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实验三_抽样定理和PAM调制解调实验

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《通信原理》实验报告

系 别： 信息科学与工程学院

专业班级： 电信

学生姓名：

学 号：

同组学生：

成 绩：

指导教师：

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，Hf）内的时间连续信号()mt，如果以

T≤

Hf21秒的间隔对它进行等间隔抽样，则()mt将被所得到的抽样值完全确定。

假定将信号()mt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()mt的值，它

表示对函数()mt的抽样。若用()mts表示此抽样函数，则有：

()()()sTmtmtt

图3-1 抽样与恢复

假设()mt、()Tt和()smt的频谱分别为()M、()T和()sM。按照频率

卷积定理，()mt()Tt的傅立叶变换是()M和()T的卷积：

1()()()2sTMM

因为 2()TTsnnT



Ts2

所以 1()()()sTsnMMnT



由卷积关系，上式可写成

1()()ssnMMnT



该式表明，已抽样信号()mts的频谱()Ms是无穷多个间隔为ωs的()M相迭

加而成。这就意味着()Ms中包含()M的全部信息。

需要注意，若抽样间隔T变得大于

Hf21，则()M和()T的卷积在相邻的周

期内存在重叠（亦称混叠），因此不能由()Ms恢复()M。可见，

HfT21是抽

样的最大间隔，它被称为奈奎斯特间隔。

上面讨论了低通型连续信号的抽样。如果连续信号的频带不是限于0与Hf

之间，而是限制在Lf（信号的最低频率）与Hf（信号的最高频率）之间（带通

型连续信号），那么，其抽样频率sf并不要求达到Hf2，而是达到2B即可，即

要求抽样频率为带通信号带宽的两倍。

图3-2画出抽样频率sf≥2B（无混叠）和sf＜2B（有混叠）时两种情况下

冲激抽样信号的频谱。

(a) 连续信号的频谱

（b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（无混叠）

（c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）

图3-2 采用不同抽样频率时抽样信号的频谱

2、脉冲振幅调制（PAM）

所谓脉冲振幅调制，即是脉冲载波的幅度随输入信号变化的一种调制方式。

如果脉冲载波是由冲激脉冲组成的，则前面所说的抽样定理，就是脉冲增幅调制

的原理。 0 sT t ()sft

m m ss  ()sF

1

ST1

0 0 0 mm  ()F

t ()ft

1

0 t ST1

m m ss  ()sF

0 sT ()sft

但是实际上真正的冲激脉冲串并不能付之实现，而通常只能采用窄脉冲串来

实现。因而，研究窄脉冲作为脉冲载波的PAM方式，将具有实际意义。

自然抽样

平顶抽样)(tm

)(tT

图3-3 自然抽样及平顶抽样波形

PAM方式有两种：自然抽样和平顶抽样。自然抽样又称为“曲顶”抽样，

已抽样信号ms(t)的脉冲“顶部”是随m(t)变化的，即在顶部保持了m(t)变化的

规律（如图3-3所示）。平顶抽样所得的已抽样信号如图3-3所示，这里每一抽

样脉冲的幅度正比于瞬时抽样值，但其形状都相同。在实际中，平顶抽样的PAM

信号常常采用保持电路来实现，得到的脉冲为矩形脉冲。

五．实验步骤

1、将信号源模块、模块1固定在主机箱上。双踪示波器，设置CH1通道为同步

源。

2、观测PAM自然抽样波形。

（1）将信号源上S4设为“1010”，使“CLK1”输出32K时钟。 （2）将模块1上K1选到“自然”。

（3）关闭电源，连接

源端口 目标端口 连线说明

信号源：“2K同步正弦波” 模块1:“PAM-SIN” 提供2K被抽样信号

信号源：“CLK1” 模块1:“PAMCLK” 提供32K抽样时钟

（4）打开电源。

（5）用示波器观测信号源“2K同步正弦波”输出，调节W1改变输出信号幅

度，使输出信号峰-峰值在1V左右。在PAMCLK处观察抽样脉冲，在PAM-SIN

处观察被抽样信号。CH1接PAMCLK（同步源），CH2接“自然抽样输出”（自

然抽样PAM信号）。

图3-1 2K同步正弦波

图3-2 自然抽样PAM输出

CH1是32K抽样脉冲 CH2是自然抽样输出

分析1：简要说明自然抽样的原理和方法。

自然抽样也被称为曲定抽样，也就是说抽样后的脉冲信号的顶部与原模拟信

号的波形相同。就是用周期性脉冲序列与信号相乘就可以实现。

分析2：深入观察PAM波形与32K抽样脉冲、2K同步正弦波之间的关系，有无

直流分量等。

图3-2，PAM波形的脉冲对应32K抽样脉冲，但PAM脉冲顶部随2K同步正弦

包络变化。PAM波形的脉冲在一个周期内均值为0，故不含直流分量。

3、观测PAM平顶抽样波形

（1）将信号源上S1、S2、S3依次设为“10000000”、“10000000”、“10000000”，

将S5拨为“1000”，使“NRZ”输出速率为128K。抽样频率为：NRZ频率/8（实验中的电路，NRZ为“1”时抽样，为“0”时保持。在平顶抽样中，抽样脉冲

为窄脉冲）。 （2）关闭电源，将K1设为“平顶”，按下列方式进行连线。 源端口 目标端口 连线说明

信号源：2K同步正弦波 模块1：PAM-SIN 提供2K被抽样信号

信号源：NRZ 模块1：PAMCLK 提供16K抽样脉冲

（3）打开电源，在PAM-SIN处观察被抽样信号，在PAMCLK处观察抽样脉

冲，在“平顶抽样输出”处观察平顶抽样波形。

用示波器观测PAM信号：CH1接PAMCLK（抽样脉冲），CH2接“平顶抽样输

出”。

图3-3 2K同步正弦波

图3-4 平顶抽样输出

CH1是16K抽样脉冲 CH2是平顶抽样输

分析3：说明平顶抽样的原理和方法。 平顶和自然抽样是用小矩形进行抽样，即抽样在一小段时间内进行,与自然

抽样不同的是平顶抽样的顶端是平的，平顶抽样中，每个抽样脉冲顶部不随信号

变化。在实际应用中，平顶抽样是采用抽样保持电路来实现的。平顶抽样可以看

成是理想抽样后再经过一个冲激响应是矩形的网络来形成的。

分析4：深入观察PAM波形与16K抽样脉冲、2K同步正之间的关系，说明原因。 PAM波形的脉冲对应16K抽样脉冲，但是脉冲的顶部不随包络变化。但其

包络线与2K正弦波一致。

分析5：可借助公式及推导说明自然抽样和平顶抽样的关系。

自然抽样

平顶抽样)(tm

)(tT

自然抽样及平顶抽样波形

平顶抽样信号及其产生原理 平顶抽样

由图知，抽样定理中要求抽样脉冲序列是理想冲激序列，称为理想抽

样，然后让它通过一个脉冲形成电路，其输出即为所需的平顶抽样信号

4、改变抽样时钟频率S4=“1110（2K）”，观测自然抽样信号，验证抽样定理。

图3-5 2K抽样时的自然抽样PAM输出

CH1是2K抽样脉冲 CH2是自然抽样输出

分析6：图3-2（32K抽样）与图3-5（2K抽样），PAM的异同及说明原因

PAM的包络与正弦波均一致。但是32K抽样信号没有产生失真，而2K抽

样信号产生了失真。因为2K抽样的抽样频率fs不满足采样定理，要求fs大于

等于2倍的输入信号的最大频率fh，所以产生了抽样失真。

5、观测解码后PAM波形。

（1）步骤2的前3步不变,按如下方式连线

源端口 目标端口 连线说明

信号源：2K同步正弦波 模块1:PAM-SIN 提供2K被抽样信号

信号源：CLK1 模块1:PAMCLK 提供32K抽样时钟

模块1:自然抽样输出 模块1:IN” 将PAM信号进行译码

（2） 打开电源，将K1设为“自然”。

（3） 观测解码后PAM波形：CH1接“PAM-SIN”信号做示波器的触发源，

CH2接“OUT”。

图3-6 原始信号与解调信号比较

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通信原理实验指导书(8个实验)

通信原理实验指导书(8个实验)

1 实验一 CPLD 可编程数字信号发生器实训

一、实验目的

1、熟悉各种时钟信号的特点及波形；

2、熟悉各种数字信号的特点及波形。

二、实验设备与器件

1、通信原理实验箱一台；

2、模拟示波器一台。

三、实验原理

1、CPLD 可编程模块电路的功能及电路组成

CPLD可编程模块（芯片位号：U101）用来产生实验系统所需要的各种时

钟信号和数字信号。它由 CPLD可编程器件 ALTERA公司的 EPM7128(或者是

Xilinx 公司的 XC95108)、编程下载接口电路（J104）和一块晶振（OSC1）组

成。晶振用来产生系统内的16.384MHz 主时钟。本实验要求参加实验者了解这

些信号的产生方法、工作原理以及测量方法，才可通过CPLD可编程器件的二

次开发生成这些信号，理论联系实践，提高实际操作能力，实验原理图如图1-1

所示。

2、各种信号的功用及波形

CPLD 型号为 EPM7128 由计算机编好程序从 J104 下载写入芯片，OSC1

为晶体，频率为 16.384MHz，经 8 分频得到 2.048MHz 主时钟，面板测量点与EPM7128 各引脚信号对应关系如下：

SP101 2048KHz 主时钟 方波 对应 U101EPM7128 11 脚

SP102 1024KHz 方波 对应 U101EPM7128 10 脚

SP103 512KHz 方波 对应 U101EPM7128 9 脚

SP104 256KHz 方波 对应 U101EPM7128 8 脚

SP105 128KHz 方波 对应 U101EPM7128 6 脚

SP106 64KHz 方波 对应 U101EPM7128 5 脚

通信原理实验指导书(完整)

通信原理实验指导书(完整)

实验一：抽样定理实验

一、实验目的

1、熟悉TKCS—AS型通信系统原理实验装置；

2、熟悉用示波器观察信号波形、测量频率与幅度；

3、验证抽样定理；

二、实验预习要求

1、复习《通信系统原理》中有关抽样定理的内容；

2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤；

三、实验原理和电路说明

1、概述

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。而时分多路系统中则是利用不同时序的脉冲对基带信号进行抽样，把抽样后的脉冲信号按时序排列起来，在同一信道中传输。

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。

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。

作为例子，图1-1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。

图1-1 单路PCM系统示意图

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。除此，本实验还模拟了两路PAM通信系统，从而帮助实验者初步了解时分多路的通信方式。

2、抽样定理

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(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。抽样频率fs和语音信号m(t)的频谱如图1-2和图1-3所示。

实验2 抽样定理及其应用实验

实验2 抽样定理及其应用实验

实验2 抽样定理及其应用实验

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．学习PAM调制硬件实现电路，掌握调整测试方法。

二、实验仪器

1．PAM脉冲调幅模块，位号：H（实物图片如下）

2．时钟与基带数据发生模块，位号：G

3．20M双踪示波器1台

4．频率计1台

5．小平口螺丝刀1只

6．信号连接线3根

三、实验原理

抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号。这就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。

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，但受调参量是连续的，因此也都属于模拟调制。

抽样定理实验电路框图，如图1-1所示。

图1-1 抽样的实验过程结构示意图

本实验中需要用到以下5个功能模块。

1．DDS信号源：它提供正弦波等信号，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”，作为脉冲幅度调制器的调制信号。

2．抽样脉冲形成电路模块：它提供有限高度，不同宽度和频率的的抽样脉冲序列，并经过连线送到“PAM脉冲调幅模块”， 作为脉冲幅度调制器的抽样脉冲。

3．PAM脉冲调幅模块：它采用模拟开关CD4066实现脉冲幅度调制。抽样脉冲序列为高电平时，模拟开关导通，有调制信号输出；抽样脉冲序列为低电平，模拟开关断开，无信号输DDS信号源

抽样脉冲

形成电路 信道模拟 信号恢复

滤波器 开关抽样器 32P01 32TP01

32P02 32P03 P15

4SW02控制

P09 P14 P03

32W01 出。因此，本模块实现的是自然抽样。

4．接收滤波器与功放模块：接收滤波器低通带宽有2.6KHZ和5KHZ两种，分别由开关K601上位和中位控制，接收滤波器的作用是恢复原调制信号。

04016437-郑志刚-PAM调制与抽样定理实验

04016437-郑志刚-PAM调制与抽样定理实验

PAM调制与抽样定理实验

04016437郑志刚 04016428朱晗东

一、实验目的

1．掌握自然抽样、平顶抽样特性；

2．理解抽样脉冲脉宽、频率对恢复信号的影响；

3．理解低通滤波器幅频特性对恢复信号的影响；

4．了解混迭效应产生的原。

二、实验仪器

1. RZ9681实验平台

2. 实验模块： • 主控模块

• 信源编码与时分复用模块A3

• 信源译码与时分解复用模块A6

3. 100M双通道示波器

4. 信号连接线

5. PC机（二次开发）

三、实验原理 1. 抽样定理简介

抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的时间连续信号（模拟信号）进行抽样，且

抽样速率达到一定数值时，那么根据这些抽样值就能准确地还原原信号。这就是说，若要

传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，可以只传输按抽样定理得到的抽样值。

图1.2-1 信号的抽样与恢复

假设()mt、()Tt和()smt的频谱分别为()M、()T和()sM。按照频率卷积定

理，()mt()Tt的傅立叶变换是()M和()T的卷积：

11()()()

()2sTsnMMMnT

=−==−

该式表明，已抽样信号()mts的频谱()Ms是无穷多个间隔为ωs的()M相迭加而成。

需要注意，若抽样间隔T变得大于 , 则()M和()T的卷积在相邻的周期内存

在重叠（亦称混叠），因此不能由()Ms恢复()M。可见， 是抽样的最大间隔，

它被称为奈奎斯特间隔。下图所示是当抽样频率sf≥2B时（不混叠）及当抽样频率sf＜2B

时（混叠）两种情况下冲激抽样信号的频谱。

(a) 连续信号及频谱 （b） 高抽样频率时的抽样信号及频谱（不混叠） （c） 低抽样频率时的抽样信号及频谱（混叠）

图1.2-2 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12Hf12HTf=