实验五 pcm编译码.doc

实验五实验五 PCMPCM 编译码编译码一、实验目的一、实验目的1. 掌握 PCM 编译码原理2. 掌握 PCM 基带信号的形成过程及分接过程3. 掌握语音信号 PCM 编译码系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法二、实验内容二、实验内容1. 用示波器观察两路音频信号的编码结果，观察 PCM 基群信号2. 改变音频信号的幅度，观察和测试译码器输出信号的信噪比变化情况3. 改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化情况三、基本原理三、基本原理1. 点到点 PCM 多路通信原理脉冲编码调制(PCM)技术与增量调制(ΔM)技术已经在数字通信系统中得到广泛应用当信道噪声比较小时一般用 PCM，否则一般用 ΔM目前速率在 155MB 以下的准同步数字系列(PDH)中，国际上存在 A 解和 μ 律两种 PCM 编译码标准系列，在 155MB 以上的同步数字系列(SDH)中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速率相同而 ΔM 在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示了巨大的优越性点到点 PCM 多路通信原理可用图 5-1 表示对于基带通信系统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。

对于频带系统，广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等 低通滤 波器 PCM编 码器 复接器 低通滤 波器 PCM译 码器 分接器 混合 电路 广 义 信 道 图 5-1 点到点 PCM 多路通信原理框图本实验模块可以传输两路话音信号采用 TP3057 编译器，它包括了图 5-1 中的收、发 低通滤波器及 PCM 编译码器编码器输入信号可以是本实验模块内部产生的正弦信号，也 可以是外部信号源的正弦信号或信号本实验模块中不含机和混合电路，广义信道是理想的，即将复接器输出的 PCM 信号直接送给分接器2. PCM 编译码模块原理 本模块的原理方框图图 5-2 所示，模块内部使用+5V 和-5V 电压，其中-5V 电压由-12V 电源经 7905 变换得到4096KHz 晶 振 分频 器 1 分频器2 帧同步 信号产 生器 正弦信号 源A S1 S2 S3 S4 PCM编译 码器A 复接器 抽样信号 产生信号 PCM编译 码器B PCM PCM-A SRA SRB PCM-B 256KHz S3 S2 S1 8KHz 2048KHz CLK SLA(SL2) SLB STA-IN K5 SLA SLB SL7 SL5 SL2、SL1、SL0、K8正弦 信号 源B STB-IN STB K6 STA-S STA STB-S 图 5-2 PCM 编译码原理方框图该模块上有以下测试点和输入点： BSPCM 基群时钟信号(位同步信号)测试点 SL0PCM 基群第 0 个时隙同步信号 SLA信号 A 的抽样信号及时隙同步信号测试点 SLB信号 B 的抽样信号及时隙同步信号测试点 SRB信号 B 译码输出信号测试点 STA输入到编码器 A 的信号测试点 SRA信号 A 译码输出信号测试点 STB输入到编码器 B 的信号测试点 PCMPCM 基群信号测试点 PCM-A信号 A 编码结果测试点 PCM-B信号 B 编码结果测试点 STA-IN外部音频信号 A 输入点 STB-IN外部音频信号 B 输入点本模块上有三个开关 K5、K6 和 K8，K5、K6 用来选择两个编码器的输入信号，开关手柄处于左边(STA-IN、STB-IN)时选择外部信号、处于右边(STA-S、STB-S)时选择模块内部音频正弦信号。

K8 用来选择 SLB 信号为时隙同步信号 SL1、SL2、SL5、SL7 中的某一个晶振、分频器 1、分频器 2 及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个 PCM 编译码器提供 2.048MHz 的时钟信号和 8KHz 的时隙同步信号在实际通信系统中，译码器的时钟信号(即位同步信号)及时隙同步信号(即帧同步信号)应从接收到的数据流中提取此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器由于时钟频率为 2.048MHz，抽样信号频率为 8KHz，故 PCM-A 及 PCM-B 的码速率都是2Mb，一帧中有 32 个时隙，其中 1 个时隙为 PCM 编码数据，另外 31 个时隙都是空时隙每路 PCM 信号码速率为 64kb/s，一帧中的 32 个时隙中有 29 个是空时隙，第 0 时隙为帧同步码(×1110010)时隙，第 2 时隙为信号 A 的时隙，第 1(或第 5、或第 7 —由开关 K8控制)时隙为信号 B 的时隙本实验产生的 PCM 信号类似于 PCM 基群信号，但第 16 个时隙没有信令信号，第 0 时隙中的信号与 PCM 基群的第 0 时隙的信号也不完全相同。

由于两个 PCM 编译码器用同一个时钟信号，因而可以对它们进行同步复接(即不需要进行码速调整)又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对 PCM-A 和 PCM-B 进行线或本模块中用或门 74LS32 对 PCM-A、PCM-B 及帧同步信号进行复接在译码之前，不需要对PCM 进行分接处理，译码器的时隙同步信号实际上起到了对信号分路的作用四、实验步骤四、实验步骤1. 熟悉 PCM 编译码单元工作原理，开关 K8 接通 SL1(或 SL5、SL7)，开关 K5、K6 分接置于 STA-S、STB-S 的方向，接通实验箱电源2. 用示波器观察 STA、STB，调节电位器 R19(对应 STA)、R20(对应 STB)，使正弦信号STA、STB 波形不失真(峰峰值小于 5V)3. 用示波器观察 PCM 编码输出信号示波器 CH1 接 SL0， （调整示波器扫描周期以显示至少两个 SL0 脉冲，从而可以观察完整的一帧信号）CH2分别接 SLA、PCM-A、SLB、PCM-B 以及 PCM，观察编码后的数据所处时隙位置与时隙同步信号的关系以及 PCM 信号的帧结构（注意：本实验的帧结构中有 29 个时隙是空时隙，SL0、SLA 及 SLB 的脉冲宽度等于一个时隙宽度） 。

开关 K8 分别接通 SL1、SL2、SL5、SL7，观察 PCM 基群帧结构的变化情况4. 用示波器观察 PCM 译码输出信号示波器的 CH1 接 STA，CH2 接 SRA，观察这两个信号波形是否相同(有相位差)5. 用示波器定性观察 PCM 编译码器的动态范围开关 K5 置于 STA-IN 端，将低失真低频信号发生器输出的 1KHz 正弦信号从 STA-IN 输入到 TP3057(U82)编码器示波器的 CH1 接 STA（编码输入） ，CH2 接 SRA（译码输出） 将信号幅度分别调至大于 5VP-P、等于 5VP-P，观察过载和满载时的译码输出波形再将信号幅度分别衰减 10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，观察译码输出波形(当衰减 45dB 以上时，译码输出信号波形上叠加有较明显的噪声)也可以用本模块上的正弦信号源来观察 PCM 编译码系统的过载噪声(只要将 STA-S 或STB-S 信号幅度调至 5VP-P以上即可)，但必须用专门的信号源才能较方便地观察到动态范围6. 定量测试 PCM 编译码器的动态范围和频率特性图 5-3 为动态范围测试方框图开关 K5 置于 STA-IN 端，音频信号发生器(最好用低失真低频信号发生器)输出 1KHz 正弦信号，将幅度调为 5Vp-p（设为 0dB） ，测试 S/N，再将信号幅度分别降低 10dB、20dB、30dB、45dB、50dB，测试各种信号幅度下的 S/N，将测试数据填入表 5-1。

音频信号源可变衰减器编码器失真仪译码器示波器图 5-3 动态范围测量框图表 5-1信号幅度(dB)0-10-20-30-40-45-50S/N(dB)频率特性测试框图如图 5-4 所示将输入信号电压调至 2Vp-p左右，改变信号频率，测量译码输出信号幅度，将测试结果填入表 5-2音频信号源编码器译码器示波器图 5-4 频率特性测试框图表 5-2输入信号 频率(KHz)43.83.63.43.02.52.01.51.00.50.30.20.1输出信号 幅度(V)五、实验报告要求五、实验报告要求1. 整理实验记录，画出量化信噪比与编码器输入信号幅度之间的关系曲线以及译码输出信号幅度与编码输入信号频率之间的关系曲线2. 设 PCM 通信系统传输两路话音，每帧三个时隙，每路话音各占一个时隙，另一个时隙为帧同步时隙，使用 TP3057 编译码器求：(1) 编码器的抽样信号频率及时钟信号频率，以及两个抽样信号之间的相位关系2) 时分复用信号码速率、帧结构3) 采用 PCM 基带传输，线路码为 HDB3 码，设计此通信系统的详细方框图4) 采用 PCM/2DPSK 频带传输，设计此通信系统的详细方框图。