通信原理实验PAMPCM编译码器系统.docx

通信原理实验报告一 11/3/2013实验一 PAM编译码器系统一、实验原理和电路说明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3400 Hz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和图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所示图4.1.6 是通信原理综合实验系统所设计的抽样定理实验电路组成框图电路原理描述：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KQ01设置在1_2位置（左端）时，选择内部1KHz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关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为自然抽样（右端），为便于恢复出的信号观测，此抽样脉冲略宽，只是近似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，τ为抽样脉冲宽度通常在实际设备里，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：恢复模拟信号二、实验仪器1、 JH5001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四、实验内容准备工作：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KQ01设置在外部测试信号输入2_3位置（右端）。

1. 近似自然抽样脉冲序列测量（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2. 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，与自然抽样测量结果做比较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，与自然抽样测量结果对比分析平顶抽样的测试结果5. 信号混迭观测（1） 当输入信号频率高于4KHz（1/2抽样频率）时，重建信号将出现混迭效应。

观测时，将跳线开关K702设置在NF（无输入滤波器）位置调整函数信号发生器正弦波输出频率为6KHz～7KHz左右、电平为2Vp-p的测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）2） 用示波器观测重建信号输出波形缓慢变化测试信号输出频率，注意观察输入信号与重建信号波形的变化是否对应一致分析解释测量结果五、实验报告1、 整理实验数据，画出测试波形2、 当fs＞2fh和fs＜2fh时，低通滤波器输出的波形是什么？总结一般规律六、 实验结果1. 近似自然抽样脉冲序列测量2. 重建信号观测3. 平顶抽样脉冲序列测量4. 平顶抽样重建信号观测5. 平顶抽样重建信号观测实验二 PCM编译码器系统一、实验原理和电路说明PCM编译码模块将来自用户接口模块的模拟信号进行PCM编译码，该模块采用MC145540集成电路完成PCM编译码功能该器件具有多种工作模式和功能，工作前通过显示控制模块将其配置成直接PCM模式（直接将PCM码进行打包传输），使其具有以下功能：1、 对来自接口模块发支路的模拟信号进行PCM编码输出2、 将输入的PCM码字进行译码（即通话对方的PCM码字），并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块。

在通信原理实验平台中，有二套完全一致的PCM编译码模块，这二个模块与相应的用户接口模块相连本教程仅以第一路PCM编译码原理进行说明，另一个模块原理与第一路模块相同，不再重述PCM编译码器模块电路与ADPCM编译码器模块电路完全一样，由语音编译码集成电路U502（MC145540）、运放U501（TL082）、晶振U503（20.48MHz）及相应的跳线开关、电位器组成电路工作原理如下：PCM编译码模块中，由收、发两个支路组成，在发送支路上发送信号经U501A运放后放大后，送入U502的2脚进行PCM编码编码输出时钟为BCLK（256KHz），编码数据从U502的20脚输出（DT_ADPCM1），FSX为编码抽样时钟（8KHz）编码之后的数据结果送入后续数据复接模块进行处理，或直接送到对方PCM译码单元在接收支路中，收数据是来自解数据复接模块的信号（DT_ADPCM_MUX），或是直接来自对方PCM编码单元信号（DT_ADPCM2），在接收帧同步时钟FSX（8KHz）与接收输入时钟BCLK（256KHz）的共同作用下，将接收数据送入U502中进行PCM译码译码之后的模拟信号经运放U501B放大缓冲输出，送到用户接口模块中。

PCM编译码模块中的各跳线功能如下（测试点与ADPCM编译码模块相同）：1、 跳线开关K501是用于选择输入信号，当K501置于N（正常）位置时，选择来自用户接口单元的话音信号；当K501置于T（测试）位置时选择测试信号测试信号主要用于测试PCM的编译码特性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KQ01设置在1_2位置（左端）时，选择内部1KHz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2、 跳线器K502用于设置发送通道的增益选择，当K502置于N（正常）位置时，选择系统平台缺省的增益设置；当K502置于T（调试）位置时可将通过调整电位器W501设置发通道的增益3、 跳线器K504用于设置PCM译码器的输入数据信号选择，当K504置于MUX（左）时处于正常状态，解码数据来自解数据复接模块的信号；当K504置于ADPCM2（中）时处于正常状态，解码数据来自对方PCM编码单元信号；当K504置于LOOP（右）时PCM单元将处于自环状态4、 跳线器K503用于设置接收通道增益选择，当K503置于N（正常）时，选择系统平台缺省的增益设置；当K503置于T（调试）时将通过调整电位器W502设置收通道的增益。

该单元的电路框图见图二个模块电路完全相同在该模块中，各测试点的定义如下：1、 TP501：发送模拟信号测试点2、 TP502：PCM发送码字3、 TP503：PCM编码器输入/输出时钟4、 TP504：PCM编码抽样时钟5、 TP505：PCM接收码字6、 TP506：接收模拟信号测试点二、实验仪器1、 JH5001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4、 音频信道传输损伤测试仪 一台三、实验目的1、 了解语音编码的工作原理，验证PCM编译码原理；2、 熟悉PCM抽样时钟、编码数据和输入/输出时钟之间的关系；3、 了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用；4、 熟悉语音数字化技术的主要指标及测量方法；四、实验内容加电后，通过菜单选择“PCM”编码方式此时，系统将U502设置为PCM模式一）PCM编码器1. 输出时钟和帧同步时隙信号观测用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和输出时钟信号（TP503），观测时以TP504做同步分析和掌握PCM编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同步沿、脉冲宽度等）2. 抽样时钟信号与PCM编码数据测量将跳线开关K501设置在T位置，用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入信号测试端口J005和J006（地）。

用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502），观测时以TP504做同步分析和掌握PCM编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系五、实验报告1、 整理实验数据，画出相应的曲线和波形2、 对PCM和△M系统的系统性能进行比较，总结它们各自的特点3、 思考在通信系统中PCM接收端应如何获得接收输入时钟和接收帧同步时钟信号？六、 实验结果1. 输出时钟和帧同步时隙信号观测2. 抽样时钟信号与PCM编码数据测量。