抽样定理和PAM调制解调实验

合集下载
  1. 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性,平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
  2. 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
  3. 3、如文档侵犯您的权益,请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间:9:00-18:30)。
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、实验器材
1、 信号源模块 2、 ①号模块 3、 20M 双踪示波器 4、 连接线 一块 一块 一台 若干
三、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, f H )内的时间连续信号 m(t) ,如果以 T≤ 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 ms (t ) 表示此抽样函数,则有:
《通信原理》实验报告
实验 三:抽样定理和 PAM 调制解调实验

别:
信息科学与技术系 通信工程 0901 班 M C Z Y
专业班级: 学生姓名: 同组学生: 成 绩:
指导教师:
惠龙飞
wk.baidu.com
(实验时间:2011 年 11 月 18 日——2011 年 11 月 18 日) 华中科技大学武昌分校
实验三 抽样定理和 PAM 调制解调实验
图 3-4
E2 TP2 1 PAM-SIN 1 0u F/1 6 V C1 1 04 -1 2 V C2 0 1 04
脉冲振幅调制电路原理框图
+12 V C2 9 1 04 -1 2 V R9 1 50 VEE D4
R7 1 04
4 .3 V TH1 TH Yo ut 3 1 PAM 平顶抽样输出 Xo ut VDD INH VEE VSS 13 16 6 7 8 VCC GND VEE GND
图 3-4-1
2K 同步正弦波
2) 3) 4)
将信号源上 S4 设为“1010” ,使“CLK1”输出 32K 时钟。 将模块 1 上 K1 选到“自然” 。 关闭电源,按如下方式连线 表 3-4-1 源端口 信号源: “2K 同步正弦波” 信号源: “CLK1” PAM 自然抽样连接方式 连线说明 提供被抽样信号 提供抽样时钟
这个频率就是奈奎斯特抽样频率。本实验中,当抽样频率为 32K 时,大于正弦信号的 2 倍, 故最 终能 正常 还原 ,而 当抽样 信号 变为 2K 时, 不满 足奈 奎斯 特抽 样频 率,此 时会发生波形失真,如图 3-4-5 所示。 7、 观测解码后 PAM 波形与原信号的区别 1) 步骤 3 的前 3 步不变,按如下方式连线 表 3-4-3 源端口 信号源: “2K 同步正弦波” 信号源: “CLK1” 模块 1:“自然抽样输出” 2) 原始与解调信号的比较连接方式 目标端口 模块 1:“PAM-SIN” 模块 1:“PAMCLK” 模块 1:“IN” 连线说明 提供被抽样信号 提供抽样时钟 将 PAM 信号进行译码
图 3-2 2、脉冲振幅调制(PAM)
采用不同抽样频率时抽样信号的频谱
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。 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。
1 M ( n s ) T n
该式表明,已抽样信号 ms (t ) 的频谱 M s ( ) 是无穷多个间隔为ωs 的 M ( ) 相迭加而成。 这就意味着 M s ( ) 中包含 M ( ) 的全部信息。 需要注意,若抽样间隔 T 变得大于
1 ,则 M ( ) 和 ( ) 的卷积在相邻的周期内存 T 2 fH 1 是抽样的最大间隔, 2 fH
6、 改变抽样时钟频率,观测自然抽样信号,验证抽样定理。
图 3-4-5
2K 抽样时的自然抽样 PAM 输出
由抽样定理可知: 在进行模拟 / 数字信号的转换过程中, 当采样频率 fs.max 波形分析: 大 于 信号 中 最 高 频率 fmax 的 2 倍 时 (fs.max>=2fmax) , 采 样之 后 的 数 字信 号 完 整 地保 留了原始信号中的信息,一般实际应用中保证采样频率为信号最高频率的 5 ~ 10 倍;
d) 打开电源,用示波器在“平顶抽样输出”处观察平顶抽样波形。
图 3-4-3
2K 同步正弦波
图 3-4-4
平顶抽样输出
波形分析:此处是用平顶抽样得到的图形。波形上来看,平顶抽样较自然抽样的不
同之处在于抽样脉冲的顶部都是平坦的矩形脉冲,矩形脉冲的抽样值就是其脉冲幅度, 他有保持原来电平的能力,故能出现平定的波形。在实际中,平顶抽样的 PAM 信号
1 秒 2 fH
ms (t ) m(t ) T (t )
图 3-1
抽样与恢复
假设 m(t ) 、 T (t ) 和 ms (t ) 的频谱分别为 M ( ) 、 T ( ) 和 M s ( ) 。按照频率卷积定 理, m(t ) T (t ) 的傅立叶变换是 M ( ) 和 T ( ) 的卷积:
1 PAM 自然抽样输出
TH3 TH
E1
C3 1 2 22 OUTPUT K1 R4 CLK-IN 1K U1 A 2 7 4LS0 4 1
C2 1 04
C4 1 04
1 0u F/1 6 V
1 PAMCLK
图 3-5 (三)实验电路工作原理 1、 PAM 调制电路
脉冲幅度调制电路原理图
如图 3-5 所示,LF398 是一个专用的采样保持芯片,它具有很高的直流精度和较高的采 样速率,器件的动态性能和保持性能可以通过合适的外接保持电容达到最佳。 LF398 的内部结构如图 3-6 所示;
自然抽样
m(t )
平顶抽样
T (t )
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。 (二) 电路组成 脉冲幅度调制实验系统如图 3-4 所示, 主要由抽样保持芯片 LF398 和解调滤波电路两部 分组成,电路原理图如图 3-5 所示。
M s ( )
因为
1 M ( ) T ( ) 2 2 T
2 T
T
s
n


T
( n s )
所以
M s ( )
1 T
M ( ) T ( n s ) n
由卷积关系,上式可写成
M s ( )
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) 。 。关闭电源,按下列方式进行连线。 c) 将 K1 设为“平顶” 表 3-4-2 源端口 信号源: “2K 同步正弦波 信号源: “NRZ” PAM 平顶抽样连线方式 目标端口 模块 1: “PAM-SIN” 模块 1: “PAMCLK” 连线说明 提供被抽样信号 提供抽样脉冲
U2 LF3 9 8 1 2 3 4 5 6 7 14 13 12 11 10 9 8
INPUT Vo s NC NC VV+ NC LOGIC NC LOGIC REF NC NC OUTPUT Ch
CLK-IN
OUTPUT
1 5 2 4 12 14 15 11 10 9
U3 Y0 Y1 Y2 Y3 X0 X1 X2 X3 A B CD4 05 2
TP10 IN
1
VCC R8 10k 3 2 TL084
11
+12V
4
C3 512
C7 152 U7B 7 TL084 TP11 OUT R37 10k R34 15k C8 222 C25 222 C22 102 10 9 TL084 U7C 8 R41 10k W1 10K 12 13 TH14 U7D TH TL084 14
1
E10 10uF/16VR29 10k
U7A 1 R39 3k3 R44 8k2 C21 222 C28 102 C27 223 5 6
-12V
R42 10k
R43 10k
图 3-7 PAM 解调滤波电路
四、实验步骤及注意事项
1、将信号源模块、模块 1 固定在主机箱上,将黑色塑封螺钉拧紧,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,将信号源模块和模块 1 的电源开关拨下, 观察指示灯是否点亮,红灯为+5V 电源指示灯,绿灯为-12V 电源指示灯,黄色为+12V 电源指示灯。 (注意,此处只是验证通电是否成功,在实验中均是先连线,再打开电 源做实验,不要带电连线) 。 3、观测 PAM 自然抽样波形 1) 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 4V 左右。
常常采用抽样保持电路来实现,得到的脉冲为矩形脉冲。但原理上,只要能够反映 瞬时抽样值的任意脉冲形式都是可以被采用的。 这里的 PAM 波形顶部顶部不随包络变
化,波形与同步正弦波保持一致。同样在一个周期内积分为 0,不汗直流成分。 平顶抽样其输出信号频谱
应为:
自然抽样的网络函数为: H(ω)= ∫h(t)e-jwt dt =τSa(ωt/2)
f (t )
F ( )
0
t
(a) 连续信号的频谱
m
0
m

f s (t )
Fs ( )
1 TS
1
0
Ts
t
s
m
0
m
s

(b)
高抽样频率时的抽样信号及频谱(无混叠)
Fs ( )
f s (t )
1 TS
1
0
Ts
t
s
m
0
m
s

(c)
低抽样频率时的抽样信号及频谱(混叠)
图 3-6 LF398 的内部电路结构 N1 是输入缓冲放大器,N2 是高输入阻抗射极输出器。S 为逻辑控制采样/保持开关,当 S 接通时,开始采样;当 S 断开时,开始保持。 LF398 的引脚功能为: 3、12 脚:正负电源输入端。 1 脚:Vi,模拟电压输入端。 11 脚:MCTR,逻辑控制输入端,高电平为采样,低电平为保持。 10 脚:MREF,逻辑控制电平参考端,一般接地。 8 脚:HOC,采样/保持电容接入端。 7 脚:OUT,采样/保持输出端。 如图 3-5 所示,被抽样信号从 PAM-SIN 输入,进入 LF398 的 1 脚 Vi 端,经内部输入缓 冲放大器 N1 放大后送到模拟开关 S,此时,将抽样脉冲作为 S 的控制信号,当 LF398 的 11 脚 MCTR 端为高电平时开关接通, 为低电平时开关断开。 然后经过射极输出器 N2 输出比较理 想的脉冲幅度调制信号。K1 为“平顶抽样” 、 “自然抽样”选择开关。 2、PAM 解调与滤波电路 解调滤波电路由集成运放电路 TL084 组成。 组成了一个二阶有源低通滤波器, 其截止频 率设计在 3.4KHz 左右,因为该滤波器有着解调的作用,因此它的质量好坏直接影响着系统 的工作状态。该电路还在后续实验接收部分有用到。电路如图 3-7 所示
在重叠(亦称混叠),因此不能由 M s ( ) 恢复 M ( ) 。可见, T 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 f H 之间,而是 限制在 f L (信号的最低频率)与 f H (信号的最高频率)之间(带通型连续信号),那么, 其抽样频率 f s 并不要求达到 2 f H ,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 f s ≥2B(无混叠)和 f s <2B(有混叠)时两种情况下冲激抽样信 号的频谱。
目标端口 模块 1:“PAM-SIN” 模块 1:“PAMCLK”
*
5)
检查连线是否正确,检查无误后打开电源 用示波器在“自然抽样输出”处观察 PAM 自然抽样波形。
图 3-4-2
PAM 自然抽样输出
波形分析:这里用自然抽样脉冲对正弦波进行抽样,自然抽样的抽样脉冲顶部是随
原始信号变化而变化的。 则 PAM 波形的脉冲的顶部随包络变化,其在一个周期 内均值为 0,不含直流成分。 5、 观测 PAM 平顶抽样波形 a) 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 4V 左右。 b) 将信号源上 S1、S2 、 S3 依次设为“ 10000000 ” 、 “ 10000000 ” 、 “10000000 ” ,将 S5
相关文档
最新文档