实验三(取样定理与差分脉冲编码调制仿真)

抽样定理和脉冲调幅（PAM）实验抽样定理和脉冲调幅(PAM)实验一、实验目的l 、了解抽样定理;2 、了解PAM 信号形成过程，平顶展宽解调过程；3 、掌握时分多路系统中的路际串话分析解决方法。

二、实验仪器双踪同步示波器SR8 、数字频率计8110A 、低频信号发生器XFD7 、毫伏表GB9、直流稳压表JWY-30-4。

三、实验原理3.1 抽样定理：一个频带受限信号()m t 如果它的最高频率为H f ，则可以唯一地由频率等于或大于2H f 的样值序列所决定。

用截止频率为H f 的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号()m t ，这就说明了抽样定理的正确性。

3.2多路脉冲调幅( PA M 信号的形成和解调) 多路脉冲调幅的实验图如下其中分路抽样电路的作用是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；分路选通电路的作用是将进入接收端后的多路脉冲调幅信号分离，还原出单路的PAM 信号。

3.3 多路脉冲调幅系统中的路际串话路际串话指：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他话路上去，这样就产生了同一端机中各路通话之间的串话。

在一个理想的传输系统中，各路PAM 信号应该是严格地限制在本路时隙中的矩形脉冲。

但如果传输的PAM 信号的通道频带是有限的，则PAM 信号就会出现"拖尾"，当"拖尾"严重时，一直侵入领路时隙中，就产生了路际串话。

3.3.1 考虑通道频道高频端时，可将整个通道简化成低通网络，见下图：3.3.2 考虑通道频道低频端时，可将整个通道简化成高通网络，见下图：四、实验步骤(一)、用示波器观测各脉冲信号的频率及脉冲宽度，并记录相应的波形。

L 、在( 1 ) 观察主振脉冲信号；2、在( 6) 观察分路抽样脉冲(8KHz )；3、在( 7) 观察分路抽样脉冲(8KHz )。

(二)、抽样定律1 、正弦信号从(4) 输入，1H f KHz =，峰-峰值=2V ；2 、以(4)作为双踪同步示波器的同步信号，观察(8) 抽样信号---PAM ，把输入信号调到1KHz ，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(8) --- ( 14) ，在(15) 观察经过低通滤波器和放大器的解调信号，R1tt测量其频率，确定和输入信号的关系。

电子信息工程学系实验报告课程名称：通信原理 实验项目名称：抽样定理和脉冲调幅（PAM ）实验 实验时间：班级：通信091 姓名：Jxairy 学号：910705131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。

实 验 环 境 与 仪 器: 1)抽样定理和脉冲调幅（PAM ）实验模块 2)数字频率计 8110A 3) 低频信号发生器XFD7 4) 直流稳压电源 JWY-30-4 5) 双踪同步示波器 SR8 6) 毫伏表 GB9 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信号。

图02-01示意地画出了传输一路语音信号的PCM 系统。

从图中可以看出要实现对语音的PCM 编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。

因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，也是一切模拟信号数字化的重要环节。

图02-01 单路PCM 系统示意图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。

图02-02 抽样定理实验方框图2.脉冲幅度调制（PAM）：是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种的调制方式。

若脉冲载波是冲激脉冲m()t就是一个PAM信号。

序列，则按抽样定理进行抽样得到的信号sPAM信号在时间上是离散的，但在幅度上却是连续的。

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。

图02-03 多路脉冲调幅实验框图实验内容及过程:(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。

实验二：抽样定理和脉冲调幅（PAM）实验一、实验目的通过本实验，学生应达到以下要求：1、观察并了解PAM信号形成、平顶展宽、解调和滤波等过程；2、验证并理解抽样定理，掌握对频谱混叠现象的分析方法；3、观察时分多路系统中非理想信道之间的路际串话现象，分析并掌握其形成原因。

二、实验内容本实验课完成以下实验内容：采用专用集成抽样保持开关完成对输入信号的抽样；多种抽样时隙的产生；采用低通滤波器完成对PAM信号的解调；测试出入信号频率与抽样频率之间的关系，观察频谱混叠现象，验证抽样定理；多路脉冲条幅（PAM）；观察并测试时分多路PAM信号和高频串话。

三、实验原理在通信技术中为了获取最大的经济效益，就必须充分利用信道的传输能力，扩大通信容量。

因此，采取多路化制式是极为重要的通信手段。

最常用的多路复用体制是频分多路复用( FDM) 通信系统和时分多路复用( TDM) 通信系统。

频分多路技术是利用不同频率的正弦载波对基带信号进行调制，把各路基带信号频谱搬移到不同的频段上，在同一信道上传输。

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，抽样后的信号好称为脉冲调幅信号。

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。

抽样定理：fs>2fh,才能从抽样信号中可以无失真的恢复出原信号。

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的。

在工作设备中，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整个系统的性能指标。

抽样量化编码信道解码滤波收定时发定时PAM语音信号语音信号PAM图2-1 单路PCM系统示意图作为例子，图2-1示意地画出了传输一路语音信号的PCM系统。

从图中可以看出要实现对语音的PCM编码，首先就要对语音信号进行抽样，然后才能进行量化和编码。

因此，抽样过程是语音信号数字化的重要环节，也是一切模拟信号数字化的重要环节。

为了让实验者形象地观察抽样过程，加深对抽样定理的理解，本实验提供了一种典型的抽样电路。

《学科基础课群课设》任务书学生姓名：王晓丹专业班级：通信1103班指导教师：周建新工作单位：信息工程学院题目: 脉冲编码调制（PCM）的实现初始条件：Matlab软件，电路基础，通信原理基础要求完成的主要任务:（1）任务实现脉冲编码调制（PCM）技术的三个过程：采样、量化与编码。

（2）要求用仿真软件对其进行验证，使其满足以下要求：1）模拟信号的最高频率限制在4KHZ以内2）分别实现64级电平的均匀量化和A压缩率的非均匀量化3）按照13折线A律特性编成8位码参考书：[1] 樊昌信曹丽娜，《通信原理第六版》，国防工业出版社，2007[2] 周开利，《邓春晖主编MATLAB基础及其应用教程》，北京大学出版社，2007[3] 董振海,《精通MA TLAB 7 编程与数据库应用》，电子工业出版社,2007时间安排：1、理论讲解，老师布置课程设计题目，学生根据选题开始查找资料；2、课程设计时间为2周。

（1）确定技术方案、电路，并进行分析计算，时间2天；（2）选择元器件、安装与调试，或仿真设计与分析，时间6天；（3）总结结果，写出课程设计报告，时间2天。

指导教师签名：年月日系主任（或责任教师）签名：年月日目录摘要..................................................................................... 错误！未定义书签。

Abstract ............................................................................... 错误！未定义书签。

1 绪论................................................................................. 错误！未定义书签。

2 matlab简介...................................................................... 错误！未定义书签。

实验四：取样定理与差分脉冲编码调制仿真实验要求：1、学生按照实验指导报告独立完成相关实验的内容；2、上机实验后撰写实验报告，记录下自己的实验过程，记录实验心得。

3、以电子形式在规定日期提交实验报告。

实验指导一．采样及采样定律频带为F的连续信号f(t)可用一系列离散的采样值f(t1),f(t1±Δt)，f(t1±2Δt)，...来表示,只要这些采样点的时间间隔Δt≤1/2F，便可根据各采样值完全恢复原来的信号f(t)。

这是时域采样定理的一种表述方式。

时域采样定理的另一种表述方式是：当时间信号函数f(t)的最高频率分量为fM时,f(t)的值可由一系列采样间隔小于或等于1/2fM的采样值来确定,即采样点的重复频率f≥2fM。

（一）、以正弦信号为例系统仿真框图如下：各模块参数设置：连续、离散正弦波及脉冲信号波形的示波器显示图：(二)、以锯齿波为例系统仿真框图：各模块参数设置：连续、离散锯齿波及采样脉冲信号波形的示波器显示图：离散锯齿波信号频谱显示图：二、量化及编码（一）、PCM概述脉冲编码调制又称脉码调制，它是一种将模拟信号的抽样量化值变换成代码的编码方式。

PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。

抽样是把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号，量化是把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号，编码是把量化后的信号编码成一个二进制码组输出。

从通信中的调制概念来看，可以认为PCM编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，通过调制改变脉冲序列中得码元的取值，所以PCM称为脉冲编码调制。

在接收端，二进制码组经解码后形成重建的量化信号，然后经过低通滤波器滤除高频分量以及进行必要的频率失真补偿，便可得到重建新号。

PCM仿真框图：参数设置：S1、S2、S3、S4除Variable name与S不同外其余参数设置一样。

PCM仿真结果：（二）、DPCM 差分脉冲编码调制1、DPCM概述DPCM(Differential Pulse Code Modulation)差分脉冲编码调制，简称差值编码。

一、实验目的1. 了解脉冲编码调制（PCM）的工作原理和实现过程；2. 掌握PCM编译码器的组成和功能；3. 验证PCM编译码原理在实际应用中的有效性；4. 分析PCM编译码过程中可能出现的问题及解决方法。

二、实验原理脉冲编码调制（PCM）是一种将模拟信号转换为数字信号的方法。

其基本原理是：首先对模拟信号进行抽样，使其在时间上离散化；然后对抽样值进行量化，使其在幅度上离散化；最后将量化后的信号编码成二进制信号。

PCM编译码器是实现PCM调制和解调的设备。

1. 抽样：抽样是指在一定时间间隔内对模拟信号进行采样，使其在时间上离散化。

抽样定理指出，为了无失真地恢复原信号，抽样频率必须大于信号最高频率的两倍。

2. 量化：量化是指将抽样值进行幅度离散化。

量化方法有均匀量化和非均匀量化。

均匀量化是将输入信号的取值域按等距离分割，而非均匀量化则是根据信号特性对取值域进行不等距离分割。

3. 编码：编码是指将量化后的信号编码成二进制信号。

常用的编码方法有自然二进制编码、格雷码编码等。

三、实验仪器与设备1. 实验箱：包括模拟信号发生器、抽样器、量化器、编码器、译码器等；2. 示波器：用于观察信号波形；3. 数字频率计：用于测量信号频率；4. 计算机软件：用于数据处理和分析。

四、实验步骤1. 模拟信号发生器输出一个连续的模拟信号；2. 通过抽样器对模拟信号进行抽样，得到一系列抽样值；3. 对抽样值进行量化，得到一系列量化值；4. 将量化值进行编码，得到一系列二进制信号；5. 将二进制信号输入译码器，恢复出量化值；6. 将量化值进行反量化，得到一系列反量化值；7. 将反量化值通过重建滤波器，恢复出模拟信号；8. 观察示波器上的信号波形，分析PCM编译码过程。

五、实验结果与分析1. 观察示波器上的信号波形，可以发现，通过PCM编译码过程，模拟信号被成功转换为数字信号，再恢复为模拟信号。

这验证了PCM编译码原理在实际应用中的有效性。

实验报告学院：计信学院专业：网络工程班级：091 姓名学号实验组实验时间2012-5-24 指导教师成绩实验项目名称实验三脉冲编码调制与解调实验（PCM）实验目的1、掌握抽样信号的量化原理。

2、掌握脉冲编码调制的基本原理。

3、了解PCM系统中噪声的影响。

实验原理PCM原理框图如下图9-1所示。

信号源抽样保持模拟信号时钟信号量化编码PCM编码译码PCM编码时钟信号LPF模拟信号编码部分译码部分图9-1 PCM原理框图上图中，信号源模块提供音频范围内模拟信号及时钟信号，包括工作时钟2048K、位同步时钟64K、帧同步时钟8K，送模拟信号数字化模块，经抽样保持、量化、编码过程，产生64K码速率的PCM编码信号。

译码部分同样将PCM编码与各时钟信号送入，经译码、低通滤波器，还原出模拟信号。

实验仪器1.信号源模块2.模拟信号数字化模块3.20M双踪示波器4.带话筒立体机耳机实验步骤1、将模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下两个模块中的电源开关，对应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。

（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线）3、PCM编码（1）信号源模块“2K正弦基波”幅度调节至3V左右。

（2）实验连线如下：信号源模块模拟信号数字化模块（模块左下方PCM编解码）2K正弦基波—————S－IN2048K———————2048K－IN64 K————————CLK－IN8K————————FRAM－IN（3）以“FRAM-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAM-IN”、“PCM-OUT”测试点波形,PCM编码能够稳定观测，且每四帧编码为一个周期。

说明：帧信号对应的4位PCM编码的第一位码，是上一帧8位PCM编码的第8位，可能出现半位为0，半位为1的情况，这是由使用的PCM编译码芯片的工作时序决定。

实训三：脉冲编码调制（PCM ）实验
一、实验目的
1、了解语音信号编译码的工作原理；
2、验证PCM 编码原理；
3、初步了解PCM 专用集成电路的工作原理和应用；
4、了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法；
二、实验仪器 双踪同步示波器
三、实验内容与步骤
1、用示波器在（TP1）观察主振波形、在（TP2）、（TP3）和（TP4）观察波形，记录它们的频率和幅度；并比较（TP3）和（TP4）的相位，在同一坐标系中画出其波形；
（TP1）和（TP2）
（TP3）和（TP4）
2、打开低频函数发生器电源，用示波器观察输出端，调节频率和幅度电位器，输出正弦波f = 1KHz 、Vp-p = 2V ；
3、正弦波信号从信号输入端（TP5）输入；
4、观察（TP6）PCM 编码输出的码流，画出其波形；
PCM 编码输出（TP6）
5、连接（TP6）—（TP7）观察经译码和接收低通滤波器恢复出的同相输出音频信号（TP8）和反相输出的音频信号（TP8′），记录各点的波形频率和幅度；
译码输出（TP8）
译码输出（TP8’）
6、测试系统的频率特性：改变信号频率f ，在（TP8）观察经低通滤波器后的音频信号，测量整个系
四、实验报告
1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形；
2、PCM编译系统由那些部分构成？各部分的作用是什么？
3、实验心得与体会。

实验三抽样定理和 PAM 调制解调实验一、实验目的1、通过脉冲幅度调制实验,使学生能加深理解脉冲幅度调制的原理。

2、通过对电路组成、波形和所测数据的分析,加深理解这种调制方式的优缺点。

二、实验内容1、观察模拟输入正弦波信号、抽样时钟的波形和脉冲幅度调制信号,并注意观察它们之间的相互关系及特点。

2、改变模拟输入信号或抽样时钟的频率,多次观察波形。

三、实验器材1、信号源模块一块2、①号模块一块3、 60M双踪示波器一台4、连接线若干四、实验原理 (一基本原理 1、抽样定理抽样定理表明:一个频带限制在 (0, H f 内的时间连续信号 ( m t , 如果以T ≤ Hf 21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。

假定将信号 ( m t 和周期为 T 的冲激函数 t (T 相乘, 如图 3-1所示。

乘积便是均匀间隔为 T 秒的冲激序列, 这些冲激序列的强度等于相应瞬时上 ( m t 的值, 它表示对函数 ( m t 的抽样。

若用 ( m t s 表示此抽样函数,则有:( ( ( s T m t m t t δ=图 3-1 抽样与恢复假设 ( m t 、( T t δ和 ( s m t 的频谱分别为( M ω、( T δω和( s M ω。

按照频率卷积定理, ( m t ( T t δ的傅立叶变换是( M ω和( T δω的卷积:[]1( ( ( 2s T M M ωωδωπ=* 因为 2( T Ts n n Tπδδωω∞=-∞=-∑Ts πω2=所以 1( ( ( s T s n M M n Tωωδωω∞=-∞⎡⎤=*-⎢⎥⎣⎦∑ 由卷积关系,上式可写成1( (s s n M M n T ωωω∞=-∞=-∑ 该式表明,已抽样信号 ( m t s 的频谱( M s ω是无穷多个间隔为ωs 的( M ω相迭加而成。

这就意味着( M s ω中包含( M ω的全部信息。

需要注意,若抽样间隔 T 变得大于Hf 21,则( M ω和( T δω的卷积在相邻的周期内存在重叠(亦称混叠,因此不能由 ( M s ω恢复( M ω。

实验四脉冲编码调制(PCM)实验一、实验目的通过本实验,学生应达到以下要求:1,了解语音信号PCM编译码的工作原理及实现过程.2,验证PCM编译码原理.3,初步了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用.4,了解语音信号数字化技术的主要指标,学习并掌握相应的测试方法.二、实验内容本实验可完成以下实验内容：⏹观察测量PCM调制解调的各种时隙信号⏹观察编译码波形⏹测试动态范围、信噪比和系统频率特性⏹对系统性能指标进行测试和分析◆系统输出信噪比特性测量◆编码动态范围和系统动态范围测量◆系统幅频特性测量◆空载噪声测量三、基本原理脉冲编码(PCM)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用.十多年来,由于超大规模集成技术的发展,PCM通信设备在缩小体积,减轻重量,降低功耗,简化调试以及方便维护等方面都有了显著的改进.目前,数字电话终端机的关键部件,如编译码器(Codec)和话路滤波器等都实现了集成化.本实验是以这些产品编排的 PCM 编译码系统实验,以期让实验者了解通信专用大规模集成电路在通信系统中应用的新技术.PCM 数字电话终端机的构成原理如图 4.1 所示.实验只包括虚线框内的部分,故名 PCM 编译码实验.图4.1 PCM 数字电话终端机的结构示意图1、实验原理和电路说明PCM 编译码系统由定时部分和PCM 编译码器构成,电路原理图附于本章后.◆ PCM 编译码原理为适应语音信号的动态范围,实用的PCM 编译码必须是非线性的.目前,国际上采用的 均是折线近似的对数压扩特性.ITU-T 的建议规定以 13 段折线近似的 A 律(A=87.56)和 15段折线近似的μ律(μ=255)作为国际标准.A 律和μ律的量化特性初始段如图 4.2 和图 4.3所示.A 律和μ律的编译码表分别列于表1和表2.(附本章后) 这种折线近似压扩特性的特点是:各段落间量阶关系都是 2 的幂次,在段落内为均匀分层量化,即等间隔16个分层,这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的. ◆ PCM 编译码器简介鉴于我国国内采用的是A 律量化特性,因此本实验采用TP3067专用大规模集成电路,它 是CMOS 工艺制造的单片PCMA 律编译器,并且片内带输入输出话路滤波器. TP3067的管脚如图4.4所示,内部组成框图如图4.5所示. TP3067的管脚定义简述如下:(1)VPO+ 收端功率放大器的同相输出端.(2)GNDA 模拟地.所有信号都以此管脚为参考. (3)VPO- 收端功放的反相输出端. (4)VPI 收端功放的反相输入端.(5)VFRO 接收部分滤波器模拟输出端. (6)VCC +5V 电压输入.(7)FSR 接收部分帧同步时隙信号,是一个8KHz 脉冲序列. (8)DR 接收部分PCM 码流解码输入端.(9)BCLKR/CLKSEL 位时钟(bitclock),它使PCM 码流随着FSr 上升沿逐位移入Dr 端,位时钟 可以为从 64KHz 到 2048MHz 的任意频率.或者作为一个逻辑输入选择 1536MHz,1544MHz 或2048MHz,用作同步模式的主时钟.混合装置V oice发滤波器波器收滤编码器器码译分路路合发收(10)MCLKR/PDN 接收部分主时钟,它的频率必须为1536MHz,1544MHz 或2048MHz.可以和MCKLx异步,但是同步工作时可达到最佳状态.当 MCLKx 接低电平,MCLKR 被选择为内部时钟,当 MCLKx 接高电平,该芯片进入低功耗状态.(11)MCLKx 发送部分主时钟,必须为1536MHz,1544MHz 或2048MHz.可以和MCLKR 异步,但 是同步工作时可达到最佳状态.(12)BCLKx 发送部分时钟,使PCM 码流逐位移入DR 端.可以为从64KHz 到2048MHz 的任意 频率,但必须和MCLKx 同步.(13)Dx 发送部分PCM 码流编码输出端.(14)FSx 发送部分帧同步时隙信号,为一个8KHz 的脉冲序列. (15)TSx 漏极开路输出端,它在编码时隙输出低电平.(16)ANLB 模拟反馈输入端.在正常工作状态下必须置成逻辑"0".当置成逻辑"1"时,发送 部分滤波器的输入端并不与发送部分的前置滤波器相连,而是和接收部分功放的VPO+相连. (17)GSx 发送部分输入放大器的模拟基础,用于在外部同轴增益. （18）VFxI 发送部分输入放大器的反相输入端。