实验一脉冲幅度调制(PAM)及系统实验报告

通信工程专业实验室
实验一
脉冲幅度调制(PAM)及系统实验
七、实验步骤 1.PAM调制实验连接线 源端口 低频信号源：信号输出 数字时钟信号源单元： 脉冲输出（8K） 目的端口 PAM调制单元：S-IN PAM调制单元：CLK-IN
2k
1
3
2k
2
4
8k
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信号波形
t
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四、实验原理知识点
4、PAM
PAM是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式 。若脉冲载波是冲激脉冲序列，则前面讨论的抽样定理就是 脉冲振幅调制的原理。也就是说，按抽样定理进行抽样得到 的信号就是一个PAM信号。 但是，用冲激脉冲序列进行抽样是一种理想抽样的情况 ，是不可能实现的。因为冲击序列在实际中是不能获得的， 即使能获得，由于抽样后信号的频谱为无穷大， 对有限带宽 的信道而言也无法传递。因此，在实际中通常采用脉冲宽度 相对于抽样周期很窄的窄脉冲序列近似代替冲激脉冲序列， 从而实现脉冲振幅调制。我们介绍用窄脉冲序列进行实际抽 样的一种脉冲振幅调制方式：自然抽样的脉冲调幅。
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M()
m(t) t s(t) A (a)
－H O H
|S()|


T
t (b)
£ 2 -
－2H O
2H |Ms()|
2


ms(t) t (c) £ 2 -
－2H O
2H
2


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八、实验报告记录波形
（ 1 ）在 S-IN 处，送 fst=2kHz 信号。用示波器观测 S-IN 、 CLK-IN（8kHz）、 PAM-OUT （ PAM-IN）、S-OUT各点波形 ，并做详细记录、绘图。 （2）在S-IN处，送fst=4kHz信号。分别将CLK-IN的接4K， 8K，16K……（脉冲频率逐渐提高），用示波器观测： 当 fc ＜ 2fst （ CLK-IN<8kHz) 时 ， PAM-OUT （ PAM-IN ） 、 SOUT各点波形； 当 fc=2fst （ CLK-IN=8kHz) 时， PAM-OUT （ PAM-IN ）、 S-OUT 各点波形； 当fc ＞2fst（CLK-IN>8kHz时，PAM-OUT（PAM-IN）、S-OUT 各点波形； 对 fc ＜ 2fst （ CLK-IN=4kHz) 时 ， PAM-OUT （ PAM-IN ） 、 SOUT各点波形做详细记录、绘图。
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波形的正确画法：
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九、讨论思考题
1、结合实验简述取样定理 2、PAM系统解调为什么采用低 通滤波器即可完成？
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十、实验报告要求
1 、结合学过的理论知识简述对本实验原 理的理解，绘出所做实验的电路。 2、列出所测各点的波形、频率、电压(电 平 ) 等有关数据，对所测数据做简要分析 说明。必要时借助于计算公式及推导。 3、请写出思考题答案。
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三、实验仪器仪表
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四、实验原理知识点
1、模拟信号数字化过程
模拟 信息源 m(t ) 模拟随机信号 抽样、量化 和编码 {sk} 数字随机序列 数字 通信系统 {sk} 数字随机序列 译码和低通 滤波 m(t ) 模拟随机信号
四、实验原理知识点
2、低通抽样定理
一个频带限制在(0, fH)赫内的时间连续信号m(t)，如果抽样 频率fs大于或等于2fH,则可以由样值序列m(nTs)无失真地重建原 始信号 m(t). 此定理告诉我们：若m(t)的频谱在某一角频率 ωH以上为零 ，则 m(t) 中的全部信息完全包含在其间隔不大于 1/(2fH) 秒的均 匀抽样序列里。换句话说，在信号最高频率分量的每一个周期 内起码应抽样两次，或者说，抽样速率 fs （每秒内的抽样点数 ）应不小于2fH，若抽样速率fs＜2fH，则会产生失真，这种失真 叫混叠失真。
二、实验预习要求
主要预习通信系统原理教材中关 于“脉冲模拟调制系统”这—章 中的“低通信号的取样定理”、 “脉冲幅度调制”等主要章节， 其次预习一下PPM、PDM调制系统 。
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三、实验仪器仪表
1、70MHz双踪数字存储示波器一台 2、实验模块： 数字时钟信号源模块 低频信号源输出模块一 低频信号源输出模块二 PAM编译码模块
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四、实验原理知识点
3、脉冲调制
以时间上离散的脉冲串作为载波，用模拟基带信号m(t) 去控制脉冲串的某参数， 使其按m(t)的规律变化的调制方式 。通常，按基带信号改变脉冲参量（幅度、宽度和位置）的 不同，把脉冲调制又分为脉幅调制(PAM)、脉宽调制(PDM) 和脉位调制(PPM)。 下面介绍脉冲振幅调制，它是脉冲编码 调制的基础。
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四、实验原理知识点
3、脉冲调制
x(t ) ຫໍສະໝຸດ Baidu 设 信号 波 形 O t
脉 冲 高度 在 变 化 PAM 波 形 O t
脉 冲 位置 不 变 宽度 变 化 PDM波 形 O 脉 冲 宽变 不 变 脉 冲 位 置在 变 化 PPM波 形 t
O
PAM、 PDM、 PPM
图1 模拟信号的数字传输 模拟信号数字化分三个过程：首先，要将模拟信号离 散化，即对模拟信号按一定得时间间隔进行抽样；然后再 将无限个可能的抽样值变成有限个可能取值，我们称之为 量化；最后对量化后的抽样值用二进制（或多进制）码元 进行编码，就可得到所需要的数字信号。
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PAM解调电路原理图
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六、实验内容
1、脉冲幅度调制实验 a 观察被调制信号正弦波形、取样脉冲波形和已调信号波形 的相互之间的关系及特点，特别是音频带内各频率点的情况
。(测1个测量点)
b 观察验证抽样定理，并加以理论分析和必要的说明。 2、PAM通信系统实验 观察整个系统收发各点信号的特点并测量其参数， 0 ～ 4K 音 频段测2个频率点。
七、实验步骤 2. PAM调制实验步骤 （1）打开交流电源开关和各模块电源开关。 （2）调整低频正弦信号源： 输出频率范围：0Hz~14.216KHz（通过电电位器进行调整） 幅度范围为：0~5VPP（通过电位器进行调整）。 （3）用示波器分别测量PAM调制单元S-IN和CLK-IN端口的 波形与频率。
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七、实验步骤
（4）调整正弦信号源的可调电阻，将其输出频率为一 整数值；记录下其波形，然后分别将CLK-IN的接16K， 32K，64K……（脉冲频率逐渐提高），记录各种脉冲 频率下的PAM_OUT的输出波形。借助理论分析说明 抽样定理的正确性。 （5）将输入正弦频率fst≥3KHZ，特别当观察抽样频 率fc≤2fst时，请注意区别临界状态时的波形与频率， 并记下奈氏速率。 （6）在验证抽样定理时，有时会产生波形不同步现象， 在示波器中观察不到稳定的信号，此时可以调整输入 正弦信号的频率使之同步，有时需反复耐心地调整才 能观察到，也可将示波器外加触发信号源，它可以是 抽样脉冲，也可为输入正弦，视具体情况而定。
五、实验原理电路图
脉冲幅度调制实验系统图见下图所示，主要由输入电路、调 制电路、脉冲发生电路、解调滤波电路、功放输出电路等五部分 组成。
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五、实验原理电路图
PAM调制电路原理图
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五、实验原理电路图
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自然抽样的脉冲调幅
自然抽样又称曲顶抽样，它是指抽样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号m(t)变 化，或者说保持了m(t)的变化规律。 自然抽样的脉冲调幅原理框图如下图 所示。
m(t)
ms (t) s(t)
理想 低通
m(t)
设模拟基带信号m(t)的波形及频谱如图 (a)所示，脉冲载波以s(t)表示， 它是宽度 为τ，周期为Ts的矩形窄脉冲序列，其中Ts是按抽样定理确定的，这里取Ts=1/(2 fH)。 s(t)的波形及频谱如图 (b)所示，则自然抽样PAM信号(波形及频谱见图（c）)为m(t)与 s(t)的乘积，即
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七、实验步骤 1. PAM解调实验连线 关闭系统电源，保持PAM调制实验部分连线不变，继续增 加以下连线： 源端口 目的端口
PAM调制单元：PAM-OUT
PAM解调单元：PAM-IN
2.PAM解调实验步骤 （1）接通所用实验模块的电源。 （2）将输入正弦信号频率固定在2KHZ，改变抽样脉冲的频率 fc，用示波器观察PAM解调单元的输出端口要S_OUT的输出波 形，并与输入波形相比较，检查其失真度。 （3）将输入正弦信号频率fst固定在4KHZ，改变抽样脉冲的频 率fc，使 fc＜2fst，fc=2fst，fc＞2fst，观察并记录PAM解调单元 的输出端口S_OUT的输出波形，记录在系统通信状态下的奈氏 速率。
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实验一 脉冲幅度调制(PAM) 及系统实验
【实验性质】：验证性实验
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一、实验目的
1、熟悉脉冲振幅调制的工作原理 2、加深对抽样定理的理解 3、了解PAM调制与解调电路的基 本组成
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