内容发布更新时间 : 2024/12/24 0:20:01星期一 下面是文章的全部内容请认真阅读。

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。

由频谱可知，用截止频率为fH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。

实际上，考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400Hz的语音信号，通常采用8KHz抽样频率，这样可以留出1200Hz的防卫带，见图1-4。如果fs<2fH，就会出现频谱混迭的现象，如图1-5所示。

在验证抽样定理的实验中，我们用单一频率fH的正弦波来代替实际的语音信号，采用标准抽样频率fs=8KHz，改变音频信号的频率fH，分别观察不同频率时，抽样序列和低通滤波器的输出信号，体会抽样定理的正确性。

图1-2 语音信号的频谱 图1-3 语音信号的抽样频谱和抽样信号的频谱

图1-4 留出防卫带的语音信号的抽样频谱 图1-5 fs<2fH时语音信号的抽样频谱

验证抽样定理的实验方框如图1-6所示。在实验中，连接(TP8)和(TP14)，就构成了抽样定理实验电路。

图1-6 抽样定理实验框图

抽样电路采用场效应晶体管开关电路。抽样门在抽样脉冲的控制下以每秒八千次的速度开关。T1为结型场效应晶体管，T2为驱动三极管。当抽样脉冲没来时，驱动三极管处于截止状态，-5V电压加在场效应晶体管栅极G，只要G极电位负于源极S的电位，并且|UGS|>|UP|，则场效应晶体管处于夹断状态，输出信号为“0”。抽样脉冲来时，驱动三极管导通，发射极+5V电压加到驱动二极管，使之反向偏置。从截止到导通的跳变电压经跨接在二极管两端的电容加到场效应晶体管的G极。使栅极、源极之间的电压迅速达到场效应晶体管导通的数值，并一直达到使源极电压等于漏极上的模拟电压。这样，抽样脉冲期间模拟电压经场效应晶体管开关加到负载上。由于抽样电路的负载是一个电阻，因此抽样的输出端能得到一串脉冲信号。此脉冲信号的幅度与抽样时输入信号的瞬时值成正比例，脉冲的宽度与抽样脉冲的宽度相同。这样，脉冲信号就是脉冲调幅信号。当抽样脉冲宽度远小于抽样周期时，电路输出的结果接近于理想抽样序列。由图l—6可知，用一低通滤波器即可实现模拟信号的恢复。为便于观察，解调电路由射随、低通滤波器和放大器组成，低通滤波器的截止频率为3400Hz。 四、实验仪器 双踪同步示波器 五、实验内容与步骤 （一）、准备工作

1、观察本实验电路部分及所需直流电压；

2、打开交流电源总开关，用短线接上直流电压；

（一）、抽样脉冲和分路脉冲的形成

用示波器观察各脉冲信号，记录信号的波形、频率、幅度及脉冲宽度； 1、了解TKCS-AS型通信系统原理实验装置的结构； 2、用示波器观察主振脉冲（TP1）信号；

幅度： V 周期： s 频率： Hz

主振脉冲（TP1）

3、用示波器观察分路抽样脉冲（TP2）和（TP3）信号；

幅度： V 周期： s 频率： Hz

分路抽样脉冲（TP2）和（TP3）

4、用示波器观察分路抽样脉冲（TP2′）和（TP3′）信号；

幅度： V 周期： s 频率： Hz

分路抽样脉冲（TP2）和（TP3） 5、比较（TP2）—（TP2′）、（TP3）—（TP3′）的相位； 比较结果： （二）、验证抽样定理

1、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；

2、正弦波信号从信号输入端（TP4）输入； 3、连接（TP2）—（TP6）；

4、以（TP4）作比较信号，观察抽样后形成的PAM信号（TP8），调整示波器触发同步，使波形在示波器上稳定，计算一个周期内的抽样次数，核对信号频率与抽样频率的关系；

幅度： V 周期： s 频率： Hz

抽样后形成的PAM信号（TP8）

5、改变信号频率f ；计算一个周期内的抽样次数，填入下表： f（Hz） 抽样次数 300 500 1000 2000 3000 5000 6、连接（TP2）—（TP6）；（TP8）—（TP14）在（TP15）观察经低通滤波器和放大器的解调信号，测量其频率确定和输入信号的关系，验证抽样定理。