本科实验报告
实验名称： PCM/PAM编译码实验
课程名称： 通信原理 任课教师： 李祥明 实验教师： 学生姓名： 高畅 实验时间： 06.07 实验地点： 4-434 □ 原理验证 实验类型： □ 综合设计 □ 自主创新 学号/班级： 1120111445/05811101 组 号： 34 学 院： 信息与电子学院 专 业： 信息工程（本硕博） 同组搭档： 敬汉丹 成 绩：
PAM编译码实验
一、实验目的
1、 验证抽样定理
2、 观察了解PAM信号形成的过程 3、 了解混迭效应形成的原因
二、实验仪器
1、 ZH7001通信原理综合实验系统 一台 2、 20MHz双踪示波器 一台 3、 函数信号发生器 一台
三、实验原理
抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。抽样定理指出，一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh，则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。通常将语音信号通过一个3400Hz低通滤波器（或通过一个300～3400Hz的带通滤波器），限制语音信号的最高频率为3400Hz，这样可以用频率大于或等于6800 Hz的样值序列来表示。语音信号的频谱和语音信号抽样频谱见图2.1.1和图2.1.2所示。从语音信号抽样频谱图可知，用截止频率为fh的理想低通滤波器可以无失真地恢复原始信号m(t)。
实际上，设计实现的滤波器特性不可能是理想的，对限制最高频率为3400Hz的语音信号，通常采用8KHz抽样频率。这样可以留出一定的防卫带（1200Hz），参见图2.1.3所示。当抽样频率fs低于2倍语音信号的最高频率fh，就会出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的话音质量，原理参见图2.1.4所示。 在抽样定理实验中，采用标准的8KHz抽样频率，并用函数信号发生器产生一个频率为fh的信号来代替实际语音信号。通过改变函数信号发生器的频率fh，
观察抽样序列和低通滤波器的输出信号，检验抽样定理的正确性。抽样定理实验各点波形见图2.1.5所示。
电路原理描述：
输入信号首先经过信号选择跳线开关K701，当K701设置在N位置时（左端），输入信号来自电话接口1模块的发送话音信号；当K701设置在T位置时（右端），输入信号来自测试信号。测试信号可以选择外部测试信号或内部测试信号，当设置在交换模块内的跳线开关KO01设置在1_2位置（左端）时，选择内部3.2KHz测试信号；当设置在2_3位置（右端）时选择外部测试信号，测试信号从J005模拟测试端口输入。抽样定理实验采用外部测试信号输入。运放U701A、U701B（TL084）和周边阻容器件组成一个3dB带宽为3400Hz的低通滤波器，用于限制最高的语音信号频率。信号经运放U701C缓冲输出，送到U703（CD4066）模拟开关。模拟开关U703（CD4066）通过抽样时钟完成对信号的抽样，形成抽样序列信号。信号经运放U702B（TL084）缓冲输出。运放U702A、U702C（TL084）和周边阻容器件组成一个3dB带宽为3400Hz的低通滤波器，用来恢复原始信号。跳线开关K702用于选择输入滤波器，当K702设置在F位置时（左端），送入到抽样电路的信号经过3400Hz的低通滤波器；当K702设置在NF位置时（右端），信号不经过抗混迭滤波器直接送到抽样电路，其目的是为了观测混迭现象。设置在交换模块内的跳线开KQ02为抽样脉冲选择开关：设置在H位置为平顶抽样（左端），平顶抽样是通过采样保持电容来实现的，且τ=Ts；设 置在NH为理想抽样
（右端），为便于恢复出的信号观测，此抽样脉冲略宽，近似于自然抽样。平顶抽样有利于解调后提高输出信号的电平，但却会引入信号频谱失真。通常在实际设备里，收端必须采用频率响应为的滤波器来进行频谱校准，抵消失真。这种频谱失真称为孔径失真。
该电路模块各测试点安排如下： 1、 TP701：输入模拟信号
2、 TP702：经滤波器输出的模拟信号 3、 TP703：抽样序列 4、 TP704：恢复模拟信号
四、实验步骤
准备工作：将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在NH位置（右端），将测试信号选择开关KO01设置在外部测试信号输入2_3位置（右端）。 1. 近似理想抽样脉冲序列测量
（1） 首先将输入信号选择开关K701设置在T（测试状态）位置，将低通滤波器选择开关K702设置在F（滤波位置），为便于观测，调整函数信号发生器正弦波输出频率为200～1000Hz、输出电平为2Vp-p的测试信号送入信号测试端口J005和J006（ 地） 。 （2） 用示波器同时观测正弦波输入信号（J005）和抽样脉冲序列信号（TP703），观测时以TP703做同步。调整示波器同步电平和微调调整函数信号发生器输出频率，使抽样序列与输入测试信号基本同步。测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。
图1 J005 图2 J005和TP703
结果分析：抽样脉冲信号的包络与正弦信号相对应，使得信号能够重建，但抽样脉冲信号由一个个的窄脉冲组成。
2. 理想抽样重建信号观测
TP704为重建信号输出测试点。保持测试信号不变，用示波器同时观测重建信号输出测试点和正弦波输入信号，观测时以J005输入信号做同步。
图3 TP704 与J005
结果分析：通道1为J005处信号波形，通道2为TP704处信号波形。可以观察到重建信号与输入信号相同，说明重建成功。
3. 平顶抽样脉冲序列测量
将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在H位置（左端）。方法同1测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与理想抽样测量结果做比较。
图4 平顶抽样J005与TP703
结果分析：通道1为J005处波形，通道2为TP703处波形。平顶抽样不同于理想抽样，理想抽样是对整个信号幅度抽样，而平顶抽样只对信号的包络线进行抽样，但也是由一个个抽样脉冲组成。
4. 平顶抽样重建信号观测
将交换模块内的抽样时钟模式开关KQ02设置在H位置（左端）。方法同2测量请同学自拟测量方案。记录测量波形，与理想抽样测量结果对比分析平顶抽样的测试结果。