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1、第二次通信系统实验报告模拟信号数字化与时分复用一、实验目的1.1 掌握抽样定理的概念1.2 掌握模拟信号抽样与还原的原理及实现方法1.3 了解模拟信号抽样过程的频谱1. 4掌握抽样信号的量化原理和脉冲编码调制的基本原理1.5了解PCM系统中噪声的影响1. 6掌握增量调制及连续可变斜率增量调制的原理二、实验内容2. 1抽样定理实验(PAM)2.2 脉冲编码调制与解调实验(PCM)2.3 连续可变斜率增量调制与解调实验(CVSD)三、实验结果及分析3.1抽样定理实验(PAM)3. 1.1不同频率方波抽样示波器双踪观测“抽样信号”与“PAM输出”测试点波形及频谱。为了对比不同频率方波的抽样特性，实验
2、中选取方波频率依次为4KHz、8KHz和16KHz。(1)当方波频率为4KHz,观测结果如图1和图2所示，图1中抽样信号在上。图1抽样信号与PAM输出波形图(4KHz)图2PAM输出信号的频谱图(4KHZ)(2)当方波频率为8KHz,观测结果如图3和图4所示，图3中抽样信号在上。图3抽样信号与PAM输出波形图(8KHz)图4 PAM输出信号的频谱图(8KHz)(3)当方波频率为16KHz,观测结果如图5和图6所示，图5中抽样信号在上。CHflmV CH2 1W MIOOJW-Gfl*峰值CH1频率ZOO5kHzCH2*峰值3.16VCH2频率5.326kHzCK2峰-峰值JlleVCH1-21
3、V 2MOOtHPOS 46IOttHZCURSORW光标1 1400kHz光标2Flattop ZOOOOOkHz信源图5抽样信号与PAM输出波形图(16KHz)图6 PAM输出信号的频谱图(16KHz)分析：由以上的图可见，方波频率越高，PAM输出波形在包络上越接近抽样信号，并且 在频谱上也有明显的优化。具体体现在PAM输出信号的高频分量的衰减，以及次低频信号与 基波信号在频率上的愈加远离上，这带来的好处是信号恢夏时减弱了滤波器的压力，而且也 有利于提高频带利用率。随后，示波器双踪观测“抽样信号”与“解调输出”测试点波形及频谱。为了对比不同 频率方波抽样后信号的还原效果，实验中选取方波频率
4、依次为4KHz、8KHz和16KHz.(1)当方波频率为4KHz,观测结果如图7和图8所示，图7中抽样信号在上。M Pok OOOOj1002kHz2MWz峰-峰值CH2 Z -IaSmV5*Hz(i)MSDfr !叱.空 20l!HZ,CURSoRW信源增，4000M光标IZOOttHz光标2UIOOkHz/ J . - C1KKrltHz图7抽样信号与解调输出波形图(4KHZ)图8解调输出信号的频谱图(4KHZ)(2)当方波频率为8KHz,观测结果如图9和图10所示，图9中抽样信号在上。图9抽样信号与解调输出波形图(8KHZ)图10解调输出信号的频谱图(8Kllz)(1)当方波频率为16K
5、Hz,观测结果如图11和图12所示，图11中抽样信号在上。图11抽样信号与解调输出波形图(16KHZ)图12解调输出信号的频谱图(16Kllz)分析：对比不同方波频率下解调输出的频谱图，可见方波频率越高，解调信号的频谱越纯，在采样频率达到16KHZ时，频谱中的高频杂波已被滤掉。3.1.2同频率但不同占空比方波抽样示波器双踪观测“抽样信号”与“PAM输出”测试点波形及频谱。为了对比不同占空比方波的抽样特性，实验中选取方波频率为8KHz,占空比依次为10%、20%,25%和50%。由于抽样信号不变，故小组认为观测PAM输出和方波信号更合适。(1)当占空比为10%,观测结果如图13和图14所示，图1
6、3中PAM输出在上。图13抽样信号与PAM输出波形图(10%)图14PAM输出信号的频谱图(10%)(2)当占空比为20%,观测结果如图15和图16所示，图15中PAM输出在上。图15抽样信号与PAM输出波形图(20%)图16PAM输出信号的频谱图(20%)(3)当占空比为25%,观测结果如图17和图18所示，图17中PAM输出在上。图17抽样信号与PAM输出波形图(25%)图18PAM输出信号的频谱图(25%)(4)当占空比为50%,观测结果如图19和图20所示，图19中PAM输出在上。图19抽样信号与PAM输出波形图(50%)图20PAM输出信号的频谱图(50%)分析：由以上的图可见，方波
7、占空比越高，PAM输出波形在包络上越接近抽样信号，并且在频谱上也有明显的优化。具体体现在PAM输出信号的高频谐波的减少，这带来的好处是提高频带利用率和减小了信号的功率。但是也应注意，次低频信号的强度有所增加。随后，示波器双踪观测“抽样信号”与“解调输出”测试点波形及频谱。为了对比不同占空比方波抽样后信号的还原效果，实验中选取方波占空比依次为10乐20%、25%和50%。(1)当占空比为10的观测结果如图21和图22所示，图21中抽样信号在上。图21抽样信号与解调输出波形图(10%)图22解调输出信号的频谱图(10%)(2)当占空比为20的观测结果如图23和图24所示，图23中抽样信号在上。图2
8、3抽样信号与解调输出波形图(20%)图24解调输出信号的频谱图(20%)(3)当占空比为25为观测结果如图25和图26所示,图25中抽样信号在上。图25抽样信号与解调输出波形图(25%)图26解调输出信号的频谱图(25%)图27抽样信号与解调输出波形图(50%)图28解调输出信号的频谱图(50%)分析：对比不同占空比下解调输出的频谱图，可见方波占空比越高，解调信号的频谱越纯，在占空比达到50%时，频谱中的高频杂波已被滤掉，波形恢复得很好。3.2脉冲编码调制与解调实验(PCM)3.2.1PCM编码以wFRAM-INm信号为内触发源，示波器双踪观测“FRAMT信与PCM-OUT,测试点波形。观测结
9、果如图29所示，“FRAMTN”信号在上。图29uFRAM-INw与“PCM-0UT”输出波形图分析:“FRAM-IN”信号有两个高电平方波,这两个方波之间为一个周期,对比“FRAU-IN”和“PCM-OUT可知，这一周期内，“PCM-0UT”信号共输出了8位bit的数据，而且在每周期开始，输出bit由0跳变至1。(2)以“S-IN”信号为内触发源，示波器双踪观测“S-IN”与“PCM-OUT”测试点波形。由于在“S-IN”信号每周期内，“PCM-OUT”输出较多数据，在示波器中很难准确观测。故小组认为观测“S-IN”信号和“FRAM-IN”信号更合适。观测结果如图30所示，“STN”信号在上
10、。CHI Z -21ZnV 2M0Q2MzCH1 1.00V CH2 200VM IOauSM Pos; -106,0jus MEASURECH1 峰一峰值 MOV CHI 频率 ZOOIfcHz CH2 峰-峰值 3.52V CH2 - 频率 8.008kHz?CH2 峰-峰值 352V图30 “S-IN”与“FRAMTN”输出波形图分析：由上图可见，“S-IN”信号一周期对应“FRAM-IN”信号的4帧，结合图29,可知，”-IN”信号一周期对应“PCM-OLTT”信号的32位PCM编码。3.2.2PCM译码示波器双踪观测“S-IN”和“JPCM-OUT”测试点波形及频谱。观测结果如图31
11、和图32所示，图31中“S-IN”信号在上。图31“S-IN”和“JPCM-OU丁信号波形图图32“JPCM-OUV信号的频谱图分析：由上图可见，译码的效果是较为理想的，而且频谱也较为纯净。3.3连续可变斜率增量调制与解调实验(CVSD)3.3.1CVSD编码(1)示波器双踪观测“比较输出”与“编码输出”测试点波形。观测结果如图33所示。”耳,一席外,flfMPoOOOOfUMI三j11u三CHI2J00VCM2200VM250jjsCH22TOmVMEASURE73f“峰值5.12V-CHl频率21Mz?CH2峰值3.44VCH2频率&001做？CH2懈峰值3.44V图33“比较输出”与“编
12、码输出”输出波形图(2)示波器双踪观测“编码输出”与“一致脉冲”测试点波形。观测结果如图34所示。图34“编码输出”与“一致脉冲”输出波形图(3)示波器双踪观测“一致脉冲”与“一次积分”测试点波形。观测结果如图35所示.MPos:OOOOsMEASURE-Ofi-幄-峰值3J6V频率4545kHz?一曲一峰-峰值CHl2J00VCH2SOOmVMSoOjuSCH111V1毋?W720mVCH2频率4.567kHz?CK2峰-峰值72Omy（4）示波器双踪观测“一次积分”与“本地译码”测试点波形。观测结果如图36所示。邓r1199%HPot：OXIOo”iLMIoImilMWMEASUREFl*
13、Mlfi720mV-Wf一频率1068kHz?CH2峰-峰值88OmVCH2频率1.190tffc?CH2峰-峰值WOmVCHI500mVCH2500mVM500尴CH2Z-413mV1.153854Hz图36“一次积分”与“本地译码”输出波形图3.3.2CVSD解码（1）双踪观测“本地译码”与“解调成形”测试点波形，并调节”译码量阶”、“译码量阶”电位器，使两波形上升和下降变化规律大致相同。最终观测结果如图37所示。图37“比较输出”与“编码输出”输出波形图CH2 一频率1202kHz?CH2幄尚值A（2）示波器双踪观测“模拟输入”与“解调输出”测试点波形。观测结果如图38所示。M Pm:
14、04Xmeasure T w 峰中值672mVCH1 频率 1.197kHzCH2*峰值 86OmVF.二二；.二二二二d860mVOflMOmVCK2500mVMsOOJWCHI423mV1.19335tt分析：由图38可见，解调输出的恢复效果较为理想。3.3.3测量系统的过载特性，绘制系统的过载特性曲线改变输入信号的频率f，分别取f=400Hz、800Hz、1200Hz、1600Hz、2000Hz、2400Hz、2800Hz.3000Hz和3400Hz,在表1中记录相应的临界过载电平Amax。表1不同频率下临界过载电平AmaX/V频率/Hz时钟速Q400800120016002000240028003000340064KHz3.562.921.841.201.040.760.580.520.4232KHz3.521.881.060.780.5840.4320.3520.2560.203.3.4测量系统的最大信噪比采用失真度仪测量最大信号量化噪声比。绘制表2,记录时钟速率为64KHZ和32KHZ下的数据。表2不同时钟速率下系统最大信噪比时钟速率失真度(%)信噪比(dB)64KHz7.1-17.032KHz12-21.6
