通信原理三實(shí)驗(yàn)

1、大連東軟信息學(xué)院電子工程系學(xué)生實(shí)驗(yàn)報(bào)告課程名稱：_通訊原理_專業(yè)班級(jí)：_集成14002班_姓 名：_趙亮臣_學(xué) 號(hào)：- 學(xué)年第 學(xué)期實(shí)驗(yàn)報(bào)告注意事項(xiàng)1. 課前必須認(rèn)真預(yù)習(xí)實(shí)驗(yàn)，認(rèn)真書(shū)寫(xiě)預(yù)習(xí)報(bào)告，了解實(shí)驗(yàn)步驟，未預(yù)習(xí)或預(yù)習(xí)達(dá)不到要求的學(xué)生不準(zhǔn)參加實(shí)驗(yàn)； 2. 實(shí)驗(yàn)完畢，必須將結(jié)果交實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師進(jìn)行檢查，并將計(jì)算機(jī)正常關(guān)機(jī)、將儀器設(shè)備、用具及椅子等整理好，方可離開(kāi)實(shí)驗(yàn)室；3. 按照實(shí)驗(yàn)要求書(shū)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告，條理清晰，數(shù)據(jù)準(zhǔn)確；4. 當(dāng)實(shí)驗(yàn)報(bào)告寫(xiě)錯(cuò)后，不能撕毀，請(qǐng)?jiān)谙噙B的實(shí)驗(yàn)報(bào)告紙上重寫(xiě)；5. 實(shí)驗(yàn)報(bào)告嚴(yán)禁抄襲，如發(fā)現(xiàn)抄襲實(shí)驗(yàn)報(bào)告的情況，則抄襲者與被抄襲者該次實(shí)驗(yàn)以0分計(jì)；6.

2、 無(wú)故缺實(shí)驗(yàn)者，按學(xué)院學(xué)籍管理制度進(jìn)行處理； 7. 課程結(jié)束后實(shí)驗(yàn)報(bào)告冊(cè)上交實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)教師，并進(jìn)行考核與存檔。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目(三) 預(yù)習(xí)報(bào)告實(shí)驗(yàn)名稱抽樣定理實(shí)驗(yàn)?zāi)康募耙髮?shí)驗(yàn)?zāi)康牧私獬闃佣ɡ碓谕ㄐ畔到y(tǒng)中的重要性。掌握自然抽樣及平頂抽樣的實(shí)現(xiàn)方法。理解低通采樣定理的原理。理解實(shí)際的抽樣系統(tǒng)。理解低通濾波器的幅頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。理解低通濾波器的相頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。理解帶通采樣定理的原理。實(shí)驗(yàn)內(nèi)容及原理實(shí)驗(yàn)原理：1、實(shí)驗(yàn)原理框圖圖1-1 抽樣定理實(shí)驗(yàn)框圖2、實(shí)驗(yàn)框圖說(shuō)明抽樣信號(hào)由抽樣電路產(chǎn)生。將輸入的被抽樣信號(hào)與抽樣脈沖相乘就可以得到自然抽樣信號(hào)，自然抽樣的信號(hào)經(jīng)過(guò)保持電路得到平頂抽樣信

3、號(hào)。平頂抽樣和自然抽樣信號(hào)是通過(guò)開(kāi)關(guān)S1切換輸出的。抽樣信號(hào)的恢復(fù)是將抽樣信號(hào)經(jīng)過(guò)低通濾波器，即可得到恢復(fù)的信號(hào)。這里濾波器可以選用抗混疊濾波器（8階3.4kHz的巴特沃斯低通濾波器）或FPGA數(shù)字濾波器（有FIR、IIR兩種）。反sinc濾波器不是用來(lái)恢復(fù)抽樣信號(hào)的，而是用來(lái)應(yīng)對(duì)孔徑失真現(xiàn)象。要注意，這里的數(shù)字濾波器是借用的信源編譯碼部分的端口。在做本實(shí)驗(yàn)時(shí)與信源編譯碼的內(nèi)容沒(méi)有聯(lián)系。實(shí)驗(yàn)步驟：實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目一 抽樣信號(hào)觀測(cè)及抽樣定理驗(yàn)證概述：通過(guò)不同頻率的抽樣時(shí)鐘，從時(shí)域和頻域兩方面觀測(cè)自然抽樣和平頂抽樣的輸出波形，以及信號(hào)恢復(fù)的混疊情況，從而了解不同抽樣方式的輸出差異和聯(lián)系，驗(yàn)證抽樣定理。1、

4、關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：MUSIC模塊3：TH1(被抽樣信號(hào)) 將被抽樣信號(hào)送入抽樣單元 信號(hào)源：A-OUT模塊3：TH2(抽樣脈沖)提供抽樣時(shí)鐘模塊3：TH3(抽樣輸出) 模塊3：TH5(LPF-IN)送入模擬低通濾波器 2、開(kāi)電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】。調(diào)節(jié)主控模塊的W1使A-out輸出峰峰值為3V。3、此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：被抽樣信號(hào)MUSIC為幅度4V、頻率3K+1K正弦合成波。抽樣脈沖A-OUT為幅度3V、頻率9KHz、占空比20%的方波。4、實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。（1）觀測(cè)并記錄自然抽樣前后的信號(hào)波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)S13#為

5、“自然抽樣”檔位，用示波器分別觀測(cè)MUSIC主控&信號(hào)源和抽樣輸出3#。（2）觀測(cè)并記錄平頂抽樣前后的信號(hào)波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)S13#為“平頂抽樣”檔位，用示波器分別觀測(cè)MUSIC主控&信號(hào)源和抽樣輸出3#。（3）觀測(cè)并對(duì)比抽樣恢復(fù)后信號(hào)與被抽樣信號(hào)的波形：設(shè)置開(kāi)關(guān)S13#為“自然抽樣”檔位，用示波器觀測(cè)MUSIC主控&信號(hào)源和LPF-OUT3# ，以100Hz的步進(jìn)減小A-OUT主控&信號(hào)源的頻率，比較觀測(cè)并思考在抽樣脈沖頻率多小的情況下恢復(fù)信號(hào)有失真。（4）用頻譜的角度驗(yàn)證抽樣定理（選做）：用示波器頻譜功能觀測(cè)并記錄被抽樣信號(hào)MUSIC和抽樣輸出頻譜。以100Hz

6、的步進(jìn)減小抽樣脈沖的頻率，觀測(cè)抽樣輸出以及恢復(fù)信號(hào)的頻譜。（注意：示波器需要用250kSa/s采樣率（即每秒采樣點(diǎn)為250K），F(xiàn)FT縮放調(diào)節(jié)為×10）。 注：通過(guò)觀測(cè)頻譜可以看到當(dāng)抽樣脈沖小于2倍被抽樣信號(hào)頻率時(shí)，信號(hào)會(huì)產(chǎn)生混疊。實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目二 濾波器幅頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響概述：該項(xiàng)目是通過(guò)改變不同抽樣時(shí)鐘頻率，分別觀測(cè)和繪制抗混疊低通濾波和fir數(shù)字濾波的幅頻特性曲線，并比較抽樣信號(hào)經(jīng)這兩種濾波器后的恢復(fù)效果，從而了解和探討不同濾波器幅頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。1、測(cè)試抗混疊低通濾波器的幅頻特性曲線。（1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：A-OUT模塊

7、3：TH5(LPF-IN)將信號(hào)送入模擬濾波器（2）開(kāi)電，設(shè)置主控模塊，選擇【信號(hào)源】【輸出波形】和【輸出頻率】，通過(guò)調(diào)節(jié)相應(yīng)旋鈕，使A-OUT主控&信號(hào)源輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。（3）此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：抗混疊低通濾波器的輸入信號(hào)為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。用示波器觀測(cè)LPF-OUT3#。以100Hz步進(jìn)減小A-OUT主控&信號(hào)源輸出頻率，觀測(cè)并記錄LPF-OUT3#的頻譜。記入如下表格：A-OUT頻率/Hz基頻幅度/V5K4.5K3.4K3.0K由上述表格數(shù)據(jù)，畫(huà)出模擬低通濾波器幅頻特性曲線。思考：對(duì)于3.4KHz低通濾波

8、器，為了更好的畫(huà)出幅頻特性曲線，我們可以如何調(diào)整信號(hào)源輸入頻率的步進(jìn)值大??？2、測(cè)試fir數(shù)字濾波器的幅頻特性曲線。（1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：A-OUT模塊3：TH13(編碼輸入)將信號(hào)送入數(shù)字濾波器（2）開(kāi)電，設(shè)置主控菜單：選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR濾波器】。調(diào)節(jié)【信號(hào)源】，使A-out輸出頻率5KHz、峰峰值為3V的正弦波。（3）此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：fir濾波器的輸入信號(hào)為頻率5KHz、幅度3V的正弦波。（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。用示波器觀測(cè)譯碼輸出3#，以100Hz的步進(jìn)減小A-OUT主控&信號(hào)源的頻率。觀測(cè)并記錄譯碼輸

9、出3#的頻譜。記入如下表格：A_out的頻率/Hz基頻幅度/V5K4K3K2K.由上述表格數(shù)據(jù)，畫(huà)出fir低通濾波器幅頻特性曲線。思考：對(duì)于3KHz低通濾波器，為了更好的畫(huà)出幅頻特性曲線，我們可以如何調(diào)整信號(hào)源輸入頻率的步進(jìn)值大?。?、分別利用上述兩個(gè)濾波器對(duì)被抽樣信號(hào)進(jìn)行恢復(fù)，比較被抽樣信號(hào)恢復(fù)效果。（1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線：源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：MUSIC模塊3：TH1(被抽樣信號(hào))提供被抽樣信號(hào)信號(hào)源：A-OUT模塊3：TH2(抽樣脈沖)提供抽樣時(shí)鐘模塊3：TH3(抽樣輸出)模塊3：TH5(LPF-IN)送入模擬低通濾波器模塊3：TH3(抽樣輸出)模塊3：TH13(編碼輸入

10、)送入FIR數(shù)字低通濾波器（2）開(kāi)電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR濾波器】。調(diào)節(jié)W1主控&信號(hào)源使信號(hào)A-OUT輸出峰峰值為3V左右。（3）此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：待抽樣信號(hào)MUSIC為3K+1K正弦合成波，抽樣時(shí)鐘信號(hào)A-OUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。對(duì)比觀測(cè)不同濾波器的信號(hào)恢復(fù)效果：用示波器分別觀測(cè)LPF-OUT3#和譯碼輸出3#，以100Hz步進(jìn)減小抽樣時(shí)鐘A-OUT的輸出頻率，對(duì)比觀測(cè)模擬濾波器和FIR數(shù)字濾波器在不同抽樣頻率下信號(hào)恢復(fù)的效果。（頻率步進(jìn)可以根據(jù)實(shí)驗(yàn)需求自行設(shè)置。）思考：不同濾波器的幅頻特性對(duì)

11、抽樣恢復(fù)有何影響？實(shí)驗(yàn)項(xiàng)目三 濾波器相頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。概述：該項(xiàng)目是通過(guò)改變不同抽樣時(shí)鐘頻率，從時(shí)域和頻域兩方面分別觀測(cè)抽樣信號(hào)經(jīng)fir濾波和iir濾波后的恢復(fù)失真情況，從而了解和探討不同濾波器相頻特性對(duì)抽樣信號(hào)恢復(fù)的影響。1、觀察被抽樣信號(hào)經(jīng)過(guò)fir低通濾波器與iir低通濾波器后，所恢復(fù)信號(hào)的頻譜。（1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：MUSIC模塊3：TH1(被抽樣信號(hào))提供被抽樣信號(hào)信號(hào)源：A-OUT模塊3：TH2(抽樣脈沖)提供抽樣時(shí)鐘模塊3：TH3(抽樣輸出)模塊3：TH13(編碼輸入)將信號(hào)送入數(shù)字濾波器（2）開(kāi)電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】【

12、通信原理】【抽樣定理】。調(diào)節(jié)W1主控&信號(hào)源使信號(hào)A-OUT輸出峰峰值為3V左右。（3）此時(shí)實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)初始狀態(tài)為：待抽樣信號(hào)MUSIC為3K+1K正弦合成波，抽樣時(shí)鐘信號(hào)A-OUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。a、觀測(cè)信號(hào)經(jīng)fir濾波后波形恢復(fù)效果：設(shè)置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】【FIR濾波器】；設(shè)置【信號(hào)源】使A-OUT輸出的抽樣時(shí)鐘頻率為7.5KHz；用示波器觀測(cè)恢復(fù)信號(hào)譯碼輸出3#的波形和頻譜。b、觀測(cè)信號(hào)經(jīng)iir濾波后波形恢復(fù)效果：設(shè)置主控模塊菜單，選擇【抽樣定理】【IIR濾波器】；設(shè)置【信號(hào)源】使A-OUT輸出的抽樣時(shí)鐘頻率為7.5KHz；用

13、示波器觀測(cè)恢復(fù)信號(hào)譯碼輸出3#的波形和頻譜。c、探討被抽樣信號(hào)經(jīng)不同濾波器恢復(fù)的頻譜和時(shí)域波形：被抽樣信號(hào)與經(jīng)過(guò)濾波器后恢復(fù)的信號(hào)之間的頻譜是否一致？如果一致，是否就是說(shuō)原始信號(hào)能夠不失真的恢復(fù)出來(lái)？用示波器分別觀測(cè)fir濾波恢復(fù)和iir濾波恢復(fù)情況下，譯碼輸出3#的時(shí)域波形是否完全一致，如果波形不一致，是失真呢？還是有相位的平移呢？如果相位有平移，觀測(cè)并計(jì)算相位移動(dòng)時(shí)間。注：實(shí)際系統(tǒng)中，失真的現(xiàn)象不一定是錯(cuò)誤的，實(shí)際系統(tǒng)中有這樣的應(yīng)用。2、觀測(cè)相頻特性（1）關(guān)電，按表格所示進(jìn)行連線。源端口目標(biāo)端口連線說(shuō)明信號(hào)源：A-OUT模塊3：TH13(編碼輸入)使源信號(hào)進(jìn)入數(shù)字濾波器（2） 開(kāi)電，設(shè)置主控菜單，選擇【主菜單】【通信原理】【抽樣定理】【FIR濾波器】。（3） 此時(shí)系統(tǒng)初始實(shí)驗(yàn)狀態(tài)為： A-OUT為頻率9KHz、占空比20%的方波。（4）實(shí)驗(yàn)操作及波形觀測(cè)。對(duì)比觀測(cè)信號(hào)經(jīng)fir濾波后的相頻特性：設(shè)置【信號(hào)源】使A-OUT輸出頻率為5KHz、峰峰值為3V的正弦波；以100Hz步進(jìn)減小A-OUT輸出頻率，用示波器對(duì)比觀測(cè)A-OUT主控&信號(hào)源和譯碼輸出3#的時(shí)域波形。相頻特性測(cè)量就是改變信號(hào)的頻率，測(cè)輸出信號(hào)的延時(shí)（時(shí)域上觀測(cè)）。記入如下表格：A-OUT的頻率/Hz被抽樣信號(hào)與恢復(fù)信號(hào)