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通信原理实验

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通信原理实验报告

学院：信息工程学院

专业：电子信息科学与技术

学号：

姓名：

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。保持电路S1信号源

A-outmusic

抽样电路被抽样信号

抽样脉冲平顶抽样

自然抽样抽样输出抗混叠滤波器LPFLPF-INLPF-OUT

FPGA数字滤波FIR/IIR译码输出编码输入3# 信源编译码模块

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。源端口目标端口连线说明

信号源：MUSIC 模块3：TH1(被抽样信

号) 将被抽样信号送入抽样

单元

信号源：A-OUT 模块3：TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟

模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器

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#。

（2）观测并记录平顶抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“平顶抽样”档位，用示

波器分别观测MUSIC主控&信号源和抽样输出3#。

（3）观测并对比抽样恢复后信号与被抽样信号的波形：设置开关S13#为“自然抽样”

档位，用示波器观测MUSIC主控&信号源和LPF-OUT3# ，以100Hz的步进减小A-OUT主控&信号源

的频率，比较观测并思考在抽样脉冲频率多小的情况下恢复信号有失真。

（4）用频谱的角度验证抽样定理（选做）：用示波器频谱功能观测并记录被抽样信号

MUSIC和抽样输出频谱。以100Hz的步进减小抽样脉冲的频率，观测抽样输出以及恢复信号的频谱。（注意：示波器需要用250kSa/s采样率（即每秒采样点为250K），FFT缩放调节

为×10）。

注：通过观测频谱可以看到当抽样脉冲小于2倍被抽样信号频率时，信号会产生混叠。

实验项目二滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响概述：该项目是通过改变不同抽样时钟频率，分别观测和绘制抗混叠低通滤波和fir数

字滤波的幅频特性曲线，并比较抽样信号经这两种滤波器后的恢复效果，从而了解和探讨不

同滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响。

1、测试抗混叠低通滤波器的幅频特性曲线。（1）关电，按表格所示进行连线。

源端口目标端口连线说明

信号源：A-OUT 模块3：TH5(LPF-IN) 将信号送入模拟滤波器

（2）开电，设置主控模块，选择【信号源】→【输出波形】和【输出频率】，通过调节

相应旋钮，使A-OUT主控&信号源输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。

（3）此时实验系统初始状态为：抗混叠低通滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V

的正弦波。

（4）实验操作及波形观测。用示波器观测LPF-OUT3#。以100Hz步进减小A-OUT主控&信号源输出频率，观测并记录

LPF-OUT3#的频谱。记入如下表格：

A-OUT频率/Hz 基频幅度/V

5K 0.524v

4.5K 1.02v

4k 2.02v

3.5K 2.17v

3.0K 3.14v 由上述表格数据，画出模拟低通滤波器幅频特性曲线。思考：对于3.4KHz低通滤波器，为了更好的画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信

号源输入频率的步进值大小？

2、测试fir数字滤波器的幅频特性曲线。（1）关电，按表格所示进行连线。

源端口目标端口连线说明

信号源：A-OUT 模块3：TH13(编码输入) 将信号送入数字滤波器

（2）开电，设置主控菜单：选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR

滤波器】。调节【信号源】，使A-out输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。（3）此时实验系统初始状态为：fir滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V的正弦波。

（4）实验操作及波形观测。

用示波器观测译码输出3#，以100Hz的步进减小A-OUT主控&信号源的频率。观测并记录译

码输出3#的频谱。记入如下表格：

A_out的频率/Hz 基频幅度/V

5K 3.6mv

4.5k 4.66mv

4K 282mv

3.5k 1.48v

3K 3.29v

2K 4.85v 由上述表格数据，画出fir低通滤波器幅频特性曲线。思考：对于3KHz低通滤波器，为了更好的画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号

源输入频率的步进值大小？

3、分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进行恢复，比较被抽样信号恢复效果。

（1）关电，按表格所示进行连线：

源端口目标端口连线说明

信号源：MUSIC 模块3：TH1(被抽样信

号) 提供被抽样信号

信号源：A-OUT 模块3：TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟

模块3：TH3(抽样输

出) 模块3：TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器

模块3：TH3(抽样输

出) 模块3：TH13(编码输入) 送入FIR数字低通滤波器

（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR滤波器】。调节W1主控&信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。

（3）此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波，抽样时钟

信号A-OUT为频率9KHz、占空比20%的方波。

（4）实验操作及波形观测。对比观测不同滤波器的信号恢复效果：用示波器分别观测

LPF-OUT3#和译码输出3#，以100Hz步进减小抽样时钟A-OUT的输出频率，对比观测模拟

滤波器和FIR数字滤波器在不同抽样频率下信号恢复的效果。（频率步进可以根据实验需求

自行设置。）思考：不同滤波器的幅频特性对抽样恢复有何影响？

实验项目三滤波器相频特性对抽样信号恢复的影响。

概述：该项目是通过改变不同抽样时钟频率，从时域和频域两方面分别观测抽样信号经

fir滤波和iir滤波后的恢复失真情况，从而了解和探讨不同滤波器相频特性对抽样信号恢复的影响。

1、观察被抽样信号经过fir低通滤波器与iir低通滤波器后，所恢复信号的频谱。

（1）关电，按表格所示进行连线。

源端口目标端口连线说明

信号源：MUSIC 模块3：TH1(被抽样信号) 提供被抽样信号

信号源：A-OUT 模块3：TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟

模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH13(编码输入) 将信号送入数字滤波器

（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。调节W1主控&信号源使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右。（3）此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波，抽样时钟

信号A-OUT为频率9KHz、占空比20%的方波。

（4）实验操作及波形观测。

a、观测信号经fir滤波后波形恢复效果：设置主控模块菜单，选择【抽样定理】→【FIR滤波器】；设置【信号源】使A-OUT输出的抽样时钟频率为7.5KHz；用示波器观测恢复信

号译码输出3#的波形和频谱。

b、观测信号经iir滤波后波形恢复效果：设置主控模块菜单，选择【抽样定理】→【IIR滤波器】；设置【信号源】使A-OUT输出的抽样时钟频率为7.5KHz；用示波器观测恢复信

号译码输出3#的波形和频谱。

c、探讨被抽样信号经不同滤波器恢复的频谱和时域波形：被抽样信号与经过滤波器后恢复的信号之间的频谱是否一致？如果一致，是否就是说原

始信号能够不失真的恢复出来？用示波器分别观测fir滤波恢复和iir滤波恢复情况下，译码

输出3#的时域波形是否完全一致，如果波形不一致，是失真呢？还是有相位的平移呢？如果

相位有平移，观测并计算相位移动时间。

注：实际系统中，失真的现象不一定是错误的，实际系统中有这样的应用。

2、观测相频特性

（1）关电，按表格所示进行连线。

源端口目标端口连线说明

信号源：A-OUT 模块3：TH13(编码输入) 使源信号进入数字滤波器

（2）开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR

滤波器】。

（3）此时系统初始实验状态为：A-OUT为频率9KHz、占空比20%的方波。

（4）实验操作及波形观测。对比观测信号经fir滤波后的相频特性：设置【信号源】使A-OUT输出频率为5KHz、

峰峰值为3V的正弦波；以100Hz步进减小A-OUT输出频率，用示波器对比观测A-OUT主

控&信号源和译码输出3#的时域波形。相频特性测量就是改变信号的频率，测输出信号的延时（时

域上观测）。记入如下表格：

A-OUT的频率/Hz 被抽样信号与恢复信号的相位延

时/ms

3.5K 179us

3.4K 160us

3.3K 149us

3.2K 126us

合集下载

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。

通信原理实验-抽样定理(总9页)

通信原理实验-抽样定理(总9页)

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。

通信原理设计实验报告(3篇)

通信原理设计实验报告(3篇)

第1篇

一、实验目的

1. 理解通信原理的基本概念和原理。

2. 掌握通信系统中的信号传输、调制解调、信道编码和解码等基本技术。

3. 通过实验验证通信原理在实际系统中的应用，提高实际操作能力。

二、实验内容

1. 信号传输实验

（1）实验目的：验证信号传输过程中的基本特性，如幅度调制、频率调制、相位调制等。

（2）实验原理：通过改变输入信号的幅度、频率和相位，观察输出信号的相应变化，分析调制和解调过程。

（3）实验步骤：

① 设计信号传输系统，包括调制器、传输信道和解调器；

② 选择合适的调制方式，如AM、FM、PM等；

③ 通过实验验证调制和解调过程，分析输出信号的特性；

④ 分析实验结果，总结调制和解调过程中的关键因素。

2. 调制解调实验

（1）实验目的：研究调制解调技术在通信系统中的应用，掌握调制解调的基本原理和方法。

（2）实验原理：通过实验验证调制解调过程，分析调制解调器的性能指标，如调制指数、解调误差等。

（3）实验步骤：

① 设计调制解调系统，包括调制器、解调器和信道；

② 选择合适的调制方式和解调方式，如AM、FM、PM、PSK、QAM等；

③ 通过实验验证调制解调过程，分析调制解调器的性能指标； ④ 分析实验结果，总结调制解调过程中的关键因素。

3. 信道编码和解码实验

（1）实验目的：研究信道编码和解码技术在通信系统中的应用，掌握信道编码和解码的基本原理和方法。

（2）实验原理：通过实验验证信道编码和解码过程，分析编码和解码的性能指标，如误码率、信噪比等。

（3）实验步骤：

① 设计信道编码和解码系统，包括编码器、信道和解码器；

② 选择合适的信道编码方式，如BCH码、RS码等；

③ 通过实验验证信道编码和解码过程，分析编码和解码的性能指标；

④ 分析实验结果，总结信道编码和解码过程中的关键因素。

4. 通信系统综合实验

（1）实验目的：综合运用通信原理中的各种技术，设计一个简单的通信系统，并验证其性能。