无失真传输系统实验报告
数字信号的无失真传输
数字信号的无失真传输广州电子技术网――思维二进制数字基带波形都是矩形波，其频谱是无限宽的，但任何一个传输信道的带宽都是又限的。
这样，无限带宽的信号要通过有限带宽的信道进行传输，必定会对信号波形产生失真。
如果直接采用矩形脉冲的基带信号作为传输码型，则传输系统接收端所得的信号频谱必定与发送端不同，这就会使接收端数字基带信号产生误码。
为此在数字信号的传输中，在接收端都采用取样判决，数据再生的办法来获得发端传输过来的数字信号如图1。
为了研究波形传输的失真问题，我们首先来看一下基带信号传输系统的典型模型，如下图所示。
在发送端，数字基带信号经发送滤波器输入到信道，发送滤波器的作用是限制发送频带，阻止不必要的频率成分干扰相邻信道。
基带信号在信道中传输时常混入噪声，同时由于信道带宽的有限性，因此引起传输波形的失真是必然的。
所以在接收端输入的波形与原始的基带信号肯定存在较大的差别，若直接进行抽样判决将会产生较大的误判。
因此在抽样判决之前先经过一个接收滤波器，它一方面滤除带外噪声，另一方面对失真波形进行均衡。
取样和判决电路使数字信号得到再生，并改善输出信号的质量。
根据频谱分析的基本原理，基带信号在频域上的失真，在时域上必定产生延伸，这就带来了各码元间相互串扰问题。
所以，造成判决错误的主要原因除了噪声外，主要是由于传输特性（包括发、收滤波器和信道特性）不良引起的码间串扰。
基带脉冲序列通过系统时，系统的滤波作用使脉冲拖宽（时域上的周期变长），在时间上，它们重叠到邻近时隙中去（如图1所示）。
接收端在按约定的时隙对各点进行取样，并以取样时刻测定的信号幅度和判别门限电平进行比较，以此作为依据进行判决，来导出原脉冲的消息。
若相邻脉冲的拖尾相加超过判别门限电平，则会使发送的“0”判为“1”。
实际中可能出现好几个邻近脉冲的拖尾叠加，这种脉冲重叠，并在接收端造成判决困难的现象叫做码间干扰。
因此可以看出，传输基带信号受到约束的主要因素是系统的频率特性。
无失真传输课程设计
无失真传输课程设计一、课程目标知识目标：1. 学生能理解无失真传输的概念，掌握其基本原理；2. 学生能描述无失真传输的条件和实现方法；3. 学生能运用相关公式计算无失真传输的参数。
技能目标：1. 学生能分析实际电路中的无失真传输问题，提出解决方案；2. 学生能运用所学知识，设计简单的无失真传输电路；3. 学生能通过实验，验证无失真传输的条件，提高实践操作能力。
情感态度价值观目标：1. 学生对电子技术产生兴趣，树立探究科学技术的意识；2. 学生培养团队协作精神，学会与他人共同分析问题、解决问题；3. 学生认识到无失真传输在实际应用中的重要性，增强社会责任感。
课程性质：本课程为电子技术基础课程，以理论教学和实践操作相结合的方式进行。
学生特点：学生为高中二年级学生，具有一定的物理基础和电子技术知识。
教学要求：结合学生特点，注重理论与实践相结合，提高学生的动手能力，激发学生的创新思维。
通过课程学习，使学生在掌握无失真传输知识的基础上，培养实际应用能力。
在教学过程中，关注学生的个体差异，因材施教，提高学生的学习兴趣和积极性。
本章节教学内容主要包括以下三个方面：1. 无失真传输基本概念与原理：- 介绍无失真传输的定义、特点及分类；- 阐述无失真传输的基本原理，包括电压、电流的传输过程；- 分析无失真传输的条件，如负载匹配、信号频率等。
2. 无失真传输电路分析与设计：- 讲解典型无失真传输电路的组成、工作原理及性能分析；- 引导学生运用相关公式和定理进行电路参数计算；- 通过实例分析，指导学生设计简单的无失真传输电路。
3. 无失真传输实验与验证：- 制定实验方案，明确实验目的、步骤和注意事项；- 指导学生搭建实验电路，进行无失真传输实验；- 分析实验结果，验证无失真传输条件，总结实验经验。
教学内容安排与进度：1. 第1课时：无失真传输基本概念与原理；2. 第2课时：无失真传输电路分析与设计；3. 第3课时：无失真传输实验与验证。
无失真传输系统
电子信息工程学院
无失真传输系统
无失真传输系统的时域特性 无失真传输系统的频域特性
无失真传输系统
信号传输过程中引起失真的原因：
非线性失真（产生新的频率成分）
线性失真（不产生新的频率成分） 幅度失真、相位失真 在实际应用中对失真问题的研究有两类： 信号传输失真尽可能小(高保真系统) 有意识地产生失真（预失真波形产生）
1 j 1 j
y(t ) H ( j1) sin[t (1)] H ( j3) sin[3t (3)]
sin(t π / 2) sin(3t 0.7952π)
例 已知某连续LTI系统的频率响应为H ( j )
(1) 求系统的幅度响应|H(j)|和相位响应()， 并判断系统是否为无失真传输系统。 (2) 当输入为x(t)=sint+sin3t (<t<) 时，求系统的稳态响应。
1 j 1 j
所以系统的幅度响应和相位响应分别为
H ( j) 1
() 2 arctan( )
系统的幅度响应|H(j)|为常数，但相位响应()不是的 线性函数，所以系统不是无失真传输系统。
例 已知某连续LTI系统的频率响应为H ( j )
(1) 求系统的幅度响应|H(j)|和相位响应()， 并判断系统是否为无失真传输系统。 (2) 当输入为x(t)=sint+sin3t (<t<) 时，求系统的稳态响应。 解：(2)
无失真传输系统
无失真传输系统的幅度响应和相位响应
|H(j)|
| H ( j ) | K
( ) td
无失真传输系统应满足两个条件：
无失真传输系统
解：(2)
2
x(t) 1
输入和输出 0
信号的波形
-1 y (t)
-2
0
π
2π
3π
4π
显然，输出信号相对于输入信号产生了失真。t
输出信号的失真是由于系统的非线性相位而引起。
无失真传输系统
➢ 无失真传输系统的概念
y(t) K x(t td )
➢ 无失真传输系统的时域特性
h(t) K (t td )
主讲人：陈后金
电子信息工程学院
无失真传输系统
无失真传输系统的时域特性 无失真传输系统的频域特性
无失真传输系统
信号传输过程中引起失真的原因： 非线性失真（产生新的频率成分） 线性失真（不产生新的频率成分） 幅度失真、相位失真
在实际应用中对失真问题的研究有两类： 信号传输失真尽可能小(高保真系统)
无失真传输系统
➢ 无失真传输系统的幅度响应和相位响应
| H ( j) | K
|H(j)|
() td
✓ 无失真传输系统应满足两个条件：
() td
※ 系统的幅度响应|H(j)|在整个频率范围内为常数K，
意味着系统的带宽为无穷大；
※ 系统的相位响应() 与成线性关系。
例 已知某连续LTI系统的频率响应为H ( j) 1 j 1 j
sin(t π / 2) sin(3t 0.7952π)
例 已知某连续LTI系统的频率响应为H ( j) 1 j 1 j
(1) 求系统的幅度响应|H(j)|和相位响应()，
并判断系统是否为无失真传输系统。 (2) 当输入为x(t)=sint+sin3t (t) 时，求系统的稳态响应。
(1) 求系统的幅度响应|H(j)|和相位响应()，
实验一 零输入响应零状态响应
实验一零输入响应零状态响应一、实验目的1、掌握电路的零输入响应。
2、掌握电路的零状态响应。
3、学会电路的零状态响应与零输入响应的观察方法。
二、实验内容1、观察零输入响应的过程。
2、观察零状态响应的过程。
三、实验仪器1、信号与系统实验箱一台（主板）。
2、系统时域与频域分析模块一块。
3、20MHz示波器一台。
四、实验步骤1、把系统时域与频域分析模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路），并打开此模块的电源开关。
2、系统的零输入响应特性观察（1）接通主板上的电源，同时按下此模块上两个电源开关，将“时域抽样定理”模块中的抽样脉冲信号（SK1000用于选择频段，“频率调节”用于在频段内的频率调节，“脉宽调节”用于脉冲宽度的调节，以下实验都可改变以上的参数进行相关的操作），通过导线引入到“零输入零状态响应”的输入端。
（2）用示波器的两个探头，一个接输入脉冲信号作同步，一个用于观察输出信号的波形，当脉冲进入低电平阶段时，相当于此时激励去掉，即在低电平时所观察到的波形即为零输入信号。
（3）改变本实验的开关SK900的位置，观察到的是不同情况下的零输入响应，进行相应的比较3、系统的零状态响应特性观察（1）观察的方法与上述相同，不过当脉冲进入高电平阶段时，相当于此时加上激励，即此时零状态响应应在脉冲的高电平进行。
（2）改变本实验的开关SK900的位置，观察到的是不同系统下的零状态响应，进行相应的比较。
五、实验报告1、用两个坐标轴，分别绘制出零输入和零状态的输出波形。
2、通过绘制出的波形，和理论计算的结果进行比较。
六、实验思考题根据实验提供的实验元件，计算RC串联电路系统的零状态和零输入过程。
七、实验测试点的说明1、测试点分别为：“输入”（孔和测试钩）：阶跃信号的输入端。
“输出”：零输入和领状态的输出端。
“GND”：与实验箱的地相连。
2、调节点分别为：“S9”：此模块的电源开关。
无失真传输系统
信号与系统实验报告2、信号与系统实验箱一台。
3、系统频域与复域分析模块一【实验原理】 1、一般情况下，系统的响应波形和激励波形不相同，信号在传输过程中将产生失真。
线性系统引起的信号失真有两方面因素造成，一是系统对信号中各频率分量幅度产生不同程度的衰减，使响应各频率分量的相对幅度产生变化，引起幅度失真。
另一是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比，使响应的各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化，引起相位失真。
线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。
而对于非线性系统则由于其非线性特性对于所传输信号产生非线性失真，非线性失真可能产生新的频率分量。
所谓无失真是指响应信号与激励信号相比，只是大小与出现的时间不同，而无波形上的变化。
设激励信号为 e（t），响应信号为 r(t)，无失真传输的条件r(t)=Ke(t-t)（1）式中 K 是一常数，t 为滞后时间。
满足此条件时， r(t)波形是 e(t) 波形经t 时间的滞后，虽然，幅度方面有系数 K 倍的变化，但波形形状不变。
2、对实现无失真传输，对系统函数 H ( j ω) 应提出怎样的要求设 r(t )与 e (t ) 的傅立叶变换式分别为 R( jω)与 E(jω)。
借助傅立叶变换的延时定理，从式（1）可以写出R(jω)=KE(jω)e^-jωt 。
(2)此外还有 R(jω)=H(jω)E(jω)(3) 所以，为满足无失真传输应有H(jω)=Ke^-jωt （4）（4）式就是对于系统的频率响应特性提出的无失真传输条件。
欲使信号在通过线性系统时不产生任何失真，必须在信号的全部频带内，要求系统频率响应的幅度特性是一常数，相位特性是一通过原点的直线。
实验三 无失真传输系统
若：
R1C1 R2C2
则：
H
R2 R2 R1
实验内容
1 、 FJ3： 500Hz 左右， UPP5V 方波信号，接入 J26 ， CH1 ： J27，CH2：J28，观察信号是否失真，即信号的形状是 否发生了变化，如果发生了变化，可以调节电位器“失 真调节”，可调节到输出与输入信号的形状一致，只是 信号的幅度发生了变化 2、改变信号源，重复上述的操作，观察信号的失真和 非失真的情况 3、测绘失真条件下的输入、输出信号（至少三种） 测绘无失真条件下的输入、输出信号（至少三种）
R2 Uo R2 C 2 S 1 H (S ) 1 1 R1 R2 Ui 1 / R1 SC1 1 / R2 SC2 R1C1 S 1 R2 C 2 S 1 1 1 / R2 SC2 而S j H ( j ) R2 1 jR2 C 2 R1 R2 1 jR1C1 1 jR2 C 2
实验报告要求
用坐标纸绘制实验失真条件下的输入、 输出信号，及无失真条件下的输入、输 出信号
实验三
无失真传输系统
实验目的
1、了解无失真传输的概念 2、了解无失真传输的条件
实验仪器
信号与系统实验箱 50MHZ虚拟示波器 计算机
实验原理
无失真是指响应信号与激励信号相比，只是大小与出现的时间 不同，而无波形上的变化。设激励信号为e(t),响应信号为r(t),无 失真传输的条件是 幅频特性 相频特性
信号的无失真传输
中北大学课程设计任务书2011/2012 学年第二学期学院：信息与通信工程学院专业：学生姓名：学号：课程设计题目：无失真数字基带信号传输起迄日期: 2012年6月4日~ 2012年6月22日课程设计地点:指导教师:系主任：下达任务书日期: 2012年 6月 4日课程设计任务书1课程设计任务书目录一、设计目的 (1)二、设计任务与要求及软件介绍 (1)三、设计步骤 (4)1、实验预习 (4)2、设计方案 (9)3、实验结果及结果分析 (10)四、设计总结 (13)五、实验心得 (14)六、参考文献 (14)一·实验目的1、通过本课程设计的学习，学生将复习所学的专业知识，使课堂学习的理论知识应用于实践，通过本课程设计的实践使学生具有一定的实践操作能力；2、掌握Matlab或SystemView的使用方法，能熟练运用该软件设计并仿真通信系统；3、熟悉用数字基带信号传输的原理与方法；4、通过仿真观察输入输出信号的波形及其特征；5、通过信息处理实践的课程设计，掌握设计信息处理系统的思维方法。
二·设计任务与要求及软件介绍1)设计任务及要求：1、系统采样频率为学号（两位尾号）KHz，信号源幅度5V，码速率100bps的伪随机信号，2、抽头个数为259的FIR低通滤波器，滤波器的截止频率为100Hz，在120Hz处有-60dB的衰落。
3、分析衰减系数；2）软件介绍：MATLAB是矩阵实验室（Matrix Laboratory）的简称，和Mathematica、Maple并称为三大数学软件。
用于算法开发、数据可视化、数据分析以及数值计算的高级技术计算语言和交互式环境，主要包括MATLAB和Simulink两大部分。
它在数学类科技应用软件中在数值计算方面首屈一指。
MATLAB可以进行矩阵运算、绘制函数和数据、实现算法、创建用户界面、连接其他编程语言的程序等，主要应用于工程计算、控制设计、信号处理与通讯、图像处理、信号检测、金融建模设计与分析等领域。
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信号与系统实验报告实验题目实验六无失真传输系统日期0学号2班级姓名杨智超13级光电子班组别
【实验目的】
1、了解无失真传输的概念。
2、了解无失真传输的条件。
【实验器材】
1、20MHz 双踪示波器一台。
2、信号与系统实验箱一台。
3、系统频域与复域分析模块一块。
【实验原理】
1、一般情况下，系统的响应波形和激励波形不相同，信号在传输过程中将产生失真。
线性系统引起的信号失真有两方面因素造成，一是系统对信号中各频率分量幅度产生不同程度的衰减，使响应各频率分量的相对幅度产生变化，引起幅度失真。
另一是系统对各频率分量产生的相移不与频率成正比，使响应的各频率分量在时间轴上的相对位置产生变化，引起相位失真。
线性系统的幅度失真与相位失真都不产生新的频率分量。
而对于非线性系统则由于其非线性特性对于所传输信号产生非线性失真，非线性失真可能产生新的频率分量。
所谓无失真是指响应信号与激励信号相比，只是大小与出现的时间不同，而无波形上的变
化。
设激励信号为，响应信号为，无失真传输的条件是
（1）
式中K是一常数，为滞后时间。
满足此条件时，波形是波形经时间的滞后，虽然，幅度方面有系数K倍的变化，但波形形状不变。
2、对实现无失真传输，对系统函数应提出怎样的要求？
与的傅立叶变换式分别为。
借助傅立叶变换的延时定理，从设与）可以写出式（1
）2（
此外还有
（3）
所以，为满足无失真传输应有
）（4）式就是对于系统的频率响应特性提出的无失真传输条件。
欲使信号在通过线性系统（4时不产生任何失真，必须在信号的全部频带内，要求系统频率响应的幅度特性是一常数，相位特性是一通过原点的直线。
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图 1 无失真传输系统的幅度和相位特性
（采用示波器的衰减电路）、本实验箱设计的电路图：3
图 2 示波器衰减电路
计算如右：
如果
是常数, （6则）
式（6）满足无失真传输条件。
【实验步骤及注意事项】
1、把系统复域与频域分析模块插在主板上，用导线接通此模块“电源接入”和主板上的电源（看清标识，防止接错，带保护电路）。
2、打开函数信号发生器的电源开关，使其输出一方波信号，频率为1K，峰峰值为5V，将其接入到此实验模块的输入端，用示波器的两个探头观察，一个接入到输入端，一个接入到输出端，以输入信号作输出同步进行观察。
3、观察输出信号是否失真，即信号的形状是否发生了变化，如果发生了变化，可以调节电位器“失真调节”，使输出与输入信号的形状一致，只是信号的幅度发生了变化（一般变为原来的1/2）。
4、改变信号源，采用的信号源可以从函数信号发生器引入，也可以从常用信号分类与观察引入各种信号，重复上述的操作，观察信号的失真和非失真的情况。
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【实验结果与数据处理】
2 失真条件下的三角波信号失真条件下的脉冲信号图图1
图3 失真条件下的正弦波信号
无失真条件下的三角波信号图5 图4 无失真条件下的脉冲信号
图6 无失真条件下的正弦波信号
【实验结论与分析】
思考题：比较无失真系统与理想低通滤波器的幅频特性和相频特性。
解：无失真传输是指传输系统的响应与激励相比，只是大小与出现的时间不同，而无波形上的变化。
大小的不同意味着响应波形与激励波形各点的瞬时值可以相差一比例常数K；波形出现时间的不同意味着对激励进行的时移运算。
响应是激励的精确再现，因为
响应波形与激励波形一样，只不过响应信号的幅度是原信号的倍，并延迟了时间。
响应信号中各分量的幅度的相对大小没有变化，所以不产生幅度失真；为了满足无相
位失真的条件，就必须使响应中各频率分量的时间平移相同，即都等于，故系统函数的；反映在相位特性上就是一条通过原幅频特性在全频率范围内保持为与频率无关的常数．
点的直线。