实验1抽样定理实验Word下载.docx

1、需要注意，若抽样间隔 T 变得大于 , 则 M （ ） 和 （ ） 的卷积在相邻的周期内存在2 fH TH 1 重叠（亦称混叠），因此不能由 Ms（ ） 恢复 M （ ） 。可见， T 2 f是抽样的最大间隔，它被H称为奈奎斯特间隔。下图所示是当抽样频率 fs 2B 时（不混叠）及当抽样频率 fs 2B 时2. 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）图 1-2 采用不同抽样频率时抽样信号及频谱2.抽样定理实现方法通常，按照基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的不同，把脉冲调制分为脉幅 调制 （PAM）、脉宽调制（ PDM）和脉位调制（ PPM）。虽然这三种信号在时间上都是离散的， 但受调参量

2、是连续的，因此也都属于模拟调制。关于 PDM 和 PPM，国外在上世纪 70 年代研 究结果表明其实用性不强，而国内根本就没研究和使用过，所以这里我们就不做介绍。本实 验平台 仅介绍脉冲幅度调制，因为它是脉冲编码调制的基础。抽样定理实验电路框图，如下图所示：图 1-3 抽样定理实验电路框图最后强调说明：实际应用的抽样脉冲和信号恢复与理想情况有一定区别。理想抽样的抽 样 脉冲应该是冲击脉冲序列，在实际应用中，这是不可能实现的。因此一般是用高度有限、 宽度较 窄的窄脉冲代替。另外，实际应用中使信号恢复的滤波器不可能是理想的。当滤波器特性不是理 想低通时，抽样频率不能就等于被抽样信号频率的 2 倍，

3、否则会使信号失真。考虑到实际滤波器 的特性，抽样频率要求选得较高。由于 PAM 通信系统的抗干扰能力差，目前很少使用。它已被 性能良好的脉冲编码调制（ PCM）所取代。3.自然抽样和平顶抽样在一般的电路完成抽样算法时，分为三种形式：理想抽样，自然抽样和平顶抽样。理想 抽 样很难实现理想的效果，一般用自然抽样取代，自然抽样可以看做曲顶抽样，在抽样脉冲 的时间 内，抽样信号的“顶部”变化是随 m（t） 变化的，即在顶部保持了 m（t） 变化的规律。 而对于平 顶抽样，在每个抽样脉冲时间里，其“顶部”形状为平的。在实验中我们实现了自 然抽样和平 顶抽样。Sin（ /2）/2图 1-4 自然抽样及平顶

4、抽样比较/ 2Sin（ / 2） 的滤波器来进平顶抽样有利于解调后提高输出信号的电平，但却会引入信号频谱失真为抽样脉冲宽度。通常在实际设备里，收端必须采用频率响应为行频谱校准，这种频谱失真称为孔径失真。4.实验电路框图抽样定理实验框图如图 1-5，A2 单元完成信号抽样， A7 单元完成信号恢复，模拟信号 和 抽样脉冲由信号源产生，信号波形、频率、幅度均可调节，抽样脉冲频率和占空比可调节； 恢复滤 波器带宽可设置；图 1-5 抽样定理实验框图框图说明：本实验中需要用到以下 4 个功能单元：1.信号源单元：用于选择模拟信号，点击框图“原始信号”按钮，出现虚拟信号源面 板，信号源使用见“虚拟仪器

5、DDS 信号源”部分；根椐实验要求设定信号种类、信号频率、信 号幅度；2.抽样脉冲：用于选择抽样脉冲频率和占空比 ， 点击框图“抽样脉冲”按钮，出现抽样脉冲设置面板 ，如 右图。用鼠标可调节抽样频率和占空比；3.抽样选择开关：鼠标点击框图 A2 模块“切换 开关”可以选择自然抽样还是平顶抽样；4.恢复滤波器： A7 模块恢复滤波器（低通）带 宽可以设置，鼠标点击框图 A7 模块恢复滤波器按钮 出现滤波器设置面板，如右图：用鼠标点击横轴频率 值 即可改变滤波器幅频特性；5.模块测量点说明A2 单元：2P1：原始模拟信号；2P2：抽样脉冲信号； 2P7：抽样输出信号A7 单元：7P8 抽样恢复信号

6、、实验任务1.自然抽样验证：抽样时域信号观察、抽样频域信号观察、恢复信号观察；2.频谱混叠现象验证：通过改变模拟信号频率、抽样脉冲频率验证 奈奎斯特定理 ；3.抽样脉冲占空比恢复信号影响；四、实验步骤1. 实验准备（1）获得实验权限，从浏览器进入在线实验平台；（2）选择实验内容使用鼠标在通信原理实验目录选择： PAM 调制与抽样定理 ，进入到抽样定理实验页面。2.自然抽样验证（3）选择自然抽样功能 在实验框图上通过“切换开关”，选择到“ 自然抽样 ”功能；（4）修改参数进行测量 鼠标点击实验框图上的“原始信号”、“抽样脉冲”按钮，设置实验参数；如：设置原始 信 号为：“正弦”，频率： 2KHz

7、，幅度设置指示为 45 ；设置抽样脉冲频率： 8KHz，占空比： 4/8 （50%）；（5）抽样信号时域观测用四通道示波器，在 2P1 可观测原始信号，在 2P2 可观测抽样脉冲信号，在 2P7 可观测 PAM取 样信号；（6） 抽样信号频域观测使用示波器的 FFT 功能或频谱仪，分别观测 2P1,2P2,2P7 测量点的频谱；2P1:3K（点击截止（7） 恢复信号观察鼠标点击框图上的“恢复滤波器”按钮，设置恢复滤波器的截止频率为频率数字），在 7P8 观察经过恢复滤波器后，恢复信号的时域波形。（8） 改变参数重新完成上述测量 修改模拟信号的频率及类型，修改抽样脉冲的频率，重复上述操作。 可以

8、尝试下表 1-1 所示组合，分析实验结果：表 1-1模拟信号抽样脉冲恢复滤波器说明2K 正弦波3K2K1.5 倍抽样脉冲4K2 倍抽样脉冲8K4 倍抽样脉冲16K8 倍抽样脉冲1K 三角波复杂信号恢复6K自己尝试设计某种组合进行扩展3.频谱混叠现象验证（1）设置各信号参数设置原始信号为： “正弦”，频率：1KHz，幅度设置指示为 45 ； 8KHz，6K:（3）频谱混叠频域观察 使用示波器的 FFT 功能或频谱仪观测抽样后信号 2P7，然后重新完成上述步骤（ 2）操 作。观察在逐渐增加 2P1 原始信号频率时，抽样信号的频谱变化，分析其在什么情况下发生 混叠；（4）3K:5K:（5）验证频谱混

9、叠扩展 根据自己理解，尝试验证其它情况下发生频谱混叠的情况。修改原始信号为三角波， 频谱混叠。修改原始信号为三角波，其余数据和上个实验一样。原始信号频率 1K:原始信号频率 2K:原始信号频率 8.2K:4.抽样脉冲占空比恢复信号影响（1） 设置各信号参数 8KHz， 占空比： 4/8（ 50%）；恢复滤波器截止频率： 2K（2） 修改抽样脉冲占空比使用示波器观测原始信号 2P1，恢复后信号 7P8。点击“抽样脉冲”按钮，逐渐修改抽 样脉冲占空比，为 1/8,2/8, ,7/8 （主要观测 1/2,1/4,1/8 三种情况）。在修改占空比过程中， 观察 7P8 恢复信号的幅度变化，并记录波形。

10、分析占空比对抽样定理有什么影响？结论：占空比不超过 1/2 时，抽样信号占空比越高，则恢复信号幅度越大5.平顶抽样验证（1） 修改参数进行测量 通过实验框图上的“原始信号”、“抽样脉冲”按钮，设置实验参数；设置原始信号 为：1KHz，幅度设置指示为 45；4/8（ 50%）；（2） 对比自然抽样和平顶抽样频谱使用示波器的 FFT功能或频谱仪观测抽样后信号 7P8。在实验框图上通过“切换开关”， 选择到“ 自然抽样 ”功能，观察并记录其频谱；切换到“平顶抽样”，观察并记录器频谱。 分 析自然抽样和平顶抽样后，频谱有什么区别？结合理论分析其原因。平顶抽样：结论分析：平顶抽样的波形电平更接近于原始信

11、号，但是波形相对于自然抽样的波形 更容易失真。原因是平顶抽样有利于解调后提高输出信号的电平，但却会引入信号频谱失 真Sin（ /2）6. 实验扩展（1） 尝试使用复杂信号完成抽样定理的验证 将原始信号修改为“复杂信号”即： 1k+3k 正弦波，自己设计思路完成抽样定理。7. 实验结束实验结束，从浏览器退出在线实验平台。五、实验报告1.简述抽样定理验证电路的工作原理。抽样信号由抽样电路产生。将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信 号，自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。平顶抽样和自然抽样信号是通过开关切 换输出的。抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器，即可得到恢复的信号

12、。2.记录在各种测试条件下的测试数据，分析测试点的波形、频率、信号幅度等各项测 试数据并验证抽样定理。3.分析表 1-1 中恢复信号的成因。4.对上述 1.5KHz 三角波抽样，分析应选用那种带宽的恢复滤波器和抽样频率，为什 么？六、思考题4/81. 模拟信号为三角波，频率 1KHz，幅度设置指示为 45；抽样频率 32KHz，占空比： （ 50%），用示波器 FFT观察模拟信号和抽样信号频谱如下图：1上图每根谱线是什么信号？频率是多少？2根据三角波频谱，抽样频率设置多少较好？为什么？3根据三角波频谱，恢复滤波器截止频率应设置多少较好？用实验结果验证你的论。七、实验心得通过本次实验，我掌握了抽样定理原理，了解了自然抽样、平顶抽样的特性，理 解了抽样脉冲脉宽、频率对恢复信号的影响，理解恢复滤波器幅频特性对恢复信号的 影响，了解混迭效应产生的原因。本次实验虽然繁琐但是我还是耐心的完成了，功夫 不负有心人，在实验中我收获到在课本中学不到的知识，让我受益匪浅。