东南大学信息学院-系统实验(通信组)-第一次实验.docx

东南大学信息学院-系统实验(通信组)-第一次实验

信源编译码实验

抽样定理告诉我们：如果对某一带宽有限的模拟信号进行抽样，且抽样速率达到一定的数值时，那么根据这些抽样值就可以准确地还原信号。也就是说传输模拟信号的采样值就可以实现模拟信号的准确传输。电路图可以看出，抽样脉冲先对原始信号进行自然或者平顶抽样，将得到的抽样信号进行传输到接收端，接收端进行滤波即可恢复到原始波形，但是要注意，满足抽样脉冲的频率大于等于原始信号的两倍才可以准确恢复。

5.2自然抽样验证

各参数的设置如下：
信号类型
频率
幅度
占空比
原始信号
2000Hz
20
/
抽样信号
8000Hz
/
4/8

2K正弦波
3K
2K
1.5倍抽样脉冲

2K正弦波
4K
2K
2倍抽样脉冲

2K正弦波
8K
2K
4倍抽样脉冲

2K正弦波
16K
2K
8倍抽样脉冲

当原始信号频率保持2k不变时，抽样脉冲的频率从3k到16k变化时，我们可以看出，当抽样脉冲频率小于4k取样信号的频谱发生混叠，无法准确的恢复出原始信号，但是当频率大于4k时将不会发生混叠，随着频率增大，恢复的越来越好。

1K三角波
16K
2K
复杂信号恢复

1K三角波
16K
6K
复杂信号恢复

对于三角波来说，三角波的频域是无限扩展的，所以一定要选取远大于奈奎斯特采样频率才可以较准确的恢复出原始信号，当然还会有混叠，所以无法真正的恢复出原始信号。从中可以看出，虽然恢复出了原始信号，但是仍有一定的失真。从频谱图也可以看出，出现一定的混叠。

5.3频谱混叠现象验证

设置原始信号为：“正弦”，1000hz，幅度为20；设置抽样脉冲：频率：8000hz，占空比：4/8（50%）；恢复滤波器截止频率：2K
信号类型
频率
幅度
占空比
原始信号
1000Hz
20
/
抽样信号
8000Hz
/
4/8
使用示波器观测原始信号3P2，恢复后信号6P4。当3P2为6k时，记录恢复信号波形及频率；当3P2为7k时，记录恢复信号波形及频率；记录3P2为不同情况下，信号的波形，并分析原因，其是否发生频谱混叠？
原始信号
恢复信号
6k
2k

原始信号
恢复信号
7k
2K

当信号频率为6k、7kHz时，都超出抽样频率8k*1/2=4k，因此会发生频谱混叠。经过2k低通滤波器之后，高频分量被去掉，所以基本恢复为2k正弦波。但是通频带之内仍然有低频的杂波分量，所以信号的毛刺比较明显。

5.4抽样脉冲占空比恢复信号影响

设置原始信号为：“正弦”，1000hz，幅度为20；设置抽样脉冲：频率：8000hz，占空比：4/8（50%）；恢复滤波器截止频率：2K
信号类型
频率
幅度
占空比
原始信号
1000Hz
20
/
抽样信号
8000Hz
/
4/8
维持原始信号不变，不断改变占空比记录波形如下：
占空比

第一个零点
1/8

64k
2/8

32k
4/8

16k
从图中可以看出，第一个过零点的值为抽样频率乘以占空比的倒数，也就是说当占空比增大时，第一个过零点的值逐渐减小，另外占空比越大，恢复的信号幅度越大，这是因为占空比越大使得发送的信号功率越大。

5.5 平顶抽样验证
(1). 修改参数进行测量
通过实验框图上的“原始信号”、“抽样脉冲”按钮，设置实验参数；如：设置原始信号为：“正弦”，1000hz，幅度为20；设置抽样脉冲：频率：8000hz，占空比：4/8（50%）；
(2). 对比自然抽样和平顶抽样频谱
使用示波器的FFT功能或频谱仪观测抽样后信号3P6。在实验框图上通过“切换开关”，选择到“自然抽样”功能，观察并记录其频谱；切换到“平顶抽样”，观察并记录器频谱。
自然抽样
平顶抽样

PCM编译码实验
5.2 PCM编码原理验证
抽样脉冲信号以及输出时钟信号图如下：

从图中我们可以看出来，抽样脉冲宽度是输出时钟宽度的两倍，同时频率是它的1/8，同步沿为下降沿。

PCM编码输出数据与抽样脉冲信号的关系图如下：

从图中可以看出，1次抽样8位编码输出，在抽样脉冲下降沿同步，编码输出与输出时钟同步。

液晶屏上观测PCM编码

六、实验报告
描述PCM编码串行同步接口的时序关系。
3.填下下表，并画出PCM的频响特性：
输入频率（Hz）
200
500
800
1000
2000
3000
3400
3600
输出幅度（V）
2.06
2.82
2.92
2.96
2.96
2.94
2.48
0.86
4.填下下表，并画出PCM的动态范围：
输入幅度（V）
0.001
0.01
0.1
1
2
3
4
5
输出幅度（V）
-
-
0.35
1.62
2.86
4.40
5.00
5.04

增量调制（cvsd）编译码验证
CVSD的过载观测
输入信号
频率
正常情况下，增量调制本地译码信号和原始信号会有“跟随效果”，即原始信号和本地译码信号会有同样的变化规律。但是当量阶过小，或者本地信号幅度变化太快，则会出现本地译码跟随不了原始信号的情况，即过载量化失真。在实验中，尝试逐渐增大原始信号的幅度，观察过载量化失真现象。观察过载量化失真是：增量调制编码器输出交替的长连“1”、 长连“0”码现象。
时钟速率(KHz)

400
800
1200
1600
2000
2400
2800
3000
3400
64KHz
60
54
40
32
30
27
28
26
26
32KHz
41
28
25
22
15
14
12
7
7
固定时钟频率下：随着输入信号的频率增大，临界过载电平减小，这是合理的，因为当频率过高，原始信号变化更快，编码跟踪变难。
当固定输入信号频率时，时钟频率降低，临界过载电平也相应减少，这是因为时钟降低导致编码速率降低以至于无法准确跟踪信号的变化。

编码时钟对编码系统的影响
编码时钟频率越大，恢复信号越准确。

5.7 增量调制编译码系统频率响应测量
输入频率(Hz)
200
500
800
1000
2000
3000
3400
3600
输入幅度(V)
2
2
2
2
2
2
2
2
输出幅度(V)
1.26
1.64
1.65
1.71
1.74
1.81
1.53
0.62

5.8 测量系统的最大信噪比
(1). 设置“原始信号”为：“正弦”，1000hz，用示波器观察比较“本地译码”与“模拟输入”的波形，在编码器临界过载的情况下，测量系统的最大信噪比。
实际工作时，通常采用失真度仪来测量最大信号量化噪声比。因为失真度与信噪比互为倒数，所以当用失真度仪测出失真度为x值时，取其倒数1/x即为信噪比，即失真度= x，则S/Nq = 1/x或（S/Nq ）= 20lg（1/x）dB 。
速率
测量
结果
编码
电平

Am0(V)失真度(x%)
[S/Nq]max(dB)
64KHz
3.5%
29.12
32KHz
5.0%
26.02