通信原理实验(软件)实验六：低通型采样定理实验报告

低通信号的抽样定理
一、设计任务：运用SYSTEMVIEW 软件，对低通信号的抽样定理进行仿真，观察得到的
信号波形。

被采样的模拟信号源是幅度为1V ，频率为100HZ 的正弦波，
抽样脉冲为窄脉冲矩形脉冲，脉宽为1us 。

抽样器用乘法器代替，选取
100HZ ，200HZ ，500HZ 三种不同的抽样频率。

用于恢复信号的低通滤波
器采用三阶巴特沃斯低通滤波器。

二、仿真环境：
SYSTEMVIEW 5.0
三、实验原理：
抽样信号是由连续信号通过抽样脉冲的相乘得到，如下图
连续信号
抽样信号抽样脉冲
()t f ()t f S ⊗
()t p
其中()f t 为连续信号；() p t 为抽样脉冲序列；()()() s f t f t p t =⋅为抽样信号。

S
四、实验仿真电路及参数设置：
1、仿真全图
仿真电路全图如下，信号发生器为编号0装置，产生如1V ，100Hz 的正弦信号，经滤波后与抽样脉冲相乘，装置6、7、5、10为示波器，其中7为正弦信号，6为抽样信号，10为脉冲信号，5为恢复信号
抽样全图
2、参数设置
正弦波信号参数如下
抽样脉冲信号参数如下
其频率可由100Hz改为200Hz及500Hz
Butterworth滤波器参数如下
五、仿真结果
100Hz的仿真波形图
200Hz的仿真波形图
500Hz的仿真波形图。

一、实验目的1. 熟悉信号采样过程，了解采样定理的基本原理。

2. 通过实验观察采样时信号频谱的混叠现象。

3. 加深对采样前后信号频谱变化的理解，验证采样定理的正确性。

4. 掌握采样频率的选择对信号恢复的影响。

二、实验原理采样定理（Nyquist-Shannon采样定理）指出，一个频率为f的连续时间信号，如果以至少2f的频率进行采样，则采样后的信号可以无失真地恢复原信号。

本实验主要验证这一定理。

三、实验设备1. 信号发生器2. 示波器3. 采样器4. 低通滤波器5. 采样定理验证软件四、实验步骤1. 信号生成：使用信号发生器产生一个频率为f的连续时间信号。

2. 采样：将信号通过采样器进行采样，采样频率分别为f、2f、3f。

3. 频谱分析：使用示波器观察采样信号的时域波形，并使用频谱分析软件观察采样信号的频谱。

4. 信号恢复：对采样信号进行低通滤波，滤波器的截止频率为f/2，观察恢复后的信号。

5. 结果对比：对比不同采样频率下信号恢复的结果，分析采样频率对信号恢复的影响。

五、实验结果与分析1. 采样频率为f时：采样信号的频谱出现混叠现象，无法恢复原信号。

2. 采样频率为2f时：采样信号的频谱没有混叠现象，恢复后的信号与原信号基本一致。

3. 采样频率为3f时：采样信号的频谱没有混叠现象，恢复后的信号与原信号基本一致。

实验结果表明，当采样频率为2f时，采样信号可以无失真地恢复原信号，验证了采样定理的正确性。

同时，实验也表明，采样频率越高，信号恢复的效果越好。

六、实验结论1. 采样定理是信号处理中重要的基本原理，它为信号的数字化提供了理论依据。

2. 采样频率的选择对信号恢复的影响很大，采样频率越高，信号恢复的效果越好。

3. 在实际应用中，应根据信号的频率特性和系统要求选择合适的采样频率。

七、实验心得体会通过本次实验，我对采样定理有了更深入的理解，认识到采样频率选择的重要性。

同时，实验也让我体会到实验在验证理论、提高动手能力方面的作用。

通信原理实验-抽样定理(总9页)
实验名称：抽样定理
实验目的：
1.理解抽样定理的意义和应用
2.掌握抽样定理的实验方法
实验原理：
抽样定理是通信原理中非常重要的一个原理，它是指在信号经过理想低通滤波器之后，如果采样频率大于等于信号频率的两倍，就可以完全恢复原始信号，这个定理也称为奈奎
斯特定理。

实验器材：
示波器、函数信号发生器、导线、面包板。

实验步骤：
1.将函数信号发生器的频率调整至1kHz，并将示波器连接至信号发生器输出端口检测波形。

2.在示波器上观察到正弦波形之后，将频率调整至5kHz，再次观察波形。

5.根据抽样定理的公式计算出采样频率，例如在10kHz时，采样频率应大于等于
20kHz。

6.将采样频率设置为30kHz，并观察波形。

7.继续提高采样频率直至可清晰观察到原始信号的波形。

实验结果：
在采样频率大于20kHz的情况下，可以清晰地观察到原始信号的波形。

在采样频率低
于20kHz的情况下，原始信号的波形会出现明显的径向失真。

实验分析：
在通信系统中，信号传输的过程中可能会发生失真现象，而抽样定理可以帮助我们消
除这种失真。

在本实验中，我们使用函数信号发生器产生不同频率的信号，并通过示波器
观察波形。

通过设置不同的采样频率，可以清晰地观察到原始信号的波形，并验证奈奎斯特定理的正确性。

通过本实验验证了奈奎斯特定理的正确性，即在采样频率大于信号频率的两倍时，可以完全恢复原始信号，避免信号采样带来的失真。

实验二低通抽样定理验证实验一、实验目的1、熟悉使用System View软件，了解各部分功能模块的操作和使用方法。

2、通过实验进一步掌握低通抽样定理的原理。

二、实验内容}用System View建立一个低通抽样定理仿真电路，通过观察各个模块输出波形变化，理解低通抽样定理原理。

三、电路构成图1 低通抽样定理验证实验原理图参数设置：Token3：产生模拟信号（参数设置：Source――Periodic――Sinusoid，幅度1V，频率50HZ，相位0度）《Token4：MultiplierToken5：产生抽样信号（参数设置：Source——Periodic——Pulse Train，幅度1V，频率100Hz，脉冲宽度，偏移0V，相位0度，抽样速率可调）Token6：产生一个模拟低通滤波器，滤除高频信号，保留低频信号（参数设置：Operator——Filters/Systems——Linear Sys Filters，选择：Analog——Lowpass——Butterworth，Lowcuttoff＝50Hz，No of Poles＝3，截止频率＝模拟信号最高频率）四、实验结果(1)原始的输入信号波形图）图2 原始的输入信号波形图(2)原始的输入信号的频谱图图3 原始的输入信号频谱图。

(3)被抽样以后的图形图4 被抽样以后的图形>(4)被抽样以后的频谱图图5 被抽样以后的频谱图分析：由于原始输入波形的离散化，使得输出频谱周期化。

输出频谱如图5所示。

\(5)经过低通滤波器后，还原出波形如图6】图6 还原出的波形(6)经过低通滤波器后，还原后的频谱图!图7 还原后的频谱图可以发现频谱图基本和图3所示相同，但是由于滤波器不是理想低通，使得使得输出频谱周期化的现象仍然存在。

但是基本上已被滤波器滤除，不影响输出波形。

五、思考题#1、观察仿真电路中各个模块输出波形变化，理解低通抽样定理原理。

答：输出波形如上图2至7所示。

通信原理抽样定理实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过实际操作验证抽样定理在通信原理中的应用，加深对抽样定理的理解，掌握其实际应用方法。

二、实验原理。

抽样定理是指在一定条件下，对信号进行抽样采集后，可以准确还原原始信号。

在通信原理中，抽样定理是确保数字信号可以通过采样准确地表示模拟信号的重要基础。

三、实验仪器与材料。

1. 示波器。

2. 信号发生器。

3. 电缆。

4. 电脑。

5. 实验电路板。

四、实验步骤。

1. 将信号发生器与示波器连接，调节信号发生器输出频率为50Hz；2. 将示波器触发方式设置为自动触发；3. 调节示波器的水平和垂直灵敏度，使波形在示波器屏幕上居中显示；4. 通过示波器观察信号波形，并记录采样率；5. 逐渐增大信号发生器的频率，观察波形的变化；6. 将实验数据导入电脑，进行数据处理和分析。

五、实验结果与分析。

通过实验操作，我们得到了不同频率下的信号波形，并记录了相应的采样率。

在数据处理和分析过程中，我们发现随着频率的增大，如果采样率不足，将会出现混叠现象，导致信号失真。

这验证了抽样定理的重要性，即采样频率必须大于信号频率的两倍，才能准确还原原始信号。

六、实验总结。

通过本次实验，我们深刻理解了抽样定理在通信原理中的重要性，了解了采样率对信号重建的影响。

在实际应用中，我们需要严格按照抽样定理的要求进行信号采样，以确保数字信号能够准确地表示模拟信号。

七、实验感想。

本次实验使我对抽样定理有了更深入的理解，也增强了我对通信原理的实际操作能力。

通过实验，我意识到理论知识与实际操作相结合的重要性，也更加重视了实验数据的准确性和分析的重要性。

八、参考文献。

[1] 《通信原理》，XXX，XXX出版社，2018年。

[2] 《电子技术基础》，XXX，XXX出版社，2017年。

以上为本次实验的报告内容，希望能对大家的学习和实践有所帮助。

北京邮电大学实验报告题目：基于SYSTEMVIEW通信原理实验报告实验一：验证抽样定理一、实验目的1、掌握抽样定理2. 通过时域频域波形分析系统性能二、实验原理低通滤波器频率与m（t）相同三、实验步骤1. 要求三个基带信号相加后抽样，然后通过低通滤波器恢复出原信号。

2. 连接各模块完成系统，同时在必要输出端设置观察窗。

3. 设置各模块参数。

三个基带信号的频率从上到下分别设置为10hz、12hz、14hz。

抽样信号频率设置为28hz，即2*14hz。

（由抽样定理知，）将低通滤波器频率设置为14hz，则将恢复第三个信号（其频率为14hz）进行系统定时设置，起始时间设为0，终止时间设为1s.抽样率设为1khz。

3.观察基带信号、抽样后的信号、最终恢复的信号波形四、实验结果最上面的图为原基带信号波形，中间图为最终恢复的信号波形，最下面的图为抽样后的信号波形。

五、实验讨论从实验结果可以看出，正如前面实验原理所述，满足抽样定理的理想抽样应该使抽样后的波形图如同冲激信号，且其包络图形为原基带信号波形图。

抽样后的信号通过低通滤波器后，恢复出的信号波形与原基带信号相同。

由此可知，如果每秒对基带模拟信号均匀抽样不少于2次，则所得样值序列含有原基带信号的全部信息，从该样值序列可以无失真地恢复成原来的基带信号。

讨论：若抽样速率少于每秒2次，会出现什么情况？答：会产生失真，这种失真被称为混叠失真。

六、实验建议、意见增加改变抽样率的步骤，观察是否产生失真。

实验二:奈奎斯特第一准则一、实验目的（1）理解无码间干扰数字基带信号的传输；（2）掌握升余弦滚降滤波器的特性；（3）通过时域、频域波形分析系统性能。

二、实验原理在现代通信系统中，码元是按照一定的间隔发送的，接收端只要能够正确地恢复出幅度序列，就能够无误地恢复传送的信号。

因此，只需要研究如何使波形在特定的时刻无失真，而不必追求整个波形不变。

奈奎斯特准则提出：只要信号经过整形后能够在抽样点保持不变，即使其波形已经发生了变化，也能够在抽样判决后恢复原始的信号，因为信息完全恢复携带在抽样点幅度上。

1. 了解电信号的采样方法与过程。

2. 理解信号恢复的方法。

3. 验证抽样定理的正确性。

二、实验原理抽样定理是信号处理中的一个基本原理，它指出：如果一个连续信号x(t)的频谱X(f)在频率域中满足带限条件，即X(f)在f=0到f=fm的范围内为有限值，且在f=fm之后为零，那么，只要采样频率fs大于2fm（其中fm是信号中最高频率分量的频率），则通过这些采样值就可以无失真地恢复出原信号。

三、实验设备与器材1. 信号与系统实验箱TKSS-C型。

2. 双踪示波器。

四、实验步骤1. 信号产生：使用信号与系统实验箱产生一个带限信号，其频谱在f=fm以下，在f=fm以上为零。

2. 采样：设置采样频率fs为fm的2倍以上，对产生的信号进行采样，得到采样序列。

3. 频谱分析：对采样序列进行频谱分析，观察其频谱特性。

4. 信号恢复：使用数字信号处理技术，对采样序列进行插值，恢复出原信号。

5. 波形比较：将恢复出的信号与原信号在示波器上进行比较，观察其波形差异。

五、实验结果与分析1. 采样序列的频谱分析：从实验结果可以看出，当采样频率fs大于2fm时，采样序列的频谱在f=fm以下与原信号的频谱相同，在f=fm以上为零，符合抽样定理的要求。

2. 信号恢复：通过插值恢复出的信号与原信号在示波器上显示的波形基本一致，说明在满足抽样定理的条件下，可以通过采样值无失真地恢复出原信号。

1. 通过本次实验，验证了抽样定理的正确性，加深了对信号采样与恢复方法的理解。

2. 在实际应用中，应根据信号的特点选择合适的采样频率，以确保信号采样后的质量。

3. 采样定理是信号处理中的基本原理，对于理解信号处理技术具有重要意义。

七、实验心得1. 本次实验使我深刻理解了抽样定理的基本原理，以及信号采样与恢复的方法。

2. 在实验过程中，我学会了使用信号与系统实验箱产生信号，以及进行频谱分析等基本操作。

3. 通过本次实验，我认识到理论与实践相结合的重要性，为今后的学习和工作打下了基础。

通信原理抽样定理实验报告通信原理抽样定理实验报告摘要：本实验通过对抽样定理的研究和实践，探究了通信原理中抽样定理的重要性和应用。

通过实验结果的分析，验证了抽样定理的正确性，并得出了一些有关抽样定理的结论。

1. 引言通信原理是现代通信技术的基础，而抽样定理是通信原理中一个重要的理论基础。

抽样定理指出，在进行模拟信号的数字化处理时，为了保证处理结果的准确性，需要对模拟信号进行一定的采样频率。

本实验旨在通过实践验证抽样定理的正确性，并探究其在通信原理中的应用。

2. 实验原理抽样定理是由奈奎斯特（Nyquist）于20世纪20年代提出的，也被称为奈奎斯特定理。

该定理的核心思想是：对于一个带宽有限的信号，如果将其以大于两倍的最高频率进行采样，那么采样后的数字信号可以完全恢复原始信号。

3. 实验步骤3.1 实验仪器与材料准备本实验所需的仪器与材料包括：信号发生器、示波器、电缆、电阻、电容等。

3.2 实验过程首先，通过信号发生器产生一个带宽有限的模拟信号。

然后，将该模拟信号通过电缆连接到示波器上进行观测。

在示波器上观测到的信号即为模拟信号的采样结果。

3.3 实验结果分析通过观察示波器上的信号波形，可以发现，采样后的信号与原始模拟信号非常接近，几乎无法区分。

这表明，抽样定理的预测是正确的，通过足够高的采样频率，可以准确地还原原始信号。

4. 实验讨论4.1 抽样频率的选择根据抽样定理，为了准确还原原始信号，采样频率至少要大于信号带宽的两倍。

实际应用中，为了保证信号的完整性和准确性，通常会选择更高的采样频率。

4.2 抽样定理在通信系统中的应用抽样定理在通信系统中有着广泛的应用。

例如，在数字音频和视频的传输中，通过抽样定理可以将模拟音频和视频信号转换为数字信号，从而实现高质量的传输和存储。

5. 实验结论通过本实验的研究和实践，我们验证了抽样定理的正确性，并得出以下结论：（1）抽样定理是通信原理中一个重要的理论基础，通过足够高的采样频率，可以准确地还原原始信号。

通信原理实验报告一、实验名称MATLAB验证低通抽样定理二、实验目的1、掌握抽样定理的工作原理。

2、通过MATLAB编程实现对抽样定理的验证，加深抽样定理的理解。

同时训练应用计算机分析问题的能力。

3、了解MATLAB软件，学习应用MATLAB软件的仿真技术。

它主要侧重于某些理论知识的灵活运用，以及一些关键命令的掌握，理解，分析等。

4、计算在临界采样、过采样、欠采样三种不同条件下恢复信号的误差，并由此总结采样频率对信号恢复产生误差的影响，从而验证时域采样定理。

三、实验步骤及原理1、对连续信号进行等间隔采样形成采样信号，采样信号的频谱是原连续信号的频谱以采样频率为周期进行周期性的延拓形成的。

2、设连续信号的的最高频率为Fmax，如果采样频率Fs>2Fmax，那么采样信号可以唯一的恢复出原连续信号，否则Fs<=2Fmax会造成采样信号中的频谱混叠现象，不可能无失真地恢复原连续信号。

四、实验内容1、画出连续时间信号的时域波形及其幅频特性曲线，信号为x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t)2、对信号进行采样，得到采样序列，画出采样频率分别为10Hz，20 Hz，50 Hz时的采样序列波形；3、对不同采样频率下的采样序列进行频谱分析，绘制其幅频曲线，对比各频率下采样序列和的幅频曲线有无差别。

4、对信号进行谱分析，观察与3中结果有无差别。

5、由采样序列恢复出连续时间信号，画出其时域波形，对比与原连续时间信号的时域波形。

五、实验仿真图(1) x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t)的时域波形及幅频特性曲线。

clear;close all;dt=0.05;t=-2:dt:2x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t);N=length(t);Y=fft(x)/N*2;fs=1/dt;df=fs/(N-1);f=(0:N-1)*df;plot(t,x)title('抽样时域波形')xlabel('t')grid;subplot(2,1,2)plot(f,abs(Y));title('抽样频域信号 |Y|');xlabel('f');grid;(2)采样频率分别为10Hz时的采样序列波形, 幅频特性曲线,以及由采样序列恢复出连续时间信号时域、频域波形；clear;close all;dt=0.1;t0=-2:0.01:2t=-2:dt:2ts1=0.01x0=cos(4*pi*t0)+1.5*sin(6*pi*t0)+0.5*cos(20*pi*t0);x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t);B=length(t0);Y2=fft(x0)/B*2;fs2=1/0.01;df2=fs2/(B-1);f2=(0:B-1)*df2;N=length(t);Y=fft(x)/N*2;fs=1/dt;df=fs/(N-1);f=(0:N-1)*df;tm=-50:ts1:50gt=sinc(fs*tm)st=sigexpand(x,dt/ts1)x3=conv(st,gt)A=length(tm(5001:5401));Y1=fft(x3(5001:5401))/A*2;fs1=1/ts1;df1=fs1/(A-1);f1=(0:A-1)*df1;subplot(3,2,1)plot(t0,x0)title('原始时域波形')xlabel('t')subplot(3,2,2)title('原始频域波形')xlabel('t')subplot(3,2,3)plot(t,x)title('抽样时域波形')xlabel('t')grid;subplot(3,2,4)plot(f,abs(Y));title('抽样频域信号 |Y|');xlabel('f');subplot(3,2,5)plot(t0,x3(5001:5401))title('恢复后的信号');xlabel('tm')subplot(3,2,6)plot(f1,abs(Y1));title('恢复频域信号 |Y1|');xlabel('f1');grid;（3）采样频率分别为20 Hz时的采样序列波形，幅频特性曲线,以及由采样序列恢复出连续时间信号时域、频域波形；clear;close all;dt=0.05;t0=-2:0.01:2t=-2:dt:2ts1=0.01x0=cos(4*pi*t0)+1.5*sin(6*pi*t0)+0.5*cos(20*pi*t0); x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t);B=length(t0);Y2=fft(x0)/B*2;fs2=1/0.01;df2=fs2/(B-1);f2=(0:B-1)*df2;N=length(t);Y=fft(x)/N*2;fs=1/dt;df=fs/(N-1);f=(0:N-1)*df;tm=-50:ts1:50gt=sinc(fs*tm)st=sigexpand(x,dt/ts1)x3=conv(st,gt)A=length(tm(5001:5401));Y1=fft(x3(5001:5401))/A*2;fs1=1/ts1;df1=fs1/(A-1);f1=(0:A-1)*df1;subplot(3,2,1)plot(t0,x0)title('原始时域波形')xlabel('t')subplot(3,2,2)plot(f2,abs(Y2))title('原始频域波形')xlabel('t')subplot(3,2,3)plot(t,x)title('抽样时域波形')xlabel('t')grid;subplot(3,2,4)plot(f,abs(Y));title('抽样频域信号 |Y|');xlabel('f');subplot(3,2,5)plot(t0,x3(5001:5401))title('恢复后的信号');xlabel('tm')subplot(3,2,6)plot(f1,abs(Y1));title('恢复频域信号 |Y1|');xlabel('f1');grid;(4)采样频率分别为50 Hz时的采样序列波形，幅频特性曲线,以及由采样序列恢复出连续时间信号时域、频域波形；；clear;close all;dt=0.02;t0=-2:0.01:2t=-2:dt:2ts1=0.01x0=cos(4*pi*t0)+1.5*sin(6*pi*t0)+0.5*cos(20*pi*t0);x=cos(4*pi*t)+1.5*sin(6*pi*t)+0.5*cos(20*pi*t);B=length(t0);Y2=fft(x0)/B*2;fs2=1/0.01;df2=fs2/(B-1);f2=(0:B-1)*df2;N=length(t);Y=fft(x)/N*2;fs=1/dt;df=fs/(N-1);f=(0:N-1)*df;tm=-50:ts1:50gt=sinc(fs*tm)st=sigexpand(x,dt/ts1)x3=conv(st,gt)A=length(tm(5001:5401));Y1=fft(x3(5001:5401))/A*2; fs1=1/ts1;df1=fs1/(A-1);f1=(0:A-1)*df1;subplot(3,2,1)plot(t0,x0)title('原始时域波形') xlabel('t')subplot(3,2,2)plot(f2,abs(Y2))title('原始频域波形') xlabel('t')subplot(3,2,3)plot(t,x)title('抽样时域波形') xlabel('t')grid;subplot(3,2,4)plot(f,abs(Y));title('抽样频域信号 |Y|'); xlabel('f');subplot(3,2,5)plot(t0,x3(5001:5401)) title('恢复后的信号'); xlabel('tm')subplot(3,2,6)plot(f1,abs(Y1));title('恢复频域信号 |Y1|'); xlabel('f1');grid;六、实验结论实验中对模拟信号进行采样，需要根据最高截止频率Fmax，按照采样定理的要求选择采样频率的两倍，即 Fs>2Fmax。

一、实验目的1. 理解并验证信号抽样定理的基本原理。

2. 学习信号抽样过程中频谱的变换规律。

3. 掌握信号从抽样信号中恢复的基本方法。

4. 通过实验加深对信号处理理论的理解。

二、实验原理信号抽样定理，也称为奈奎斯特定理，指出如果一个带限信号的最高频率分量小于抽样频率的一半，那么通过适当的方法可以将这个信号从其抽样信号中完全恢复出来。

具体来说，如果一个连续信号 \( x(t) \) 的最高频率分量为 \( f_{max} \)，那么为了不失真地恢复原信号，抽样频率 \( f_s \) 必须满足 \( f_s > 2f_{max} \)。

三、实验设备与软件1. 实验设备：信号发生器、示波器、信号源、滤波器等。

2. 实验软件：MATLAB或其他信号处理软件。

四、实验步骤1. 信号生成：使用信号发生器生成一个连续的带限信号，例如正弦波、方波等，并记录其频率和幅度。

2. 信号抽样：使用信号源对生成的带限信号进行抽样，设定抽样频率 \( f_s \)，并记录抽样后的信号。

3. 频谱分析：对原始信号和抽样信号分别进行傅里叶变换，分析其频谱，观察抽样频率对信号频谱的影响。

4. 信号恢复：使用滤波器对抽样信号进行低通滤波，去除高频分量，然后对滤波后的信号进行逆傅里叶变换，观察恢复后的信号与原始信号的一致性。

5. 改变抽样频率：重复步骤2-4，分别使用不同的抽样频率进行实验，比较不同抽样频率对信号恢复效果的影响。

五、实验结果与分析1. 频谱分析：通过实验发现，当抽样频率 \( f_s \) 小于 \( 2f_{max} \) 时，抽样信号的频谱会发生混叠，无法恢复出原始信号。

当 \( f_s \) 大于\( 2f_{max} \) 时，抽样信号的频谱不会发生混叠，可以恢复出原始信号。

2. 信号恢复：通过低通滤波器对抽样信号进行滤波，可以有效地去除高频分量，从而恢复出原始信号。

滤波器的截止频率应设置在 \( f_{max} \) 以下。

一、实验目的1. 理解通信原理中抽样定理的基本概念；2. 掌握抽样定理在模拟信号数字化过程中的应用；3. 了解模拟信号抽样后的特性及其对信号传输的影响；4. 熟悉实验仪器和实验方法。

二、实验原理抽样定理（Nyquist-Shannon采样定理）指出，如果一个信号在频域中的最高频率分量为\( f_m \)，为了能够无失真地恢复原信号，抽样频率\( f_s \)必须满足以下条件：\[ f_s \geq 2f_m \]其中，\( f_s \)为抽样频率，\( f_m \)为信号最高频率分量。

当抽样频率满足上述条件时，原信号可以通过低通滤波器从抽样信号中无失真地恢复出来。

三、实验仪器与设备1. 信号发生器：用于产生不同频率和幅度的正弦信号；2. 示波器：用于观察和测量信号波形；3. 抽样器：用于对模拟信号进行抽样；4. 低通滤波器：用于从抽样信号中恢复原信号。

四、实验步骤1. 使用信号发生器产生一个频率为\( f_m \)的正弦信号；2. 将正弦信号输入到抽样器中，设置抽样频率\( f_s \)为\( 2f_m \)；3. 使用示波器观察抽样后的信号波形；4. 通过低通滤波器从抽样信号中恢复原信号；5. 比较恢复后的信号与原信号，分析恢复效果。

五、实验结果与分析1. 当抽样频率\( f_s = 2f_m \)时，恢复后的信号与原信号基本一致，表明抽样定理在实验中得到了验证；2. 当抽样频率\( f_s < 2f_m \)时，恢复后的信号与原信号存在较大差异，说明抽样频率过低会导致信号失真；3. 当抽样频率\( f_s > 2f_m \)时，恢复后的信号与原信号基本一致，但抽样频率过高会浪费带宽资源。

六、实验总结通过本次实验，我们深入理解了通信原理中抽样定理的基本概念，掌握了抽样定理在模拟信号数字化过程中的应用。

实验结果表明，抽样频率的选择对信号恢复质量具有重要影响。

在实际应用中，应根据信号特性和传输需求选择合适的抽样频率，以实现信号的高效、准确传输。

采样定理实验报告采样定理实验报告一、实验目的本实验旨在通过对采样定理的实际应用，验证采样定理的有效性，并了解采样频率对信号恢复的影响。

二、实验原理采样定理，又称奈奎斯特定理，是指在进行信号采样时，采样频率必须大于信号最高频率的两倍，才能完全恢复原始信号。

否则，会出现混叠现象，导致信号失真。

三、实验器材1. 示波器：用于观测信号波形。

2. 信号发生器：用于产生不同频率的信号。

3. 低通滤波器：用于恢复被混叠的信号。

四、实验步骤1. 将信号发生器连接到示波器上，设置合适的信号频率和幅度。

2. 观察信号波形，记录信号的最高频率。

3. 根据采样定理，计算出合适的采样频率。

4. 调整示波器的采样频率，确保其大于信号最高频率的两倍。

5. 观察采样后的信号波形，记录观察结果。

6. 将采样后的信号通过低通滤波器进行恢复。

7. 观察恢复后的信号波形，记录观察结果。

五、实验结果与分析在实验过程中，我们选择了不同频率的信号进行采样，并观察了采样前后的信号波形。

实验结果表明，当采样频率小于信号最高频率的两倍时，混叠现象会导致信号失真。

而当采样频率大于信号最高频率的两倍时，通过低通滤波器可以完全恢复原始信号。

通过实验数据的观察和分析，我们可以得出以下结论：1. 采样定理的有效性得到了验证，采样频率必须大于信号最高频率的两倍，才能完全恢复原始信号。

2. 低通滤波器在信号恢复中起到了关键作用，通过滤除混叠信号的高频成分，使得信号恢复更加准确。

六、实验应用采样定理在现代通信领域有着广泛的应用。

例如，在音频和视频传输中，为了保证信号的质量和准确性，需要按照采样定理的要求进行信号采样和恢复。

此外，在数字信号处理、图像处理、雷达和医学成像等领域中，采样定理也扮演着重要的角色。

七、实验总结通过本次实验，我们深入了解了采样定理的原理和应用，并通过实际操作验证了其有效性。

采样定理对于信号的采样和恢复具有重要意义，是保证信号质量和准确性的基础。

采样定理实验报告实验报告⼀、实验⽬的熟悉信号采样过程，并通过本实验观察⽋采样时信号频谱的混叠现象，了解采样前后信号频谱的变化，加深对采样定理的理解，掌握采样频率的确定⽅法。

⼆、实验原理模拟信号经过（A/D ）变换转为熟悉信号的过程称之为采样，信号采样后其频谱产⽣了周期延拓，在⼀定条件下，⼀个连续时间信号完全可以⽤该信号在等时间间隔上的瞬时样本值表⽰，这些样本值包含了该连续时间信号的全部信息，利⽤这些样本值可以恢复原连续时间信号。

采样定理的完整描述如下：⼀个频谱在（-ωm ，ωm ）以外为零的频带有限信号f(t)，可唯⼀的由其在均匀时间间隔T s （T s <12f m ）上的样点值f s (t)=f(n T s )确定。

要从采样信号f s (t)中顺利恢复原信号f(t)，必须满⾜两个条件：(1)f(t)必须是频带有限信号；(2)取样频率不能过低，必须满⾜f s ?2f m ，称f s =2f m 为奈奎斯特速率。

f m 为f(t)最⾼截⽌频率。

如前所述f(t)为带限信号其最⾼截⽌频率为f m 其频谱F(j ω)如图（a ）所⽰，采样时间间隔为Ts ，则f(t)经采样后的离散序列f(n)为：f (n )=f s (t )=f (nT s )=f(t)∑δ(t ?nT s )=∑f(t)δ(t ?nT s )∞n=?∞∞n=?∞其中，g(t)= ∑δ(t ?nT s )∞n=?∞—采样信号（周期单位脉冲时序列）G(t)的频谱如图（b ）所⽰。

F s (jω)的频谱如图（c ）所⽰，图中相当于原模拟信号的频谱称为基带频谱。

如果f s <2f m 则F s (jω)按照采样频率f s 进⾏周期延拓时，形成频谱混叠现象如图（d ）所⽰。

f s (t )的频谱函数为：F s (jω)=12πF(jω)×ωs ∑δ(ω?nωs )=1T s ∑F[j (ω?nωs )∞n=?∞∞n=?∞]；其中ωs =2πT s可以看出，抽样信号的频谱F s (jω)是原信号频谱F(jω)的⽆数次平移之后的叠加。

通信原理抽样定理实验报告一、实验目的。

本实验旨在通过实际操作，验证和理解抽样定理在通信原理中的重要性和应用。

二、实验原理。

抽样定理是指在进行信号采样时，采样频率必须至少是信号最高频率的两倍，才能够准确地还原原始信号。

否则，会产生混叠失真，导致信号无法正确恢复。

抽样定理是数字通信系统中的基础，对于保证信号采样的准确性和精度至关重要。

三、实验器材。

1. 示波器。

2. 信号发生器。

3. 低通滤波器。

4. 电缆、连接线等。

四、实验步骤。

1. 将信号发生器输出正弦波信号，频率为f，幅度适当。

2. 将示波器设置为触发模式，连接到信号发生器输出端。

3. 调节示波器的水平和垂直位置，使得正弦波信号在屏幕上能够完整显示。

4. 逐渐增加信号发生器的频率，直到正弦波信号出现混叠失真。

5. 记录混叠失真出现时的频率值，并计算出最小采样频率。

五、实验结果。

通过实验，我们得到了信号发生器产生正弦波信号的频率和最小采样频率的数值。

实验结果表明，在通信原理中，抽样定理的重要性不可忽视。

只有在满足抽样定理的条件下，才能够准确地还原原始信号，避免混叠失真的发生。

六、实验结论。

抽样定理是数字通信系统中的基础，对于保证信号采样的准确性和精度至关重要。

在实际工程中，我们需要根据信号的最高频率来确定采样频率，以确保信号的准确恢复和传输。

本次实验的结果再次验证了抽样定理的重要性，为我们在通信原理中的应用提供了重要的参考。

七、实验感想。

通过本次实验，我们更加深刻地理解了抽样定理在通信原理中的重要性和应用。

在今后的学习和工作中，我们将会更加严格地遵循抽样定理，以确保通信系统的稳定和可靠。

八、参考文献。

[1] 《数字通信原理》，XXX，XXX出版社，2018年。

[2] 《通信工程基础》，XXX，XXX出版社，2017年。

以上就是本次实验的全部内容，谢谢阅读！。

1）采样率的确定，以哪个频率为基础？采样定理：带通采样定理：当连续信号的频带限在ωL到ωH之间，而且ωL≥W=ωH-ωL 时，称为带通信号。

此时并不一定需要采样频率高于两倍最高频率，对于窄带高频信号(W/ωH <<1) ，其采样速率近似等于2W。

这就使我们可以大大降低采样速率，为高频带通信号的数字化传输提供了有利条件。

低通采样定理：对一个低通带限信号进行均匀理想采样，如果采样频率大于等于信号最高频率的两倍，采样后的信号可以精确地重建原信号，可以表示为fs≥2fmax或Ts≤1/2fmax，式中fs=1/Ts，fmax是信号的最高频率。

当f=2fmax 时的采样频率为临界采样频率或称为“奈奎斯特率”。

低通采样定理是带通采样的特殊形式。

采样率的确定：带限信号变换的快慢受到它的最高频率分量的限制，也就是说它的离散时刻采样表现信号细节的能力是有限的。

采样定理是指，如果信号带宽小于奈奎斯特频率（即采样频率的二分之一），那么此时这些离散的采样点能够完全表示原信号。

高于或处于奈奎斯特频率的频率分量会导致混叠现象。

一般来说，根据奈奎斯特采样定理，仪器的采样率必须不低于信号带宽的两倍。

而实际上，要还原波形，采样频率仅仅满足采样定理是不够的，采样频率要“大于”信号带宽2倍，才可以得到信号的完整信息。

采样定理是避免信号在频域出现混叠失真的最基本条件，而不是时域信号不失真的条件。

所以，要恢复原信号，采样率是“大于”而非“等于”信号带宽的两倍。

理论上，采样率越高，越能反应原信号的真实情况，但是采样率越高，需要存储和处理的资源也就越大，所以，为了综合考虑，一般选取采样率为信号带宽的3到5倍。

2）采样率太低，会产生假频、混叠效应、波形失真。

进行理论分析数学推导和仿真。

有限带宽信号的数学分析：根据奈奎斯特采样定理，当对一个最高频率为fmax的带限信号进行采样时，采样频率fs必须大于fmax的两倍以上才能确保从采样值完全重构原来的信号。

通信原理实验报告班级： 12050641姓名：谢昌辉学号： 1205064135实验一抽样定理实验一、实验目的1、了解抽样定理在通信系统中的重要性。

2、掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法。

3、理解低通采样定理的原理。

4、理解实际的抽样系统。

5、理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响。

6、理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响。

7、理解带通采样定理的原理。

二、实验器材1、主控&信号源、3号模块各一块2、双踪示波器一台3、连接线若干三、实验原理1、实验原理框图图1-1 抽样定理实验框图2、实验框图说明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S1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。

这里滤波器可以选用抗混叠滤波器（8阶3.4kHz的巴特沃斯低通滤波器）或FPGA数字滤波器（有FIR、IIR两种）。

反sinc滤波器不是用来恢复抽样信号的，而是用来应对孔径失真现象。

要注意，这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。

在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。

四、实验步骤实验项目一抽样信号观测及抽样定理验证概述：通过不同频率的抽样时钟，从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形，以及信号恢复的混叠情况，从而了解不同抽样方式的输出差异和联系，验证抽样定理。

1、关电，按表格所示进行连线。

2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。

调节主控模块的W1使A-out输出峰峰值为3V。

3、此时实验系统初始状态为：被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦合成波。

抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9KHz、占空比20%的方波。

4、实验操作及波形观测。

（1）观测并记录自然抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“自然抽样”档位，用示波器分别观测MUSIC主控&信号源和抽样输出3#。

采样定理实验报告1. 实验目的本实验旨在通过采样定理的实验验证，证明了当采样频率大于信号最高频率的两倍时，可以从采样信号中完整恢复原始信号。

2. 实验仪器•信号发生器•示波器•电脑•连接线3. 实验原理采样定理指出，若要通过采样信号恢复出原始信号，必须满足采样频率不小于原始信号的两倍。

设原始信号为x(t)，采样信号为x_s(t)，采样频率为f_s，有以下公式表示：x_s(t) = x(t) * s(t)其中，s(t)为采样脉冲，采样频率为f_s，x(t)为原始信号。

在实际应用中，通常将信号频谱限制在0到f_m范围内，即原始信号x(t)的最高频率为f_m。

采样频率f_s必须大于2 * f_m，才能保证从采样信号中恢复出正确的原始信号。

4. 实验步骤1.将信号发生器与示波器通过连接线连接好，确保信号可以正常传输。

2.打开信号发生器，并设置输出信号的频率为10kHz。

3.设置示波器为采样模式，并设置采样频率为20kHz。

4.开始采样，并观察示波器上显示的采样信号。

5.停止采样，并将示波器上的采样信号保存到电脑上。

5. 实验结果与分析经过实验我们观察到，当信号的频率较低时，采样信号与原始信号几乎完全一致。

但当信号频率接近或超过采样频率的一半时，采样信号失真严重。

通过采样定理，我们知道如果采样频率小于信号频率的两倍，将无法恢复原始信号。

实验结果与理论预期相符，验证了采样定理的正确性。

6. 实验总结本次实验通过验证采样定理，验证了当采样频率大于信号最高频率的两倍时，可以从采样信号中完整恢复原始信号的原理。

实验结果与理论预期相符，证明了采样定理的有效性。

采样定理在信号处理和通信领域有着重要的应用，例如在音频和视频压缩、模拟信号数字化等方面起着关键作用。

只有满足采样定理的要求，我们才能保证信息的准确传递和恢复。

在实际应用中，我们需要根据信号的最高频率确定合适的采样频率，以避免信号失真和信息丢失的情况发生。

参考资料[1] Wikipedia.。

●实验目的：1、掌握低通型采样定理；2、掌握理想采样、自然采样和瞬时采样的特点；3*、掌握混叠失真和孔径失真。

●知识要点：1、低通型采样定理；2、理想采样及其特点；3、自然采样及其特点；4、瞬时采样及其特点；5*、混叠失真及孔径失真。

●仿真要求：●建议时间参数：No. of Samples =4096；Sample Rate = 20000Hz1、记录理想采样时信源、样值序列和恢复信号的波形和频谱；信源为截止频率200Hz 的低通型信号；其中图符0为信号源（单位冲激信号即，偏移量为0.05）；()t δ图符1为截止频率200Hz，极点个数为6的模拟低通滤波器；图符2为采样器，采样频率2000Hz；图符3为保持电路，Hold Value = Zero，Gain = 1；图符4为截止频率250Hz，极点个数为5的模拟低通滤波器；频谱选择|FFT|；理想采样时:信源的波形与频谱：样值序列的波形与频谱：恢复信号的波形与频谱：2*、自行调整参数，观测并记录混叠失真；3、记录自然采样时样值序列和恢复信号的波形和频谱；用于采样的矩形脉冲序列幅度1V，频率2000Hz；脉宽0.00025s（占空比50%）；自然采样：样值序列的波形与频谱：恢复信号的波形与频谱：4*、调整矩形脉冲序列的占空比，观测并记录样值序列波形和频谱的变化；自然采样改变占空比40%：5、记录瞬时采样时样值序列和恢复信号的波形和频谱；保持电路Hold Value = Last Sample，增益Gain = 1；采样时样值序列的波形与频谱：恢复信号的波形与频谱：改变占空比：10%采样时样值序列的波形与频谱：6*、自行调整参数，观测并记录孔径失真。

实验报告要求：1、记录理想采样时的波形和频谱，并分析其特点；理想采样时的波形与原波形一样，频谱也与原波形一致。

2*、记录并分析混叠失真；3、记录自然采样时的波形和频谱，并分析其特点；自然采样时的波形是与矩形脉冲相乘，但还是呈原波形的形状，只是中间有了间隔；而频谱形状会出现某段的频谱衰减或消失。

一、实验目的1. 理解采样定理的基本原理，掌握采样定理在实际信号处理中的应用。

2. 通过实验验证采样定理的正确性，加深对采样频率、信号带宽等概念的理解。

3. 学习使用实验设备进行信号采样与恢复，提高实际操作能力。

二、实验原理采样定理（奈奎斯特采样定理）指出：如果一个信号在频域内的带宽为B（单位：Hz），那么为了不产生混叠现象，采样频率f_s必须满足f_s ≥ 2B。

即采样频率至少是信号最高频率的两倍。

三、实验设备1. 信号发生器2. 采样器3. 低通滤波器4. 示波器5. 计算机及数据采集软件四、实验步骤1. 信号产生：使用信号发生器产生一个正弦信号，设定信号频率为100Hz。

2. 信号采样：将信号接入采样器，设定采样频率为200Hz（满足采样定理要求），采集信号数据。

3. 信号恢复：将采样数据输入低通滤波器，滤波器截止频率设定为100Hz，滤除高频分量，恢复原始信号。

4. 信号分析：使用示波器观察原始信号、采样信号和恢复信号的波形，分析采样定理的应用效果。

五、实验结果与分析1. 原始信号：示波器显示的原始信号为100Hz的正弦波。

2. 采样信号：示波器显示的采样信号为100Hz正弦波的200Hz采样序列，波形连续且无明显失真。

3. 恢复信号：示波器显示的恢复信号为100Hz正弦波，与原始信号基本一致，证明了采样定理的正确性。

六、实验结论1. 通过实验验证了采样定理的正确性，证明了在满足采样定理条件下，可以无失真地恢复原始信号。

2. 理解了采样频率、信号带宽等概念在采样定理中的应用，加深了对采样定理的理解。

3. 掌握了使用实验设备进行信号采样与恢复的方法，提高了实际操作能力。

七、实验心得体会1. 采样定理是数字信号处理中非常重要的基本原理，在实际应用中具有重要意义。

2. 在实验过程中，要注意采样频率的选择，确保满足采样定理的要求，避免混叠现象的发生。

3. 通过实验，加深了对信号采样与恢复过程的理解，提高了实际操作能力。