通信原理抽样定理和PAM调制解调硬件实验

一、实验目的

1. 加深理解抽样定理；

2. 加深理解脉冲幅度调制的原理。

二、实验内容

1. 观测PAM平顶抽样波形；

2. 观测PAM自然抽样波形及解码后波形。

三、实验器材

1. 双踪示波器；

2. 通信原理实验箱信号源模块、①号模块。

四、实验步骤

1. 观测PAM平顶抽样波形

（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；

（2）将信号源上S1、S2、S3依次设为10000000、10000000、10000000，将S5拨为1000，使NRZ（抽样脉冲）输出速率为128K，抽样频率为16K：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；

（3）将模块1上的K1选到平顶；

（4）关闭电源，按如下方式连线：

※检查连线是否正确，检查无误后打开电源

（5）用示波器观察信号源“2K同步正弦波”和“平顶抽样输出”波形，记录波形；

（6）选做：改变S1、S2、S3使抽样频率为32K，观察信号源“2K同步正弦波”和“平顶抽样输出”波形，记录波形；

（7）选做：改变S5，使抽样频率为32K，观察信号源“2K同步正弦波”和“平顶抽样输出”波形，记录波形。

2. 观测PAM自然抽样波形及解码后波形

（1）关闭电源，对照下表完成实验连线：

（2）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；

（3）将信号源S4设为1010，使CLK1输出32K的时钟；

（4）将模块1上的K1选到自然；

（5）关闭电源，按如下方式连线：

※检查连线是否正确，检查无误后打开电源

（6）用示波器观察信号源“2K同步正弦波”和“自然抽样输出”波形，记录波形；

（7）关闭电源，在上述基础上按如下方式继续连线：

（8）用PAM-SIN信号做示波器的触发源，用示波器观测并记录PAM-SIN和OUT的波形；

（9）改变抽样时钟频率，将S4设置为1101（使CLK1输出4K的时钟），用示波器观测并记录PAM-SIN和OUT的波形；

（10）改变抽样时钟频率，将S4设置为1111（使CLK1输出1K的时钟），用示波器观测并记录PAM-SIN和OUT的波形；

实验结束，关闭电源、拆除连线、整理实验数据完成实验报告。

五、实验数据及结果分析

1. 观测PAM平顶抽样波形

（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；

(2)用示波器观察信号源“2K同步正弦波”和“平顶抽样输出”波形，记录波形；

  数据分析：平顶抽样可以由理想抽样和脉冲形成得到，原始信号首先与抽样脉冲相乘，形成理想抽样信号，然后通过一个脉冲形成电路，输出即为所需平顶抽样。平顶抽样是一种在抽样时刻将信号保持为抽样值，而在其他时间则将其置为零的抽样方法。这种抽样方式会导致抽样信号中出现一些不连续的跳变，从而引入了高频分量。平顶抽样的优点是简单直观，易于实现，但缺点是可能会引入不必要的噪声和失真。

(3)选做：改变S1、S2、S3使抽样频率为32K，观察信号源“2K同步正弦波”和“平顶抽样输出”波形，记录波形；

数据分析：改变抽样频率为32K，平顶抽样的输出波形频谱为原来的两倍，所以平顶抽样的输出波形与抽样频率有关。

(4)选做：改变S5，使抽样频率为32K，观察信号源“2K同步正弦波”和“平顶抽样输出”波形，记录波形。

2、观测PAM自然抽样波形及解码后波形

（1）用示波器观察信号源“2K同步正弦波”和“自然抽样输出”波形，记录波形；

  数据分析：在抽样脉冲的时间内，自然抽样的抽样信号的顶部是“曲形”的，其形成的包络面与原信号完全契合，由此可知自然抽样的顶部保持了原信号的变化规律。自然抽样定理：抽样脉冲具有一定持续时间，在脉宽期间其幅度不变，每个抽样脉冲顶部随信号幅度变化。用周期性脉冲序列与信号相乘就可以实现。

(2)用PAM-SIN信号做示波器的触发源，用示波器观测并记录PAM-SIN和OUT的波形；

  数据分析：解调后的信号与原始信号相比有相位差，是由于原始信号通过低通滤波器时存在滞后产生相位差。解调是调制的逆过程，从已调信号中回复原始信号,即原始信号通过低通滤波器从已调信号中回复原始信号,即原始信号通过低通滤波器，滤除高频分量，恢复出原始信号。

(3)改变抽样时钟频率，将S4设置为1101（使CLK1输出4K的时钟），用示波器观测并记录PAM-SIN和OUT的波形；

  数据分析：由实验数据可知，改变抽样时钟频率，能够很好的还原出原始信号，理论上抽样频率越高还原出的信号约接近原始信号。当抽样频率fs远大于两倍的选频信号时，还原的波形与原信号基本一致，并且没有失真。

(4)改变抽样时钟频率，将S4设置为1111（使CLK1输出1K的时钟），用示波器观测并记录PAM-SIN和OUT的波形；

  数据分析：改变抽样时钟的频率，会造成系统的失真，原因是抽样频率小于模拟信号最高频率的两倍。为了能够在抽样后不失真地还原出原始信号，抽样频率必须大于两倍信号谱的最高频率。对于系统失真可以增加一个低通滤波器，它采用的是均匀滤波，它的抽样频率fs不小于2fh，就不会存在混叠现象，通过低通滤波器就可以截取出这一段波形，也就可以还原出波形完成调制了。