东南大学_信息学院_通信组系统实验二

课程名称：系统实验（通信组）

第二次实验

实验8 抽样定理实验（PAM）

实验9 脉冲编码调制与解调实验（PCM）

实验10 连续可变斜率增量调制与解调实验（CVSD）

专业：信息工程

姓名：(●’◡’●)

学号：04012019

组员：(●’◡’●)

时间：2015年10月27日

实验八抽样定理实验（PAM）

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和实现方法。

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及还原信号

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

号及还原信号的波形和频谱

三．实验仪器：

1.信号源模块

2.模拟信号数字化模块

3.20M双踪示波器

4.带话筒立体声耳机

四．实验步骤：

1.将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。

2.插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，在分别按下两个模块中的电源开关，对

应的发光二极管灯亮，两个模块均开始工作。

3.信号源模块调节“2K调幅”旋转电位器，是“2K正弦基波”输出幅度为3V左右。

4.实验连线

5.不同频率方波抽样

6.同频率但不同占空比方波抽样

7.模拟语音信号抽样与还原

五．实验现象及结果分析：

1.固定占空比为50%的、不同频率的方波抽样的输出时域波形和频谱：

(1)抽样方波频率为4KHz的“PAM输出点”时域波形：

图1

抽样方波频率为4KHz时的频谱：

分析：

理想抽样时，此处的抽样方波为抽样脉冲，则理想抽样下的抽样信号的频谱应该是无穷多个原信号频谱的叠加，周期为抽样频率；但是由于实际中难以实现理想抽样，即抽样方波存在占空比（其频谱是一个Sa()函数），对抽样频谱存在影响，所以实际中的抽样信号频谱随着频率的增大幅度上整体呈现减小的趋势，如上面实验频谱所示。

观察上图可发现，频谱分别关于4m(kHz)，m=1,2,3,…，对称分布，即关于4kHz、8kHz、14kHz、16kHz等对称分布，这是由于采样频率为4KHz，正好等于奈奎斯特采样频率，事实上频谱在谱线处产生了混叠。

(2)抽样方波频率为8KHz时的“PAM输出点”时域波形：

抽样方波为8KHz时的频谱：

分析：

当采样频率为8KHz时，频谱如上图所示。已抽样信号的频谱有无穷多个原始信号频谱叠加而成，周期为采样频率8KHz，因此谱线关于8m(kHz)，m=1,2,3,…，对称，即8kHz、24kHz等。值得一提的是，这里在16kHz两侧不存在14kHz和18kHz的谱线，因为τ=62.5μs，Sa函数在f=n/τ=n*16kHz取得零点，抽样方波没有16kHz上的谱线，无法与原信号频域卷积出14kHz和18kHz的谱线。

由于此时采样频率>>那奎斯特速率，故没有混叠。由于采样的非理想型，频谱幅度整体上仍然呈现下降趋势。

(3)当抽样方波的频率为16KHz时的“PAM输出点”时域波形：

抽样方波为16KHz时的频谱

分析：

当采样频率为16KHz 时，频谱如上图所示，与8KHz 速率采样时的频谱类似，在上图中，频谱关于16kHz 、48kHz 、80kHz 对称，符合理论分析的结果。

(4) 抽样还原的效果：

4KHz 频率值抽样解调输出波形

8KHz 频率值抽样解调输出波形

16KHz 频率值抽样解调输出波形

分析：

由上图可看出，当抽样信号方波A的频率分别为4KHz,8KHz,16KHz时，因为它们都满足奈奎斯特抽样定理，即W ≥ 2Wm，因此均能还原出原来的信号，且没有失真，但输出信号幅值伴随着轻微变化。此外，还原出的信号和原来的信号反相，即与原信号有π的相位差。

2.固定频率（以8KHz为例）、不同占空比的方波抽样的输出波形和频谱：

(1)占空比为10%时“PAM输出”测试点时域波形：

占空比为10%时“PAM输出”测试点频谱：

谱线整体形状呈现sa()函数变化，调节示波器，将第一个零点以内的频谱展开观察。从上图可以可以看出，第一个过零点处频率为80kHz，此时第一个

过零点内的谱线可以很细致的观察出来，即以下20条谱线：2kHz、6kHz、

10kHz、14kHz、18kHz、22kHz、26kHz、30kHz、34kHz、38kHz、42kHz、

46kHz、50kHz、54kHz、58kHz、62kHz、66kHz、70kHz、74kHz、78kHz。(2)占空比为20%时的“PAM输出”测试点时域波形：

占空比为20%时的“PAM输出”测试点频谱：

分析：采用与之前相同的观察与分析方法，可以观察到包络形状为Sa()函数，此时的第一个过零点位置为40kHz，可以清晰地观察出其内10条谱线分别为2kHz、6kHz、10kHz、14kHz、18kHz、22kHz、26kHz、30kHz、34kHz、38kHz。

(3)当占空比为25%时的“PAM输出”测试点脉冲时域波形：

频域波形：

分析：此时的第一个过零点位置在32kHz，其内共有8条谱线，分别为2kHz、6kHz、10kHz、14kHz、18kHz、22kHz、26kHz、30kHz。

(4)当占空比为50%时的“PAM输出”测试点脉冲时域波形：