi) 容一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康暮腿蝿?wù) 1了解抽樣信號(hào)和抽樣保持信號(hào)的形成； 2驗(yàn)證抽樣定理； 3了解多路抽樣路際串話的原因。二、實(shí)驗(yàn)原理簡(jiǎn)介 1、抽樣定理抽樣定理指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào)m（t），如果它的最高頻率為fH（即m（t）的頻譜中沒有fH以上的分量），可以唯一地由頻率大于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，抽樣頻率fs和語音信號(hào)m（t）的頻譜如圖2和圖

2、3所示。由頻譜可知，用截止頻率為fH的理想低通濾波器可以無失真地恢復(fù)原始信號(hào)m（t），這就說明了抽樣定理的正確性。實(shí)際上，考慮到低通濾波器特性不可能理想，對(duì)最高頻率為3400Hz的語言信號(hào)，通常采用8KHz抽樣頻率，這樣可以留出1200Hz的防衛(wèi)帶。見圖4。如果fsfH，就會(huì)出現(xiàn)頻譜混迭的現(xiàn)象，如圖5所示。在驗(yàn)證抽樣定理的實(shí)驗(yàn)中，我們用單一頻率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)，抽樣序列和低通濾波器的輸出信號(hào)，體會(huì)抽樣定理的正確性。驗(yàn)證抽樣定理的實(shí)驗(yàn)方框圖如圖6所示。在圖8中，連接（8）和（14），就構(gòu)成了抽樣定理實(shí)驗(yàn)電路

3、。抽樣電路采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管開關(guān)電路。抽樣門在抽樣脈沖的控制下以每秒千次的速度開關(guān)，T3為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，T2為驅(qū)動(dòng)三極管。當(dāng)抽樣脈沖沒來時(shí)，9012.3DK2都處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，12V電壓加在場(chǎng)效應(yīng)管柵極，使其處于夾斷狀態(tài)，輸出信號(hào)“0”。抽樣脈沖到來時(shí)，9012.3DK2處于截止?fàn)顟B(tài)，場(chǎng)效應(yīng)管柵極電壓升高，使其處于導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，抽樣脈沖期間模擬電路負(fù)載是一個(gè)電阻，因此抽樣門的輸出端能得到一串脈沖信號(hào)。此脈沖信號(hào)的幅度與抽樣時(shí)輸入信號(hào)的瞬時(shí)值成正比例，脈沖的寬度與抽樣脈沖的寬度相同。這種脈沖信號(hào)就是脈沖調(diào)幅信號(hào)。當(dāng)抽樣脈沖寬度遠(yuǎn)小于抽樣周期時(shí)，電路輸出的結(jié)果接近于理想抽樣序列。由圖6可知。

4、用一低通濾波器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的恢復(fù)。為了便于觀察，解調(diào)電路由射隨、低通濾波器和放大器組成，低通濾波器的截止頻率為3400HZ。2、多路脈沖調(diào)幅系統(tǒng)中的路際串話多路脈沖調(diào)幅的實(shí)驗(yàn)方框圖如圖7所示。在圖8中，連接（8）和（11）、（13）和（14）就構(gòu)成了多路脈沖調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路。分路抽樣電路的作用是：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)設(shè)置了兩路分路抽樣電路。多路脈沖調(diào)幅信號(hào)進(jìn)入接收端后，由分路選通脈沖分離成n路，亦即還原出單路PAM信號(hào)。發(fā)送端分路抽樣

5、與接收端分路選通是一一對(duì)應(yīng)的，這是依靠他們所使用的定時(shí)脈沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系決定的。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，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(chǎng)效應(yīng)晶體管作開關(guān)元件，但輸出負(fù)載不是電阻而是電容。采用這種類似與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S是很窄的。當(dāng)占空比為STS的脈圖7 多路脈沖調(diào)幅實(shí)驗(yàn)框圖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)幅度衰減大的問題。但我們知道平頂抽樣將

6、引起固有的頻率失真。PAM信號(hào)在時(shí)間上是離散的，但是幅度上趨勢(shì)連續(xù)的。而在PAM系統(tǒng)里，PAM信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(jiǎn)單模式。3、多路脈沖調(diào)幅系統(tǒng)中的路標(biāo)串話路際串話是衡量多路系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。路際串話是指在同一時(shí)分多路系統(tǒng)中，某一路或某幾路的通話信號(hào)串?dāng)_到其它話路上去，這樣就產(chǎn)生了同一端機(jī)中各路通話之間的串話。串話分可懂串話和不可懂串話，前者造成失密或影響正常通話；后者等于噪聲干擾。對(duì)路標(biāo)話必須設(shè)法防止。一個(gè)實(shí)用的通話系統(tǒng)必須滿足對(duì)路標(biāo)串話規(guī)定的指標(biāo)。在一個(gè)理想的傳輸系統(tǒng)中，各路PAM信號(hào)應(yīng)是嚴(yán)格地限制在本路時(shí)隙中的矩形脈沖。但是如果傳輸PAM信

7、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，以至入侵鄰路時(shí)隙時(shí)，就產(chǎn)生了路標(biāo)串話。在考慮通道頻帶高頻譜時(shí)，可將整個(gè)通道簡(jiǎn)化為圖9所示的低通網(wǎng)絡(luò)，它的上截止頻率為：f1=1/(2R1C1)圖9 通道的低通等效網(wǎng)絡(luò)為了分析方便，設(shè)第一路有幅主為V的PAM脈沖，而其它路沒有。當(dāng)矩形脈沖通過圖9（a）所示的低通網(wǎng)絡(luò)，輸出波形如圖9（b）所示。脈沖終了時(shí)，波形按R1C1時(shí)間常數(shù)指數(shù)下降。這樣，就有了第一路脈沖在第二路時(shí)隙上的殘存電壓串話電壓。這種由于信道的高頻響應(yīng)不夠引起的路標(biāo)串話就叫高頻串話。當(dāng)考慮通道頻帶的低頻端時(shí)，可將通道簡(jiǎn)化為圖10所示的高通網(wǎng)絡(luò)。它的下截止頻率為：

8、f2=1/(2R2C2)由于R2C2，所以當(dāng)脈沖通過圖10(a)所示的高通網(wǎng)絡(luò)后，輸出波形如圖10(b)所示，長(zhǎng)長(zhǎng)的“拖尾”影響到相隔很遠(yuǎn)的時(shí)隙。若計(jì)算某一話路上的串話電壓，則需要計(jì)算前n路以這一路分別產(chǎn)生的串話電壓，積累起來才是總的串話電壓。這種由于信道的低頻響應(yīng)不夠引起的路標(biāo)串話就叫做低頻串話。解決低頻串話是一項(xiàng)很困難的工作。圖10 通道的高頻等效網(wǎng)絡(luò)限于實(shí)驗(yàn)條件，本實(shí)驗(yàn)只模擬可高頻串話的信道。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容和數(shù)據(jù)記錄準(zhǔn)備工作：1、按實(shí)驗(yàn)板上所標(biāo)的電源電壓開機(jī)，調(diào)準(zhǔn)所需電壓，然后關(guān)機(jī)；2、把實(shí)驗(yàn)板電源連接線接好接好；3、開機(jī)注意觀察電流表正電流 I180mA 負(fù)電流 I60mA 若與上述電流

9、差距太大，要迅速關(guān)機(jī)，檢查電源線有無接錯(cuò)或其它原因。(一)抽樣和分路脈沖的形成用示波器和頻率計(jì)觀察并核對(duì)各脈沖信號(hào)的頻率，波形及脈沖寬度，并記錄相應(yīng)的波形頻率，示波器工作方式置“CHOP”1、在P1觀察主振脈沖信號(hào)，P2觀察位定時(shí)信號(hào)。2、用A線觀察分路抽樣脈沖（12）8KH2。用B線觀察分路抽樣脈沖（22）8KH2。3、觀察（6）同步測(cè)試信號(hào)源的波形和頻率。(二)抽樣信號(hào)和PAM信號(hào)的形成K1接2、3 即處于單路工作狀態(tài)。K3接1、2 即處于抽樣保持工作狀態(tài)。1、同步正弦信號(hào)（6）接（4）輸入，示波器A線接（4），B線接（8）。記錄波形，然后A線接（12）。記錄波形，觀察取樣信號(hào)的波形。2、

10、（12）接（12），（8）接（11） A線接（13） B線接（8）觀察抽樣保持的波形并作記錄。(三)抽樣信號(hào)的恢復(fù)在(二)工作狀態(tài)下：1、把（13）接（14） A線接（13） B線接（15）觀察取樣保持信號(hào)經(jīng)過濾波還原的信號(hào)，比較（4）和（15）的波形、頻率。2、斷開（14）和（13）連接，音頻信號(hào)發(fā)生器信號(hào)接入（14），幅度IV，測(cè)量濾波器的頻率特性并作記錄，畫出幅頻特性曲線。（14）IV300H21KH22KH23KH23.4 KH24 KH26 KH28 KH2(15)幅度10.410.29.87.526.244.401.060.046(四)驗(yàn)證抽樣定理K1接2、3 K3接1、21、斷開

11、（6）和（4）連接，（8）接（11），（13）接（14），（12）接（12）2、外接音頻信號(hào)輸入（4），幅度約IV，A線接（4），B線接（15），改變音頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，觀察（15）的波形和頻率并與（4）比較，核對(duì)信號(hào)頻率和取樣頻率的關(guān)系，重點(diǎn)觀察300H2、1KH2、2KH2、3KH2、3.4 KH2、4 KH2、6 KH2、8 KH2信號(hào)的波形和幅度，并畫出系統(tǒng)頻響特性，觀察抽樣保持的失真現(xiàn)象。(五)多路抽樣的路際串話K1接1、2 即處于多路抽樣工作狀態(tài)。K3接1、2 即處于抽樣保持工作狀態(tài)。K5接1、2 即模擬信道有串話傳輸特性。1、（6）接（4），（8）接（11），外接音頻信號(hào)1V300H2，輸入（5）。2、當(dāng)（12）接（12）時(shí)，A線接6，B線接13，在（13）選通的是（6）輸入的1KH2信號(hào)。3、當(dāng)（22）接（12）時(shí)，A線接（5）B線接（13），在（13）選通的是300H2信號(hào)，不會(huì)發(fā)生串話。4、（8）接（9），（10）接（11），即信道有積分特性時(shí)，（22）接（12）比較（5）（13），（6）（13）波形，有第一路的（6）1KH2信號(hào)，串入第二路300HZ信號(hào)，即發(fā)生了串話。5、把K5改接2、3，即加大積分傳輸特性，重做4。四、結(jié)論與心得 進(jìn)行該次試