抽样定理与PAM调制解调实验.docx
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抽样定理与PAM调制解调实验
脉幅调制（PAM）是数字通信系统最为常用的调制方式之一，脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。
如果脉冲载波是由脉冲激脉冲组成的，根据抽样定理，就可以把信号复原，就是脉冲振幅调制的原理。
通过本实验，我对抽样定理和PAM调制解调有更深的了解。
抽样定理与PAM调制解调实验
工科实验报告2009-12-1423:
22:
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一、实验目的
1、通过对模拟信号抽样的实验，加深对抽样定理的理解。
2、通过PAM调制实验，使学生能加深理解脉冲幅度调制的特点。
3、通过对电路组成、波形和所测数据的分析，了解PAM调制方式的优缺点。
二、实验电路的工作原理与分析
取样也称抽样、采样，是把时间连续的模拟信号变换为时间离散信号的过程。
抽样定理是指：
一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m（t），如果以T≤1/2fH秒的间隔对它进行等间隔抽样，则m（t）将被所得到的抽样值完全确定。
根据取样脉冲的特性，取样分为理想取样、自然取样（亦称曲顶取样）、瞬时取样（亦称平顶取样）；根据被取样信号的性质，取样又分为低通取样和带通取样。
虽然取样种类很多，但是间隔一定时间，取样连续信号的样值，把信号从时间上离散，这是各种取样共同的作用，取样是模拟信号数字化及时分多路的理论基础。
抽样定理和脉冲幅度调制系统框图如（教材）图3－1所示，实验原理图如（教材）图3－2所示，由输入电路、高速电子开关电路、脉冲发生电路、解调滤波电路、功放输出电路等五部分组成。
取样电路是用4066模拟门电路实现。
当取样脉冲为高电位时，取出信号样值；当取样脉冲为低电平时，输出电压为0，这样便完成了取样。
本电路属于低通信号的自然取样
根据取样定理，取样后的信号还原为原信号要通过理想低通滤波器，本滤波电路系统用有源低通滤波器代替理想低通滤波器完成还原。
数据测量
当SP302接入抽样时钟信号为16KHZ抽样时钟方波信号SP108时
测量点
波形
峰峰值（V）
频率（KHZ）
TP301
图1
1.44
2．00
TP302
3.64
16.65
TP301
图2
1.44
1.988
TP303
0.820
1.999
TP303
图3
0.840
1.999
TP304
3.12
2.002
图1
图2
图3
当SP302接入抽样时钟信号为8KHZ抽样时钟方波信号SP109时
测量点
波形
峰峰值（V）
频率（KHZ）
TP301
图4
1.44
1.953
TP302
3.60
8.064
TP301
图5
1.42
2.000
TP303
0.840
2.012
TP303
图6
0.840
2.014
TP304
3.16
2.000
图4
图5
图6
当SP302接入抽样时钟信号为4KHZ抽样时钟方波信号SP110时
测量点
波形
峰峰值（V）
频率（KHZ）
TP301
图7
1.44
1.986
TP302
3.60
3.968
TP301
图8
1.44
1.985
TP303
0.664
2.005
TP303
图9
0.672
2.000
TP304
1.84
1.969
图7
图8
图9
（二）音乐信号源的PAM调制解调实验
将SP302分别接入不同的抽样时钟信号频率（SP108-SP112）可以发现音乐信号的质量随着频率的降低越来越差。
三、实验总结与体会
脉幅调制（PAM）是数字通信系统最为常用的调制方式之一，脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。
如果脉冲载波是由脉冲激脉冲组成的，根据抽样定理，就可以把信号复原，就是脉冲振幅调制的原理。
通过本实验，我对抽样定理和PAM调制解调有更深的了解。
实验八信号的抽样与恢复（ＰＡＭ）
一、实验目的
1、验证抽样定理
2、观察了解PAM信号形成的过程；
二、预备知识
1、学习“从抽样信号恢复连续时间信号”；
2、理想低通滤波器的冲击响应形式；
3、冲击函数的性质；
三、实验仪器
1、JH5004“信号与系统”实验箱 一台；
2、20MHz示波器 一台；
四、实验原理
利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。
在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息，并且从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。
抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。
数字通信系统是以此定理作为理论基础。
抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。
抽样定理指出，一个频带受限信号m（t），如果它的最高频率为fh，则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。
抽样信号的时域与频域变化过程如下图所示。
五、实验模块说明
在JH5004“信号与系统”实验箱的中有一“PAM抽样定理”模块，该模块主要由一个抽样器与保持电容组成。
一个完整的PAM电路组成如下图所示。
即在输入、输出端需加一低通滤波器。
前一个低通滤波器是为了滤除高于fs／2的输入信号，防止出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的信号质量。
后面一低通滤波器是为了从抽样序列中恢复出信号，滤除抽样信号中的高次谐波分量。
六、实验步骤
按1.3节的方法设置JH5004信号产生模块为模式1，在该模式下在正弦信号16KHz、32KHZ输出端产生相应的信号输出，同时在信号A组产生1KHz信号，在信号B组产生125KHZ信号输出，以及PAM所需的抽样时钟。
1、采样冲击串的测量：
在JH5004的“PAM抽样定理”模块的D（t）输入端测量采样冲击串，测量采样信号的频率。
2、
模拟信号的加入：
用短路线将“信号A组”输出1KHz正弦信号与“PAM抽样定理”模块的信号输入X端相连。
3、信号采样的PAM序列观察：
在“PAM抽样定理”模块的输出端可测量到输入信号的采样序列，用示波器比较采样序列与原始信号的关系、及采样序列与采样冲击串之间的关系。
4、PAM信号的恢复：
用短路线将“PAM抽样定理”模块输出端的采样序列与“无源与有源滤波器”单元的“八阶切比雪夫低通滤波器”的输入端相连。
在滤波器的输出端可测量出恢复出的模拟信号，用示波器比较恢复出的信号与原始信号的关系与差别。
5、用短路器连接“PAM抽样定理”模块的A与C端，重复上述实验。
七、实验思考
1、在实验电路中，采样冲击串不是理想的冲击函数，通过这样的冲击序列所采样的采样信号谱的形状是怎样的？
用短路器连接“PAM抽样定理”模块的A与C端，由外部信号源产生一65KHz的正弦信号送入“PAM抽样定理”模块中，再将采样序列送入低通滤波器，用示波器测量恢复出来的信号是什么？
为什么？
实验一 抽样定理与脉冲调幅（PAM）实验
一、实验目的：
1、 验证抽样定理；
2、 观察了解PAM信号形成过程、平顶展宽解调过程；
3、 了解时分路系统中的路际串话现象。
二、实验原理及电路说明
1、 抽样定理
一个频带受限信号m（t），如果它的最高频率为fh（即m（t）的频谱中没有fh以上的分量），可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。
因此，对于一个最高频率为3400hz的语音信号m（t），可以用频率大于或等于6800hz的样值序列来表示。
实际上考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400HZ的语音信号，通常采用8KHZ抽样频率，这样可以留出1200HZ的防卫带。
在验证抽样定理的实验中，用单一频率fh的正弦波来代替实际的语音信号。
采用标准抽样频率fs＝8KHZ，改变音频信号的频率fh，分别观察不同频率时，抽样序列的低通滤波器的输出信号，理解抽样定理。
2、 多路脉冲调幅（信号的形成和解调）
在图1.1中（附本章后），连接测试孔8和11、13和14后就构成了多路脉冲调幅实验电路。
将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号。
n路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的，各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。
本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得。
接收端的选通电路也采用结型场效应为晶体管作开关元件，但输出负载不是电阻而不是电容。
类似于平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题。
由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度ts是很窄的。
当占空比为τs/Ts的脉冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。
这样大的衰减带来的后果是严重的，但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100%的占空比，从而解决信号幅度衰减过大的问题，但平顶抽样将引起固有的频率失真。
PAM信号在时间上是离散的，但在幅度上是连续的。
而在PCM系统里，PAM信号只有在被量化和编码后才有传输的可能。
本实验仅提供一个PAM系统的简单模式。
3、 多路脉冲调幅系统中的路际串话
在一个理想的传输系统中，各路PAM信号应是严格地在本路时隙中的矩形脉冲。
但如果传输PAM信号的通道频带是有限的，则PAM信号就会出现“拖尾”的现象，当“拖尾”严重，以至侵入邻路时隙时，就产生了路际串话。
三、实验仪器
双踪同步示波器 一台
数字频率计 一台
低频信号发生器 一台
毫伏表 一台
直流稳压电源 一台
PAM教学实验箱 一台
四、实验内容
在实验箱中使用了7805，7905各7812芯片来保护实验板电子元器件，电路板上标着
＋5V，－5V，＋12V的电源输入端应输入+7V，-7V，+14V的电源。
（一）、抽样和分路脉冲的形成
用示波器和频率计观察并记录各脉冲信号的频率、波形及脉冲宽度。
1、 在测试点1处观察主振脉冲信号；
2、 在测试点6处观察分路抽样脉冲（1-1）（8KHZ）
3、 在测试点7处观察分路抽样脉冲（2-1）（8KHZ）
（二）、验证抽样定理
1、 正弦信号从测试孔4输入，fh<3KHZ,幅度约2Vp-p。
2、 以测试点4的信号作双踪同步示波器的同步信号，观察测试点8－抽样后形成的PAM信号。
把输入信号调整到合适的频率上，使PAM信号在示波器上显示稳定，计算在一个信号周期内的抽样次数，核对信号频率与抽样频率的关系。
3、 连接测试孔8－14，在测试点15观察经低通滤波器和放大器的解调信号，测量其频率确定和输入信号的关系。
4、 改变Fh, Fh=6KHZ,重复2、3项内容。
（三）、PAM信号的形成和解调
连接测试孔8－11、13－14、2－12，观察并画出以下各点的波形。
1、 在测试孔4输入的正弦信号 ，Fh<3HZ,幅度1.5Vp-p。
2、 以测试孔4处的信号作为比踪同步示波器的同步信号，在测试点8处观察单路PAM信号。
3、 在测试点13处观察选通后的单路解调展信号。
用示波器读出τ的宽度。
4、 在测试点15处观察经低通滤波器放大后的音频信号。
5、 改变输入正弦信号的频率（fmax≤2.4KHZ），在测试点15处测量整个系统的频率特性。
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