通信原理实验报告(终) - 通信原理实验报告 班级： 12050641 姓名： 谢昌辉 学号： 1205064135 实验一 抽样定理实验 一、实验目的 1、 理解抽样定理在通信系统中的重要性 2、 掌握自然抽样及平顶抽样的实现方法 3、 理解低通采样定理的原理 4、 理解实际的抽样系统 5、 理解低通滤波器的幅频特性对抽样信号恢复的影响 6、 理解低通滤波器的相频特性对抽样信号恢复的影响 7、 理解带通采样定理的原理 二、实验器材 1、 主控&信号、3号模块 各一块 2、 双踪示波器 一台 3、 连接线 假设干 三、实验原理 1、实验原理框图 保持电路平顶抽样S1自然抽样A-out抽样脉冲抽样输出LPF-INLPFLPF-OUTmusic信号被抽样信号抗混叠滤波器抽样电路编码输入译码输出FIR/IIR3# 信编译码模块FPGA数字滤波 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编译码局部的端口在做本实验时与信编译码的内容没有联络 四、实验步骤 实验工程一 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，从而理解不同抽样方式的输出差异和联络，验证抽样定理 1、关电，按表格所示进展连线 端口 信号：MUSIC 信号：A-OUT 目的端口 连线说明 模块3：TH1(被抽样信号) 将被抽样信号送入抽样单元 模块3：TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟 送入模拟低通滤波器 模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH5(LPF-IN) 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&信号和抽样输出3# 〔3〕观测并比照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&信号和LPF-OUT3# ，以100Hz的步进减小A-OUT主控&信号的频率，比拟观测并考虑在抽样脉冲频率多小的情况下恢复信号有失真 〔4〕用频谱的角度验证抽样定理〔选做〕：用示波器频谱功能观测并记录被抽样信号MUSIC和抽样输出频谱以100Hz的步进减小抽样脉冲的频率，观测抽样输出以及恢复信号的频谱〔注意：示波器需要用250kSa/s采样率〔即每秒采样点为250K〕，FFT缩放调节为×10〕 注：通过观测频谱可以看到当抽样脉冲小于2倍被抽样信号频率时，信号会产生混叠 实验工程二 滤波器幅频特性对抽样信号恢复的影响 概述：该工程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，并比拟抽样信号经这两种滤波器后的恢复效果，从而理解和讨论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，按表格所示进展连线 端口 目的端口 连线说明 信号：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】→【输出波形】和【输出频率】，通过调节相应旋钮，使A-OUT主控&信号输出频率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-OUTLPF-OUT3#的频谱记入如下表格： A-OUT频率/Hz 5K … 4.5K … 3.4K … 3.0K … 2、测试fir数字滤波器的幅频特性曲线 〔1〕关电，按表格所示进展连线 端口 目的端口 连线说明 基频幅度/V 主控&信号输出频率，观测并记录信号：A-OUT 模块3：TH13(编码输入) 将信号送入数字滤波器 〔2〕开电，设置主控菜单：选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR滤波器】调节【信号】，使A-out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：fir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 用示波器观测译码输出3#，以100Hz的步进减小A-OUT码输出3#的频谱记入如下表格： A_out的频率/Hz 5K … 4K … 3K … 2K ... 基频幅度/V 主控&信号的频率观测并记录译由上述表格数据，画出fir低通滤波器幅频特性曲线 考虑：对于3KHz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输入频率的步进值大小？ 3、分别利用上述两个滤波器对被抽样信号进展恢复，比拟被抽样信号恢复效果 〔1〕关电，按表格所示进展连线： 端口 信号：MUSIC 信号：A-OUT 目的端口 连线说明 模块3：TH1(被抽样信号) 提供被抽样信号 模块3：TH2(抽样脉冲) 提供抽样时钟 送入模拟低通滤波器 送入FIR数字低通滤波器 模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH5(LPF-IN) 模块3：TH3(抽样输出) 模块3：TH13(编码输入) 〔2〕开电，设置主控菜单，选择【主菜单】→【通信原理】→【抽样定理】→【FIR滤波器】调节W1主控&信号使信号A-OUT输出峰峰值为3V左右 〔3〕此时实验系统初始状态为：待抽样信号MUSIC为3K+1K正弦合成波，抽样时钟信号A-OUT为频率9KHz、占空比20%的方波。
〔4〕实验操作及波形观测比照观测不同滤波器的信号恢复效果：用示波器分别观测第 页 共 页。