通信原理抽样定理
通信原理实验-抽样定理实验
电子与信息工程系《通信原理实验》任务及报告书实验名称抽样定理实验指导教师班级姓名学号总成绩一、实验目的1.掌握抽样定理的概念；2.掌握模拟信号抽样与还原的原理与实现方法；3.了解模拟信号抽样过程的频谱。
二、实验内容1.采用不同频率的方波对同一模拟信号抽样并还原，观测并比较抽样信号与还原信号的波形和频谱；2.采用同一频率但不同占空比的方波对同一模拟信号抽样并还原，观测并比较抽样信号与还原信号的波形和频谱。
三、所需设备1.信号源模块；2.模拟信号数字化模块；3.20MHz双踪示波器；4.频谱分析仪（可用数字存储示波器代替）。
四、实验原理1.简述抽样定理的概念及实现方法……2.抽样信号的还原……五、实验步骤1.将所用模块固定在机箱中，确保电源接触良好；2.连线：信号源模块模拟信号数字化模块2K正弦基波—————————————抽样信号DDS-OUT —————————————抽样脉冲模拟信号数字化模块模拟信号数字化模块PAM输出—————————————解调输入3.接通电源（220V AC输入开关、模块电源开关要全部打开）；4.调节信号源模块“2K调幅”旋钮，使“2K正弦基波”输出3V左右；5.不同频率方波抽样：a.信号源模块“DDS-OUT”测试点输出选择“方波A”，调节“DDS调幅”旋钮，使其峰峰值为3V左右；b.示波器双踪观测“抽样信号”与“PAM输出”测试点波形，对比方波A的频率为4KHz、8KHz、116KHz、32KHz等典型频率值时“PAM输出”测试点的波形和频谱；c.示波器双踪观测“抽样信号”与“解调输出”测试点波形，对比各典型频率值时抽样信号还原的效果。
6.同频率但不同占空比方波抽样：a.信号源模块“DDS-OUT”测试点输出选择“方波B”，调节“DDS调幅”旋钮，使其峰峰值为3V左右、输出频率为4KHz；b.示波器双踪观测“抽样信号”与“PAM输出”测试点波形，对比方波B的占空比为5%、20%、35%、50%、80%等值时“PAM输出”测试点的波形和频谱；c.示波器双踪观测“抽样信号”与“解调输出”测试点波形，对比各占空比值时抽样信号还原的效果。
通信原理抽样定理实验报告
通信原理实验（五）实验一抽样定理实验项目一、抽样信号观测及抽样定理实验1、观测并记录抽样前后的信号波形，分别观测music和抽样输出。
由分析知，自然抽样后的结果如图，很明显抽样间隔相同，且抽样后的波形在其包络严格被原音乐信号所限制加权，与被抽样信号完全一致。
2、观测并记录平顶抽样前后信号的波形。
此结果为平顶抽样结果，仔细观察可发现与上一实验中的自然抽样有很大差距，即相同之处，其包络也由原信号所限制加权，但是在抽样信号的每个频率分量呈矩形，顶端是平的。
3、观测并对比抽样恢复后信号与被抽样信号的波形，并以100HZ为步进，减小A-OUT的频率，比较观测并思考在抽样脉冲频率为多少的情况下恢复信号有失真。
(1)9.0KHZ(2)7.7KHZ(3)7.0KHZ实验二 PCM 编译码实验实验项目一 测试W681512的幅频特性1、将信号源频率从50HZ 到4000HZ ，用示波器接模块21的音频输出，观测信号的幅频特性。
在频率为9HZ 时的波形如上图，低通滤波器恢复出的信号与原信号基本一致，只是相位有了延时，约1/4个Ts ； 逐渐减小抽样频率可知在7.7KHZ 左右，恢复信号出现了幅度的失真，且随着fs 的减小，失真越大。
上述现象验证了抽样定理，即，在信号的频率一定时，采样频率不能低于被采样信号的2倍，否则将会出现频谱的混(1)、4000HZ (2)、3500HZ(3)120HZ (4)50HZ在实验中仔细观察结果，可知，当信号源的频率由4000HZ不断下降到3000HZ 的过程中，信号的频谱幅度在不断地增加；在3000HZ~1500HZ的过程中，信号的幅度在一定范围内变化，但是没有特别大的差距；在1500HZ~50HZ的过程中，信号的幅度有极为明显的下降。
实验项目二 PCM编码规则实验1、以FS为触发，观测编码输入波形。
示波器的DIV档调节为100微秒。
图中分别为输入被抽样信号和抽样脉冲，观察可发现正弦波与编码对应。
通信原理实验-抽样定理(总9页)
通信原理实验-抽样定理(总9页)
实验名称：抽样定理
实验目的：
1.理解抽样定理的意义和应用
2.掌握抽样定理的实验方法
实验原理：
抽样定理是通信原理中非常重要的一个原理，它是指在信号经过理想低通滤波器之后，如果采样频率大于等于信号频率的两倍，就可以完全恢复原始信号，这个定理也称为奈奎
斯特定理。
实验器材：
示波器、函数信号发生器、导线、面包板。
实验步骤：
1.将函数信号发生器的频率调整至1kHz，并将示波器连接至信号发生器输出端口检测波形。
2.在示波器上观察到正弦波形之后，将频率调整至5kHz，再次观察波形。
5.根据抽样定理的公式计算出采样频率，例如在10kHz时，采样频率应大于等于
20kHz。
6.将采样频率设置为30kHz，并观察波形。
7.继续提高采样频率直至可清晰观察到原始信号的波形。
实验结果：
在采样频率大于20kHz的情况下，可以清晰地观察到原始信号的波形。
在采样频率低
于20kHz的情况下，原始信号的波形会出现明显的径向失真。
实验分析：
在通信系统中，信号传输的过程中可能会发生失真现象，而抽样定理可以帮助我们消
除这种失真。
在本实验中，我们使用函数信号发生器产生不同频率的信号，并通过示波器
观察波形。
通过设置不同的采样频率，可以清晰地观察到原始信号的波形，并验证奈奎斯特定理的正确性。
通过本实验验证了奈奎斯特定理的正确性，即在采样频率大于信号频率的两倍时，可以完全恢复原始信号，避免信号采样带来的失真。
抽样定理
抽样定理是通信理论中的一个重要定理，它是模拟信号数字化的理论基础，包括时域抽样定理和频域抽样定理。
抽样定理，也称为香农采样定律和奈奎斯特采样定律，是信息论特别是通信和信号处理中的重要基础结论。
E.T.惠特克（统计理论发表于1915年），克劳德·香农和哈里·奈奎斯特对此做出了重要贡献。
此外，V。
A. Kotelnikov也对该定理做出了重要贡献。
采样是将信号（即空间中的连续函数）转换为数字序列（即空间中的离散函数）。
采样后的离散信号通过保持器后，获得具有零阶保持器特性的阶跃信号。
如果信号受频带限制，并且采样频率高于信号最高频率的两倍，则可以从采样样本中完全重建原始连续信号。
限带信号转换的速度受到其最高频率分量的限制，也就是说，其在离散时间采样和表达信号细节的能力非常有限。
抽样定理意味着，如果信号带宽小于奈奎斯特频率（即采样频率的一半），那么这些离散采样点就可以完全代表原始信号。
高于或处于奈奎斯特频率的频率分量将导致混叠。
大多数应用都需要避免混叠，混叠的严重程度与这些混叠频率分量的相对强度有关。
采样过程中应遵循的定律也称为抽样定理和抽样定理。
抽样定理解释了采样频率和信号频谱之间的关系，这是连续信号离散化的基本基础。
抽样定理最早是由美国电信工程师H. Nyquist于1928年提出的，因此被称为Nyquist抽样定理。
1933年，苏联工程师科特尔尼科夫首次严格地通过公式表达了这一原理，因此在苏联文学中被称为科特尔尼科夫抽样定理。
1948年，信息理论的创始人C.E. Shannon 清楚地解释了这一原理，并将其正式引用为一个定理，因此在许多文献中也称为Shannon抽样定理。
抽样定理有很多表达式，但是最基本的表达式是时域抽样定理和频域抽样定理。
抽样定理广泛应用于数字遥测系统，时分遥测系统，信息处理，数字通信和采样控制理论中。
《通信原理抽样定理》课件
奈奎斯特频率
定义奈奎斯特频率，它是信号 采样频率的两倍。
采样定理
给出抽样定理的数学表达式： 采样频率 ≥ 2 × 信号最高频率
重建滤波器
引入重建滤波器，用于恢复原 始信号。
抽样定理的应用举例
1
图像压缩
2
介绍抽样定理在图像压缩算法明抽样定理在无线通信中的应用，如 蜂窝网络和卫星通信。
音频编码
说明抽样定理在音频编码中的应用，例 如MP3。
视频传输
解释抽样定理在视频传输中的重要性， 包括流媒体和视频会议。
抽样定理的适用范围和限制
1 频域限制
解释抽样定理在频域上的限制，包括信号频谱的最高频率。
2 信噪比要求
说明抽样定理对信噪比有要求，高信噪比可放宽抽样定理的限制。
3 采样定理的实现
通信系统中的抽样问题
说明在通信系统中抽样的重要性和挑战。
直观实例
通过直观的实例帮助听众理解抽样定理。
抽样定理的定义和原理
抽样定义
解释抽样是什么，包括对连续信 号进行离散化的过程。
别名现象
说明抽样频率不足会引发别名现 象。
奈奎斯特准则
介绍奈奎斯特准则，它是抽样定 理的核心原理。
抽样定理的数学表达式
介绍实际系统中如何满足抽样定理的要求。
抽样定理的实际意义
数据传输
说明抽样定理如何保证数据在信 号传输中的可靠性。
信号处理
介绍抽样定理在信号处理中的重 要性，如滤波和解调。
通信技术发展
解释抽样定理对通信技术发展的 推动作用。
总结和应用建议
总结
总结抽样定理的重要性和应用。
应用建议
提供一些建议，如如何避免抽样问题，优化信号采 样。
通信原理ch9-1 抽样.
-fH -fL
fL
fH
fs2fH
26
带通抽样定理
模拟信号m(t)是最高频率为fH，最低频率为fL，带宽为B的带通 型信号，其中B= fH –fL。 能恢复出m(t)的最小抽样频率为：
k f s 2 B(1 ) n
k 0 1 2B f s 4B 0 k 1 n n 1
低通抽样定理一个频带限制在0内的时间连续信号mt如果以t12f秒的间隔对它进行等间隔均匀抽样则mt将被所得到的抽样值完全确定
通信原理
第九章 模拟信号的数字化传输（1）
1
模拟信号的数字化传输
模拟信号的数字传输简介
抽样、量化、编码
模拟信号的抽样 模拟信号的量化 脉冲编码调制PCM DPCM与DM调制 时分复用TDM原理
频谱混叠的发生
1 M s ( f ) [ M ( f ) d T ( f )] 2 1 M ( f nf s ) T
如果：
m(t)
t
M(f )
H
H
f
2 T
d (t )
T
0 dT ( f )
t
ms(t)
MS(f )
t
f
ωs 2ωH
fs 2 fH
-fH
fH
带通抽样定理：
对于带通信号，可以用大约 2 倍带宽的抽样频率 对信号进行抽样，必须严格分析和计算抽样频率的 准确值，以保证不发生频谱混叠。
29
k f s 2 B(1 ) n
作业
简答：
简述低通抽样和带通抽样的内容和含义
习题
9-2
30
带通抽 样定理
式中，B 为信号带宽，n为fH / B的整数部分，k为fH / B的小数 部分。
抽样定理
抽样定理抽样的分类：（1） 根据信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分低通抽样定理和带通抽样定理；（2） 用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等同间隔的，又分为均匀抽样定理和非均匀抽样定理；（3） 抽样的脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又分为理想抽样和实际抽样。
低通型连续信号抽样定理抽样定理是通信原理中十分重要的定理之一，是模拟信号数字化的理论基础。
低通型连续信号的抽样定理：一个频带限制在(0,)H f 赫内的时间连续信号()m t ，若以12H f 的间隔对他进行等间隔抽样，则()m t 将被所得到的抽样值完全确定。
说明：抽样过程中满足抽样定理时，PCM 系统应无失真。
这一点与量化过程有本质区别。
量化是有失真的，只不过失真的大小可以控制。
低通型连续抽样定理证明设()m t 的频带为(0,)H f ，图中将时间连续信号()m t 和周期性冲激序列()T t δ相乘，用()s m t 表示此抽样函数，即()()()s T m t m t t δ=假设()m t 、()T t δ、()s m t 的频谱分别为()M ω、()T δω、()s M ω。
按照频域卷积定理，1()[()()]2s T M M ωωδωπ=因为 2()()T S n n T πδωδωω∞=-∞=-∑ 2S Tπω=所以， 1()[()*()]s s n M M n T ωωδωω∞=-∞=-∑由卷积关系，上式可写成1()()s s n M M n T ωωω∞=-∞=-∑ 上式表明，已抽样信号()s m t 的频谱()s M ω是无穷多个间隔为s ω的()M ω相迭加而成。
这表明()s M ω包含()M ω迭全部信息。
带通型抽样定理。
通信原理抽样定理实验报告
通信原理抽样定理实验报告一、实验目的。
本实验旨在通过实际操作验证抽样定理在通信原理中的应用，加深对抽样定理的理解，掌握其实际应用方法。
二、实验原理。
抽样定理是指在一定条件下，对信号进行抽样采集后，可以准确还原原始信号。
在通信原理中，抽样定理是确保数字信号可以通过采样准确地表示模拟信号的重要基础。
三、实验仪器与材料。
1. 示波器。
2. 信号发生器。
3. 电缆。
4. 电脑。
5. 实验电路板。
四、实验步骤。
1. 将信号发生器与示波器连接，调节信号发生器输出频率为50Hz；2. 将示波器触发方式设置为自动触发；3. 调节示波器的水平和垂直灵敏度，使波形在示波器屏幕上居中显示；4. 通过示波器观察信号波形，并记录采样率；5. 逐渐增大信号发生器的频率，观察波形的变化；6. 将实验数据导入电脑，进行数据处理和分析。
五、实验结果与分析。
通过实验操作，我们得到了不同频率下的信号波形，并记录了相应的采样率。
在数据处理和分析过程中，我们发现随着频率的增大，如果采样率不足，将会出现混叠现象，导致信号失真。
这验证了抽样定理的重要性，即采样频率必须大于信号频率的两倍，才能准确还原原始信号。
六、实验总结。
通过本次实验，我们深刻理解了抽样定理在通信原理中的重要性，了解了采样率对信号重建的影响。
在实际应用中，我们需要严格按照抽样定理的要求进行信号采样，以确保数字信号能够准确地表示模拟信号。
七、实验感想。
本次实验使我对抽样定理有了更深入的理解，也增强了我对通信原理的实际操作能力。
通过实验，我意识到理论知识与实际操作相结合的重要性，也更加重视了实验数据的准确性和分析的重要性。
八、参考文献。
[1] 《通信原理》，XXX，XXX出版社，2018年。
[2] 《电子技术基础》，XXX，XXX出版社，2017年。
以上为本次实验的报告内容，希望能对大家的学习和实践有所帮助。
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通信原理抽样定理
通信原理抽样定理是一项重要的通信技术原则，它是指对于一个连续时间信号进行抽样时，必须按照一定的规则进行抽样，才能够准确地还原出原始信号的信息。
本文将对通信原理抽样定理进行详细的解释。
一、连续信号与离散信号
在通信系统中，信号通常被分为连续信号和离散信号两种类型。
连续信号是指在时间上呈连续变化的信号，例如声音信号、视频信号等。
而离散信号则是指信号经过采样后，在时间上呈现出间断的特点，例如数字音频、数字图像等。
二、抽样定理的原理
通信原理抽样定理是基于傅里叶变换的原理得出来的。
傅里叶变换是将时域信号转化为频域信号的一项数学技术。
在信号的频域表示中，信号的频率为离散的，而抽样定理是建立在这个基础上的。
在进行信号采样时，必须按照一定的规则进行采样，这样才能够准确地还原出原始信号。
通常采用的规则是在一段时间内等间隔地进行采样，所采集的数据称为采样数据。
一个连续信号在被采样时，若满足采样频率大于两倍的信号最高频率，则可以通过采样信号得到原始信号的全部信息。
这就是通信原理抽样定理的核心原理。
三、抽样频率
通信原理抽样定理中，抽样频率的选择对于信号的还原具有重要的影响。
一般来说，抽样频率越高，得到的离散信号就越接近原始连续信号，还原的信息也就越准确。
但是，过高的抽样频率会导致信号处理所需的计算量增加和数据存储量增大，同时也会增加系统成本。
抽样频率的选择既要考虑信号本身的特点，还要考虑计算量和存储量等实际因素。
在各种应用中，针对不同类型的信号和系统要求，通常计算出最优的抽样频率。
四、抽样信号的重构
在实际应用中，原始连续信号往往是由离散信号采样得到的。
还原连续信号则需要通过离散信号进行重构。
重构方法有多种，其中常用的是插值法。
插值法是一种基于已知点的数值计算方法，用于估算未知点坐标的数值。
在进行插值重构时，需要确定合适的插值函数和插值点。
插值函数通常选用多项式函数，并尽可能将插值点均匀、密集地分布在原信号的采样区间内。
在重构过程中，插值函数可以通过计算插值点的线性组合实现。
五、总结
通信原理抽样定理是通信系统工作的重要原理之一。
它是通过傅里叶变换将连续信号转化为频域信号，并通过等间隔采样方法，将连续信号转化为离散信号，通过适当选择抽样频率，可还原出原始信号的全部信息。
为了实现重构，需要进行插值
处理。
在应用中，需要根据不同的信号类型和系统要求，确定最优的抽样频率和插值方法。
综上所述，通信原理抽样定理是理解和设计通信系统的基础，对于保障通信质量和提高通信效率具有重要的意义。