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。

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f H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<2f H，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f H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f H，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<2f H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；主振脉冲（TP1）3、用示波器观察分路抽样脉冲（TP2）和（TP3）信号；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；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；抽样后形成的PAM 信号（TP8）56量其频率确定和输入信号的关系，验证抽样定理。

解调信号（TP15）六、实验报告1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。

2、抽样定理的内容和公式？3、实验心得与体会。

实验二：脉冲调幅（PAM）实验一、实验目的1、观察了解PAM信号的形成过程；2、了解PAM的平顶展宽解调过程；3、低通滤波器在解调中的作用；二、实验预习要求1、复习《通信系统原理》中有关PAM的内容；2、复习模拟通信系统和基带传输的有关章节；3、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤；三、实验原理1、多路脉冲调幅(PAM信号的形成和解调)多路脉冲调幅的实验框图如图2—7所示。

在实验中，连接（TP8）和(TP11)、（TP13）和（TP14）就构成了多路脉冲调幅实验电路。

图2-7 多路脉冲调幅实验框图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。

n路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的。

各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。

本实验设置了两路分路抽样电路。

多路脉冲调幅信号进入接收端后，由分路选通脉冲分离成n路，亦即还原出单路PAM信号。

发送端分路抽样与接收端分路选通是一一对应的，这是依靠它们所使用的定时脉冲的对应关系决定的。

为简化实验系统，本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得。

接收端的选通电路也采用结型场效应晶体管作为开关元件，但输出负载不是电阻而是电容。

采用这种类似于平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题。

由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度τ是很窄的。

当占空比为τs / T s的脉冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。

这样大的衰减带来的后果是严重的。

但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100％的占空比，从而解决信号幅度衰减过大的问题。

但我们知道平顶抽样将引起固有的频率失真。

PAM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。

2、多路脉冲调幅系统中的路际串话路际串话是衡量多路系统的重要指标之一。

路际串话是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它话路上去，这样就产生了同一端机中的各路通话之间的串话。

串话分可懂串话和不可懂串话，前者造成失密或影响正常通话：后者等于噪声干扰。

对路际串话必须设法防止。

一个实用的通话系统必须满足对路际串话规定的指标。

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

但如果传输PAM信号的通道频带是有限的，则PAM信号就会出现“拖尾”的现象，当“拖尾”严重，以至侵入邻路隙时，就产生了路际串话。

在考虑通道频带高频端时，可将整个通道简化为图2-8所示的低通网络，它的上截止频率为：f1=1／(2πR1C1)图2-8 通道的低通等效网络为了分析方便，设第一路有幅度为V的PAM脉冲，而其它路没有。

当矩形脉冲通过图2-8(a)所示的低通网络，输出波形如图2-8(b)所示。

脉冲终了时，波形按R1C1时间常数指数下降。

这样，就有了第一路脉冲在第二路时隙上的残存电压——串话电压ΔU，这种由于信道的高频响应不够引起的路际串话就叫做高频串话。

当考虑通道频带的低频端时，可将通道简化为图2-9所示的高通网络。

它的下截止频率为：f2=1／(2πR2C2)由于R2C2>>τ所以当脉冲通过图2-9(a)所示的高通网络后，输出波形如图2-9(b)所示。

长长的“拖尾”影响到相隔很远的时隙。

若计算某一话路上的串话电压，则需要计算前n路对这一路分别产生的串话电压，积累起来才是总的串话电压。

这种由于信道的低频响应不够而引起的路际串话就叫做低频串话。

解决低频串话是一项很困难的工作。

图2-9 通道的高频等效电路四、实验仪器双踪同步示波器五、实验内容与步骤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）、（TP8）—（TP11）、（TP13）—（TP14）、（TP3）—（TP12）；4、在（TP13）观察选通后的单路解调展宽信号，用示波器读出τ的宽度（单位为us）；τ=（us）；单路解调展宽信号（TP13）5、改变信号频率f ，在（TP15）观察经低通滤波器放大后的音频信号，测量整个系统的频率特性单路解调展宽信号（TP13）1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形；2、回答：PAM 信号是怎样形成的？3、实验心得与体会。

实验三：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、实验预习要求1、复习《通信系统原理》中有关编译码和PCM 通信系统的内容；2、阅读本实验的内容，熟悉实验的步骤；三、实验原理1、 概述图3-1 PCM 数字电话终端机的结构示意图脉冲编码(PCM)技术已经在数字通信系统中得到了广泛的应用。