河南工学院
《通信原理》课程实验报告
系部： 电子通信工程系 班级： 通技142 姓名： 吴志强 学号： 140413229
实验 抽样定理和脉冲调幅实验
一、实验目的
1) 验证抽样定理；
2) 观察了解PAM 信号形成过程，平顶展宽解调过程。 3) 了解时分多路系统中的路际串话现象。
二、基本原理
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。
下图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。
单路PCM 系统示意图
1、抽样定理
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。
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)，
M
f
f
H
语音信号的频谱
M
理想低通滤波器
f s 2f s
f
H
f s +f
H
2f s +f H
f
语言信号的抽样频谱和抽样信号的频谱
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，见下图。如果fs ＜2fH ，就会出现频谱混迭的现象，如图所示。
M
一般低通滤波器
f s 2f s
0f
H
f s +f
H
2f s +f H
f
留出防卫带的语音信号的抽样频谱
M
f s 2f s
f
H
f s +f H 2f s +f H
f
fs ＜2fH 时语音信号的抽样频谱
实验原理图：
音频信号抽
样门
低通滤波
抽样脉冲
抽样定理实验方框图
多路脉冲调幅(PAM信号的形成和解调)
音频
信号
1
分路
抽样
1
相加
信道
分路
选通
1
展宽
低通
分路2
音频
信号
2
分路3
分路
抽样
2
分路2'
多路脉冲调幅实验框图
分路抽样电路的作用：
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。
脉冲展宽电路的作用：
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τS 是很窄的。当占空比为τS/TS 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。
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。
三、实验内容
(一) 、 抽样和分路脉冲的形成
经过抽样过程，通过示波器和频率计观察并核对TP1主振脉冲信号和TP2分路信号的频率、波形及脉冲宽度。
TP1观察主振脉冲信号 TP2观察分路抽样脉冲 (二) 、 验证抽样定理
将低频正弦信号从TP4输入（其中fH = 1kHz，幅度约2VP-P ）。以TP4作双踪同步示波器的同步信号，观察TP8——抽样后形成的PAM 信号。TP4输入信号波形如图02 -06所示，同步信号TP1与抽样信号TP8对比如图02 -07所示。连接TP8 –TP14，用示波器观察TP15低通滤波器和放大器的解调信号，如图02 -08所示。当fH = 6k Hz波重复上述步骤2、3。
输入信号TP4波形 同步信号TP1与抽样信号TP8对比
分析：抽样次数：8次，抽样频率：250Hz ，信号频率：1000Hz ，信号频率是抽样频率的4倍。
TP15波形 fH = 6kHz时TP1与TP8对比
图02 10 fH = 6kHz时TP15波形
(三) 、 PAM 信号的形成和解调
TP13单路解调展宽信号 TP15低通滤波器放大后的音频信号
五．实验心得
河南工学院
《通信原理》课程实验报告
系部： 电子通信工程系 班级： 通技142 姓名： 吴志强 学号： 140413229
实验 抽样定理和脉冲调幅实验
一、实验目的
1) 验证抽样定理；
2) 观察了解PAM 信号形成过程，平顶展宽解调过程。 3) 了解时分多路系统中的路际串话现象。
二、基本原理
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。
下图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。
单路PCM 系统示意图
1、抽样定理
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。
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)，
M
f
f
H
语音信号的频谱
M
理想低通滤波器
f s 2f s
f
H
f s +f
H
2f s +f H
f
语言信号的抽样频谱和抽样信号的频谱
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，见下图。如果fs ＜2fH ，就会出现频谱混迭的现象，如图所示。
M
一般低通滤波器
f s 2f s
0f
H
f s +f
H
2f s +f H
f
留出防卫带的语音信号的抽样频谱
M
f s 2f s
f
H
f s +f H 2f s +f H
f
fs ＜2fH 时语音信号的抽样频谱
实验原理图：
音频信号抽
样门
低通滤波
抽样脉冲
抽样定理实验方框图
多路脉冲调幅(PAM信号的形成和解调)
音频
信号
1
分路
抽样
1
相加
信道
分路
选通
1
展宽
低通
分路2
音频
信号
2
分路3
分路
抽样
2
分路2'
多路脉冲调幅实验框图
分路抽样电路的作用：
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。
脉冲展宽电路的作用：
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τS 是很窄的。当占空比为τS/TS 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。
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。
三、实验内容
(一) 、 抽样和分路脉冲的形成
经过抽样过程，通过示波器和频率计观察并核对TP1主振脉冲信号和TP2分路信号的频率、波形及脉冲宽度。
TP1观察主振脉冲信号 TP2观察分路抽样脉冲 (二) 、 验证抽样定理
将低频正弦信号从TP4输入（其中fH = 1kHz，幅度约2VP-P ）。以TP4作双踪同步示波器的同步信号，观察TP8——抽样后形成的PAM 信号。TP4输入信号波形如图02 -06所示，同步信号TP1与抽样信号TP8对比如图02 -07所示。连接TP8 –TP14，用示波器观察TP15低通滤波器和放大器的解调信号，如图02 -08所示。当fH = 6k Hz波重复上述步骤2、3。
输入信号TP4波形 同步信号TP1与抽样信号TP8对比
分析：抽样次数：8次，抽样频率：250Hz ，信号频率：1000Hz ，信号频率是抽样频率的4倍。
TP15波形 fH = 6kHz时TP1与TP8对比
图02 10 fH = 6kHz时TP15波形
(三) 、 PAM 信号的形成和解调
TP13单路解调展宽信号 TP15低通滤波器放大后的音频信号
五．实验心得