一个频带受限信号m(t)，如果它的最高频率为fh(即m(t)的频谱中没有fh以上的分量)，可以唯一地由频率等于或大于2fh的样值序列所决定。因此，对于一个最高频率为3400hz的语音信号m(t)，可以用频率大于或等于6800hz的样值序列来表示。

实际上考虑到低通滤波器特性不可能理想，对最高频率为3400HZ的语音信号，通常采用8KHZ抽样频率，这样可以留出1200HZ的防卫带。

在验证抽样定理的实验中，用单一频率fh的正弦波来代替实际的语音信号。采用标准抽样频率fs＝8KHZ，改变音频信号的频率fh，分别观察不同频率时，抽样序列的低通滤波器的输出信号，理解抽样定理。

2、多路脉冲调幅（信号的形成和解调）

在图1.1中（附本章后），连接测试孔8和11、13和14后就构成了多路脉冲调幅实验电路。

将在时间上连续的语音信号经脉冲抽样形成时间上离散的脉冲调幅信号。 n路抽样脉冲在时间上是互不交叉、顺序排列的，各路的抽样信号在多路汇接的公共负载上相加便形成合路的脉冲调幅信号。

本实验的分路选通脉冲直接利用该路的分路抽样脉冲经适当延迟获得。接收端的选通电路也采用结型场效应为晶体管作开关元件，但输出负载不是电阻而不是电容。类似于平顶抽样的电路是为了解决PAM解调信号的幅度问题。由于时分多路的需要，分路脉冲的宽度ts是很窄的。当占空比为τs/Ts的脉冲通过话路低通滤波器后，低通滤波器输出信号的幅度很小。这样大的衰减带来的后果是严重的，但是，在分路选通后加入保持电容，可使分路后的PAM信号展宽到100%的占空比，从而解决信号幅度衰减过大的问题，但平顶抽样将引起固有的频率失真。

PAM信号在时间上是离散的，但在幅度上是连续的。而在PCM系统里，PAM信号只有在被量化和编码后才有传输的可能。本实验仅提供一个PAM系统的简单模式。

3、多路脉冲调幅系统中的路际串话

在一个理想的传输系统中，各路PAM信号应是严格地在本路时隙中的矩形脉冲。但如果传输PAM信号的通道频带是有限的，则PAM信号就会出现“拖尾”的现象，当“拖尾”严重，以至侵入邻路时隙时，就产生了路际串话。

三、实验仪器

双踪同步示波器　　　　　　　　一台

数字频率计　　　　　　　　　　一台

低频信号发生器　　　　　　　　一台

毫伏表　　　　　　　　　　　　一台

直流稳压电源　　　　　　　　　一台

PAM教学实验箱　　　　　　　一台

四、实验内容

在实验箱中使用了7805，7905各7812芯片来保护实验板电子元器件，电路板上标着

＋5V，－5V，＋12V的电源输入端应输入+7V，-7V，+14V的电源。

（一）、抽样和分路脉冲的形成

用示波器和频率计观察并记录各脉冲信号的频率、波形及脉冲宽度。

1、在测试点1处观察主振脉冲信号；

2、在测试点6处观察分路抽样脉冲（1-1）（8KHZ）

3、在测试点7处观察分路抽样脉冲（2-1）（8KHZ）

（二）、验证抽样定理

1、正弦信号从测试孔4输入，fh<3KHZ,幅度约2Vp-p。

2、以测试点4的信号作双踪同步示波器的同步信号，观察测试点8－抽样后形成的PAM信号。把输入信号调整到合适的频率上，使PAM信号在示波器上显示稳定，计算在一个信号周期内的抽样次数，核对信号频率与抽样频率的关系。

3、连接测试孔8－14，在测试点15观察经低通滤波器和放大器的解调信号，测量其频率确定和输入信号的关系。

4、改变Fh, Fh=6KHZ,重复2、3项内容。

（三）、PAM信号的形成和解调

连接测试孔8－11、13－14、2－12，观察并画出以下各点的波形。

1、在测试孔4输入的正弦信号　，Fh<3HZ,幅度1.5 Vp-p。

2、以测试孔4处的信号作为比踪同步示波器的同步信号，在测试点8处观察单路PAM信号。

3、在测试点13处观察选通后的单路解调展信号。用示波器读出τ的宽度。

4、在测试点15处观察经低通滤波器放大后的音频信号。

5、改变输入正弦信号的频率（fmax≤2.4KHZ），在测试点15处测量整个系统的频率特性。

（四）、多路PAM系统中的路际串话现象

接通测试孔3－12，即接入分路选通脉冲（2－2）。

1、在测试孔4处输入的正弦信号，fh≤3KHZ。

2、在测试点15处观察第一路串入第二路的信号，用示波器观察并测量其频率和幅度。

3、连接测试孔8－9、10－11，将开关K置于电容C11处，重复1、2项的内容，并与之比较。

4、将开关K置于电容C12处，重复1、2项的内容，并与2、3项的结果比较。

五、实验报告

1、整理实验数据，画出相应的曲线和波形。

2、本实验在测试点8和13处得到的是哪一类抽样波形？从理论上对理想抽样、自然抽样和平顶抽样进行对比和说明。

3、对实验内容（二）进行讨论。当fs>2fh和fs<2fh时，低通滤波器输出的波形是什么？试总结一般规律。

4、实验内容（四）中的2、3、4项内容有什么区别？分析影响串话的主要因素。根据本实验电路的元件数据计算信道上的截止频率。

5、对改进实验内容和电路有什么建议？

实验二　　增量调制（ΔM）编译码实验

一、实验目的

1、了解语音信号的ΔM编码过程；

2、 ΔM验证的编译码原理；

3、了解ΔM编译码专用集成电路的基本工作原理、外部电路设计原则和一般使用方法；

4、了解语音信号数字化技术的主要指标，学习对这些技术指标的测试方法。

二、实验原理及电路说明

单片ΔM编译码系统组成的方框图如图2.1所示，它由定时部分、ΔM编译码器及收、发滤波器组成的。

图2.1 ΔM编译码系统框图

（一）单片ΔM编译码器

1、MC3418简介

MC3418是MOTOLOLA公司生产的通信专用集成电路，它是数字检测音节压扩增量编译码器。是由模拟输入放大器、数字输入运算放大器、电压/电流转换运算放大器、极性开关、工作选择开关和数字检测（移位寄存器和逻辑电路）等部分构成的。

2、单积分电路

MC3418内部只有积分运算放大器，为完成本地译码过程，需要外接一个网络。用户可以根据自己的需要用外接RC网络，该网络可接成单积分、双积分、Δ－∑等电路。本实验给出一种单积分电路的实例。

3、音节平滑滤波器

MC3418只具有数字检测功能，为实现压扩作用还需要一外接网络。用户可根据需要接成线性压扩、非线性压扩、复杂推迟压扩等各种形式。

(二)定时电路

MC3418　器所需的定时脉冲由定时部分提供，为模拟一个实际的时分多路系统的工作状态，定时部分可给出2048KHZ及8路32KHZ的定时。为确保收、发同步，本实际系统的编码部分共用一个定时源，这是有别于实际情况的。

三、实验仪器

音频信号发生器　　　　　　　　一台

毫伏计　　　　　　　　　　　　一台

直流稳压电源　　　　　　　　　一台

双踪同步示波器　　　　　　　　一台

数字频率计　　　　　　　　　　一台

ΔM实验箱　　　　　　　　　　一台

四、实验内容

在实验箱中使用了7805，7905和7812芯片来保护实验板电子元器件，电路板上标着+5V，-5V，+12V的电源输入端应输入+7V，-7V，+14V的电源。

1、时钟部分

主振频率为4096KHZ，经分频后得到2048KHZ的定时，再经分频分相后得到8路32KHZ的定时。用示波器在测试点1处观察主振波形，用频率计测量其频率。在测试点2和3处观察并测量2048KHZ和32KHZ定时。

2、发滤波器

在测试孔INPUT处输入频率为800KHZ、幅度为2Vp-p的音频信号；在测试点5处观察输入信号，在测试点6处观察输出信号，记下它们的幅度和波形。

3、ΔM编码器

测试点6处观察经发送滤波器限带后输入编码器的音频信号；在测试点7处观察本地译码信号；在测试点8处观察编码输出的数字信号（幅度约为5Vp-p）；以音频信号作为同步信号，观察信码的变化规律；过零处有连“0”或连“1”码型出现，对应正弦波的波峰和波谷处应有“0”、“1”交替码型出现。

4、ΔM译码器

用短线连接测试孔8-9，即将编码信号送入译码器。在测试孔9处观察输出译码器的编码信号，在测试点12观察译码器输出的模拟信号，画出波形。

5、接收滤波器

在测试点12观察滤波器的输入信号，在测试点10观察滤波器输出的模拟信号，记下它们的波形和幅度。

6、系统性能测试

系统性能有三项指标：动态范围、信噪比和频率特性。

动态范围

在满足一定信噪比（S/N）条件下，编译码系统所对应于800HZ（或1000HZ）音频信号的幅度范围定义为动态范围。ΔM编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5 Vp-p（注意：信号要由小至大调节），观察此时的波形，然后逐渐减小输入信号幅度，找出波形失真变化规律。

信噪比特性

在上一项测试中选择出最佳编码电平（S/N最高）。在此电平下观察不同频率下的波形，找出其失真变化的规律。

频率特性

选一合适的输入电平，改变输入信号的频率，频率范围从50HZ到4000HZ，在测试点11处毫伏表测量译码输入信号的电压值。

五实验报告

4、整理实验记录，画出相应的曲线和波形。

5、集成化ΔM编译码系统由哪些部分构成？各部分的作用是什么？

6、设想临界过载时本地译码信号和信码信号的形状，试画出它们的波形。

7、什么叫数字检测音节压扩的可变斜率？在本实验中是如何实现的？

8、积分电路的设计原则是什么？

9、对改进实验内容和电路有什么建议？

实验三　　脉冲编码调制（PCM）实验

一、实验目的

1、了解语音信号编译码的工作原理；

2、验证PCM编译码原理；

3、初步了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用；

4、了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法。

二、实验原理及电路说明

PCM编译码系统由定时部分和PCM编译码器构成，电路原理图如图3.1所示（位于本章后）。

1、PCM编译码

为适应语音信号的动态范围，实用的PCM编译码必须是非线性的。目前，国际上采用的均是折线近似的对数压扩特性。ITU－T的建议规定以13段件线近似的A律（A＝87.56）和15段折线近似的μ律（μ＝255）作为国际标准。

2、PCM编译码器

鉴于我国国内采用的是A律量化特性，因此本实验采用TP3067专用大规模集成电路，它是CMOS工艺制造的单片PCM　A律编译器，并且片内带输入/输出话路滤波器。

3、定时部分

TP3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只需要主时钟2.048MHZ和8KHZ帧定时信号。

为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分共用一个定时源，以确保发收时隙的同步。在实际的PCM数字电话设备中，必须有一个同步系统来保证发收同步的。

三、实验仪器

双踪同步示波器　　　　　　　一台

数字频率计　　　　　　　　　一台

低频信号发生器　　　　　　　一台

毫伏表　　　　　　　　　　　一台

直流稳压电源　　　　　　　　一台

PCM实验箱　　　　　　　　　一台

四、实验内容

在实验箱中使用了7805和7905芯片来保护实验板电子元器件，电路板上标着+5，-5V的电源输入端应输入+7V，-7V的电源。

1、时钟部分

主振频率为4096KHZ，经分频后得到2048KHZ的位定时和128KHZ的定时，再经分频分相后得到8KHZ的主同步时钟和帧时钟，用示波器在测试点1观察主振波形，用频率计测量其频率。同样在测试点2、3和4观察并测量其它时钟信号。

2、 PCM编译码器

音频信号从测试点5′∽5（其中5为GND）输入，在测试点可观察到PCM编码输出的码流。连接测试孔6-7，则在测试点8可观察到经译码和经过低通滤波器恢复出的音频信号。

3、系统性能测试

系统性能测试有三项指标，即：动态范围、信噪比特性和频率特性。

1）动态范围

在满足一定信噪比（S/N）条件下，编译码系统所对应的音频信号的幅度范围定义为动态范围，通常规定音频信号频率为800HZ（或1000HZ），动态范围应大于ITU－T建议的框架（样板值）。PCM编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V，为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5 Vp-p（注意：信号要由小至大调节），观察此时的波形，然后逐渐减小输入信号幅度，观察波形失真变化规律。

2）信噪比特性

在上一项测试中选择出最佳电平（S/N最高），在此电平下观察不同频率下的输出波形，并找出其失真变化的规律。

3)频率特性

选择一合适的输入电平，改变输入信号的频率，在测试点8处逐频率点测出译码输出信号的电压值。

五实验报告

1、整理实验记录，画出相应的曲线和波形。

2、PCM编译码系统由哪些部分构成？各部分的作用是什么？

3、对PCM和ΔM系统的系统性能进行比较，总结它们各自的特点。

4、在实际的通信系统中收端（译码）部分的定时信号是怎样获取的？

5、对改进实验有什么建议？

实验四　　移频键控（FSK）

一、实验目的：

1、掌握FSK调制原理及其实现方法；

2、掌握FSK解调原理及其实现方法；

3、掌握位同步的作用及其提取方法；

4、了解数据传输系统中不可缺少的一个环节－码再生。

二实验原理及电路说明

实验电路的总方框图如图4.1所示。

图4.1 FSK实验系统方框图

实验电路分成FSK发送（调制）和FSK接收（解调）两部分（合装在一个实验架上）。左边为FSK发送部分，包括主：方波源、分频器、M序列发生器、调制器、驱动器等；右边为FSK接收部分，包括过零检测、判决、位同步、码再生等。

1、多谐振荡器

本实验系统的时钟源为一多谐振荡器，提供FSK的载波和信码的定时信号，振荡频率为11800HZ，可以用W1微调振荡器的输出信号的频率。

信码由四级移位寄存器组成的M序列发生器提供。M序列发生器的形成长度为2⁴-1=15，其信码定时是方波源输出信号经20分频得到，码率约为600bit/s。

2、调制器

调制器为全数字的可变分频比的分频链。

由于调制输出的信号为方波，所含频率成分非常丰富，要占据较宽的信道频带，所以在实际工程中为了节省频带，在调制信号送入信道前，只取基频分量，所以在调制器后要接有一带通滤波器，中心频率为两个轼频的平均值，而且要求滤波器的通带性能要对称。

3、过零检测

在实验系统的接收端对FSK信号的解调用过零检测方法实现，数字调频波的过零点随载频而异。如本实验，信码为“1”时，载频为2950HZ，过零点为2950×2个秒。因此只要检出过零点数就可以得到关于频率差异的信息，这就是过零检测的基本思路。

4、位同步

在数据传输设备的接收端，位同步是码再生必需的信号，而在数字通信中，常常在发送信号中不发送导频或位同步信号，这就要求接收端必须从数字信号中提取位同步。本实验中采用直接从数字信号中滤波提取同步的方法来提取位同步信息，

5、码再生

从过零检测低通滤波器输出的信号，必须进行码再生才能恢复出和发端相同的非归零信码。码再生电路用一比较器对解调获得的基带信号进行零电平判决，再由一触发器对判决信号进行抽样再生。所不同的是，这种码元定时是由位同步提供的，这样，解调、同步和码再生就组成了一个较完整的数字通信接收系统。

三实验仪器及设备

双踪同步示波器　　　　　　　一台

数字频率计　　　　　　　　　一台

双路直流稳压电源　　　　　　一台

万用表　　　　　　　　　　　一台

FSK实验箱　　　　　　　　　一台

四实验内容

在实验箱中使用了7805，7905和7812芯片来保护实验板电子元器件，电路板上标着+5V，-5V，+12V的电源输入端应输入+7V，-7V，+14V的电源。

1、方波源

方波源为多谐振荡器，振荡频率约为11800HZ，可以通过调制W1来调整频率，可从测试点1.1（测试点的位置可以参考在本章后的图4.5）观看波形，测量频率。

2、可变分频比的分频链

可变分频比的分频链由多级D触发器加以适当的控制电路构成，使信码是“1”时为4分频，当信码是“0”时为8分频。改变信码输入的连接点“K-M”、“K－1”、“K－0”可于1.8观察或测量得分频后的波形频率，“K－0”相连就为“0”输入。“K－1”连接时为“1”码输入，“K－M”相连为信码输入。当接成信码输入时，可以在测试点1.8测得平均频率：FSK的载波频率。1.8端输出的信号为对称方波。

3、码定时分频链及M序列发生器

这两部分是为了向FSK提供调制信码而设置的，码定时分频链的五级D触发器组成20分频电路，所以在测试点1.4端可测得频率约为592HZ的对称方波。M序列发生器为四级D触发器组成的最长线性反馈移位寄存器，形成

位的伪随机序列。在测试点1.5端可看到这个M序列。

以上为FSK发送部分的实验内容，FSK接收部分，包括以下内容：

4限幅放大器

幅放大器是为了把输入信号变换成方波以取得过零点信息，这里采用通用的电压比较器LM311来作过零再生，因此在测试点2.1端可得到方波。

5、微分整流

为了得到过零点信息，采用微分整流的方法。在测试点2.2可观看到过零脉冲国，每个过零点对应一个脉冲。

6、展宽

把过零点的窄脉冲展宽形成具有一定宽度的脉冲。本实验中采用单稳态形成。在测试点2.3可以见到　与过零点对应的宽脉冲。

7、有源低通

本实验用有源低通滤波器把过零信息中的基带信号提取出来。从测试点2.4可以看到恢复出来的基带信号。如果利用码定时作同步，可看到眼图。

8、判决、微分整流

这部分电路的原理与4、5项相同，目的在于提取基带信号中的过零点信息，在测试点2.5可观看到这些过零点脉冲。

9、有源带通

基带信号为不归零的脉冲，不含位同步信息，经过上述8项变换后，就得到了含有位同步信息的脉冲，有源带通是为了把位同步信息取出来，由于单T有源的Q值还不够高，因此输出的正弦波相对于信码的连“1”连“0”处，出现衰减振荡，但不影响恢复同步脉冲，因其后的形成电路也采用零点形成。

10、延迟、抽样

为使位同步对解调信号的抽样获得良好效果，必须使位同步脉冲的跳变沿避开解调信号的跳变沿，因此要对同步脉冲进行延迟。本实验采用两级积分延迟电路以满足要求。抽样用D触发器完成，最后输出信码为2⁴-1=15伪随机序列，可以从测点2.10看到输出信码，与发信码相参照，应无误。

五、实验报告

1、整理实验数据、波形。

2、简单描述FSK系统的组成及各部分的作用。

3、实现FSK调制和解调是否还有别的办法？

4、试估算本实验调制器后的带通滤波器的通带应多宽？

5、为什么利用FSK波形的过零点可检测出信码来？

6、从信码中直接提取同步是如何使信码变换成含有位同步信息的？

7、通过本实验还有什么收获和体会？

实验五（PSK）移相键控实验

一、实验目的：

1、了解M序列的性能，掌握其实现方法及其应用；

2、了解2PSK系统的组成，验证其调制解调原理；

3、验证同步解调的又一方式----同向正交环（或称Costas环）的工作原理；

4、学习集成电路压控振荡器的应用；

5、学习2PSK系统主要性能指标的测试方法。

二、实验原理及电路说明

移相键控实验电路由以下部分组成：(如本章后电路图5.1 5.2所示)

（一）调制

1.M序列发生器

2.调相电路

3.差分编码器

（二）解调

1.同相正交环电路

2.集成电路压控振荡器

3.差分译码器

三、实验仪器

高频信号发生器一台

直流稳压电源一台

双踪同步示波器一台

数字频率计一台

PSK试验箱一台

四、实验内容

在实验箱中使用了7805，7905和7812芯片来保护实验板电子元器件，电路板上标着+5V，–5V、+12V的电源输入端应输入+7V，–7V、+14V的电源。

1、 M序列发生器

设初始状态为10000，试列表写出一个周期的M序列。把列表的结果与实验结果相比较，以测试点1处信号为同步信号，观察并记录测试点2处的波形。验证M序列的主要性质。

2、差分编码

以测试点1处信号为同步信号，观察并记录测试点3处的波形。将2处和3处的波形进行比较，验证差分编码的规律。

3.数字调相电路

将k1拨至“同步“以3处信号为同步信号观察并记录测试点5处的波形；观察并记录测试点6处的数字调相波形。

PSK实验电路板上的两个开关功能如下：

以5处的载波信号输入双踪同步示波器Y_B,用Y_A观察6处的2PSK信号，利用双踪同步示波器上的刻度，测量π相位对0相位的相位差△φ。

4同步带和捕捉带

同步带和捕捉带是锁相环性能的标志。我们可用发信号的比较来判断锁相环是否锁定。

用双踪同步示波器Y_A观察测试点13处的信号码，Y_B观察测试点2处发信码，并以Y_B作同步。用高频信号发生器从电缆插座“外载波IN”输出外载波。将K1拨至‘异步’，K2拨至“外载波’。数字频率计接在测试点4处，高频信号发生器的输出幅度保持在1.5V_p-p，由低网高缓缓调节频率。当双踪同步示波器上出现收信码同步，并且波形一致时，这时就是无误码情况锁相环捕捉到外载波并锁定，此点频率记做fz。继续向高频调节频率，直到双踪同步示波器上可见收信码与发信码不同步，这时锁相环已不能同步跟踪外载波而失锁，该点频率记做f₄。将外载波频率由此点往下调节，调到再次捕捉到收信号与发信号同步一致，锁相环再次捕捉到外载波并锁定，此点频率记做f₃。继续向低调节频率，直到收信与发信码再次失步，此点频率记做f₁。为提高测量精度，上述过程可反复进行几次。