抽样定理和脉冲调幅(PAM)实验

单击此处编辑母版标题样式,单击此处编辑母版文本样式,第二级,第三级,第四级,第五级,*,*,实验一 抽样定理和脉冲调幅(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、了解时分多路系统中的路际串话现象。,二、实验预习要求,1、复习通信系统原理中有关抽样定理及其应用的,2、复习模拟通信系统和基带传输中的有关章节；,3、认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤。,1,三、实验原理和电路说明,1、抽样定理,一个频带受限信号m(t)如果它的最高频率为f,H,(即m(t)的频谱中没有f,H,以上的分量)，可以唯一地由频率等于或大于2f,H,的样值序列所决定。,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。抽样频率fs和语音信号m(t)的频谱如图所示。由频谱可知，用截止频率为f,H,的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)，,2,语音信号的频谱,语言信号的抽样频谱和抽样信号的频谱,3,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，见下图。如果fs2fH，就会出现频谱混迭的现象，如图所示。,留出防卫带的语音信号的抽样频谱,fs2f,H,时语音信号的抽样频谱,4,抽样定理实验方框图,5,2、多路脉冲调幅(PAM信号的形成和解调),多路脉冲调幅实验框图,6,分路抽样电路的作用：,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。本实验设置了两路分路抽样电路。,多路脉冲调幅信号进入接收端后，由分路选通脉冲分离成n路，亦即还原出单路PAM信号。发送端分路抽样与接收端分路选通是一一对应的，这是依靠它们所使用的定时脉冲的对应关系决定的。为简化实验系统，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。,7,脉冲展宽电路的作用：,接收端的选通电路也采用结型场效应晶体管作为开关元件,但输出负载不是电阻而是电容。采用这种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,S,是很窄的。当占空比为,S,/T,S,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。但我们知道平顶抽样将引起固有的频率失真。,8,3、多路脉冲调幅系统中的路际串话,路际串话是衡量多路系统的重要指标之一。路际串话是指在同一时分多路系统中，某一路或某几路的通话信号串扰到其它话路上去，这样就产生了同一端机中的各路通话之间的串话。串话分可懂串话和不可懂串话,前者造成失密或影响正常通话；后者等于噪声干扰。对路际串话必须设法防止。一个实用的通话系统必须满足对路际串话规定的指标。,在一个理想的传输系统中，各路PAM信号应是严格地限制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，以至侵入邻路隙时，就产生了路际串话。,9,在考虑通道频带高频端时，可将整个通道简化为上图所示的低通网络，它的上截止频率为： f,1,=1/(2R,1,C,1,),当矩形脉冲通过图 (a)所示的低通网络，输出波形如图 (b)所示。脉冲终了时，波形按R,1,C,1,时间常数指数下降。这样，就有了第一路脉冲在第二路时隙上的残存电压串话电压U，这种由于信道的高频响应不够引起的路际串话就叫做,高频串话,。,通道的低通等效网络,10,当考虑通道频带的低频端时，可将通道简化为上图所示的高通网络。它的下截止频率为：f,2,=1/(2R,2,C,2,),由于R,2,C,2, ，所以，当脉冲通过图 (a)所示的高通网络后，输出波形如图 (b)所示。长长的“拖尾”影响到相隔很远的时隙。若计算某一话路上的串话电压，则需要计算前n路对这一路分别产生的串话电压，积累起来才是总的串话电压。这种由于信道的低频响应不够而引起的路际串话就叫做,低频串话,。解决低频串话是一项很困难的工作。,通道的高频等效网络,11,限于实验条件，本实验只模拟了高频串话的信道。,四、实验仪器,双踪同步示波器 20MHz 1台,直流稳压电源 +5V -5V +12V 1台,低频信号发生器 输出频率范围满足50Hz-8KHz,输出电压范围满足0-5V（峰峰值）1台,PAM实验箱 1台,数字频率计 测量频率范围50Hz10MHz1台,万用表 1台,特别提醒：,在连接电源和实验箱之前，一定要先确认三组电源的电压极性和电压值正确，在确认完全无误之前不允许将实验箱和电源连接，另外在连接实验箱和电源时请务必关断电源开关。,12,五、实验内容,(一) 抽样和分路脉冲的形成,用示波器和频率计观察并核对各脉冲信号的频率、波形及脉冲宽度，并记录相应的波形。,1、在(1)观察主振脉冲信号，记录并计算主振信号的频率、幅度和占空比；,2、在测试点(6)观察分路抽样脉冲（1-1）；记录并计算分路信号1的频率、幅度和占空比；,3、在测试点(7)观察分路抽样脉冲（2-1），记录并计算分路信号2的频率、幅度和占空比；,4、用双踪示波器同时观察测试点（7）与测试点（7），比较两者的区别，记录两信号在时间上的间隔。,13,(二) 验证抽样定理,1、正弦信号从插孔(4)输入，f,H,=1KHz，幅度2V,P-P,。,2、以测试点(4)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。调整示波器触发电平，使PAM信号在示波器上现示稳定。观察并记录PAM信号，计算在一个信号周期内的抽样次数。核对抽样次数和信号频率与抽样频率的关系。,3、连接(8)(14)，在(15)观察经低通滤波器和放大器的解调信号。测量并记录其频率、幅度，并确定与输入信号的关系。,4、改变f,H,，令f,H,=6KHz，重复2、3、4项内容，分析上述三次实验现象。,14,(三) PAM信号的形成和解调,断开实验内容（二）中的连接线，连接(8)(11)、(13)(14)、(2)（12)。,1、在(4)输入正弦信号，f,H,=2KHz，幅度1.5Vp-p。,2、以(4)作为双踪同步示波器的同步信号，在(8)观察并记录单路PAM信号。,3、在(13)观察选通后的单路解调展宽信号，用示波器读出的宽度（用,S,作单位），记录波形。,4、在(15)观察经低通滤波器放大后的音频信号。,5、保持输入信号的幅度，改变输入正弦信号的频率在(15)测量整个系统的频率特性,测试数据填入下表。,15,(四) 多路PAM系统中的路际串话现象,连接(8)(11)、(13)(14)、(3)（12)。接入分路选通脉冲（2-2）。,1、在(4)输入正弦信号，f,H,3KHz，幅度1.5Vp-p。,2、在(15)观察第一路串入第二路的信号，用示波器观察并测量其频率和幅度。,3、改变连接位置为：连接(8)(9)、(10)(11)、(13)(14)、(3)（12)，将开关K向下置于电容C,11,处，重复1、2项的内容，并与之比较。,4、将开关K向上置于电容C,12,处，重复1、2项的内容，并与2、3项的结果比较。,16,六、实验报告,1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。,2、本实验在(8)和(13)得到的是哪一类抽样的波形？从理论上对理想抽样、自然抽样和平顶抽样进行对比和说明。,3、对实验内容(二)进行讨论。当f,s,2f,H,和f,s,2f,H,时，低通滤波器输出的波形是什么？试总结一般规律。,4、实验内容(四)中的2、3、4项内容有什么区别？分析影响串话的主要原因。根据本实验电路的元件数据计算信道上的截止频率。,5、对改进实验内容和电路有什么建议？,17,PAM实验电路图,18,