通信原理实验5.docVIP

实验五 抽样定理实验 一、实验目的 了解抽样定理在通信系统中的重要性。 掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法。 理解低通采样定理的原理。 理解实际的抽样系统。 理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响。 理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响。 理解带通采样定理的原理。 二、实验器材 主控信号源、3号模块 各一块 双踪示波器 一台 连接线 若干 三、实验原理 1、实验原理框图 图1-1 抽样定理实验框图 2、实验框图说明 抽样信号由抽样电路产生。将输入的被抽样信号与抽样脉冲相乘就可以得到自然抽样信号，自然抽样的信号经过保持电路得到平顶抽样信号。平顶抽样和自然抽样信号是通过开关S1切换输出的。 抽样信号的恢复是将抽样信号经过低通滤波器，即可得到恢复的信号。这里滤波器可以选用抗混叠滤波器（8阶3.4kHz的巴特沃斯低通滤波器）或FPGA数字滤波器（有FIR、IIR两种）。反sinc滤波器不是用来恢复抽样信号的，而是用来应对孔径失真现象。 要注意，这里的数字滤波器是借用的信源编译码部分的端口。在做本实验时与信源编译码的内容没有联系。 四、实验步骤 实验项目一 抽样信号观测及抽样定理验证 概述：通过不同频率的抽样时钟，从时域和频域两方面观测自然抽样和平顶抽样的输出波形，以及信号恢复的混叠情况，从而了解不同抽样方式的输出差异和联系，验证抽样定理。 1、关电，按表格所示进行连线。 源端口 目标端口 连线说明 信号源：MUSIC 模块3：TH1(被抽样信号) 将被抽样信号送入抽样单元 信号源：A-OUT 模块3：TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟 模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH5(LPF-IN) 送入模拟低通滤波器 2、开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】。调节主控模块的W1使A-out输出峰峰值为3V。 3、此时实验系统初始状态为：被抽样信号MUSIC为幅度4V、频率3K+1K正弦合成波。抽样脉冲A-OUT为幅度3V、频率9KHz、占空比20%的方波。 4、实验操作及波形观测。 （1）观测并记录自然抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“自然抽样”档位，用示波器分别观测MUSIC主控信号源和抽样输出3#。 （2）观测并记录平顶抽样前后的信号波形：设置开关S13#为“平顶抽样”档位，用示波器分别观测MUSIC主控信号源和抽样输出3#。 （3）观测并对比抽样恢复后信号与被抽样信号的波形：设置开关S13#为“自然抽样”档位，用示波器观测MUSIC主控信号源和LPF-OUT3# ，以100Hz的步进减小A-OUT主控信号源的频率，比较观测并思考在抽样脉冲频率多小的情况下恢复信号有失真。 频率为8900HZ时， 频率为8800HZ时， 频率为8700HZ时， 实验项目二 滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响 概述：该项目是通过改变不同抽样时钟频率，分别观测和绘制抗混叠低通滤波和fir数字滤波的幅频特性曲线，并比较抽样信号经这两种滤波器后的恢复效果，从而了解和探讨不同滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响。 1、测试抗混叠低通滤波器的幅频特性曲线。 （1）关电，按表格所示进行连线。 源端口 目标端口 连线说明 信号源：A-OUT 模块3：TH5(LPF-IN) 将信号送入模拟滤波器 （2）开电，设置主控模块，选择【信号源】→【输出波形】和【输出频率】，通过调节相应旋钮，使A-OUT主控信号源输出频率5KHz、峰峰值为3V的正弦波。 （3）此时实验系统初始状态为：抗混叠低通滤波器的输入信号为频率5KHz、幅度3V的正弦波。 （4）实验操作及波形观测。 用示波器观测LPF-OUT3#。以100Hz步进减小A-OUT主控信号源输出频率，观测并记录LPF-OUT3#的频谱。记入如下表格： A-OUT频率/Hz 基频幅度/V 5K … 4.5K … 3.4K … 3.0K … 由上述表格数据，画出模拟低通滤波器幅频特性曲线。 思考：对于3.4KHz低通滤波器，为了更好的画出幅频特性曲线，我们可以如何调整信号源输入频率的步进值大小？ 答：低通滤波器的截止频率为3.4kHz，则如果选取0.68kHz的整数倍测幅频得到的曲线会更接近理论，可将信号源输入频率的步进值调整为680Hz。 2、测试fir数字滤波器的幅频特性曲线。 （1）关电，按表格所