通信原理ΔM编码、译码综合实验.docx

实验二 A M编码、译码综合实验一、实验目的1 ．加深理解语音信号的增量调制编、译码原理2 . 了解简单增量调制(AM),压扩增量调制(ADM)系统的方案，组成和特点3．对系统的主要技术指标进行实验测试、计算和分析，学会对这些主要指标的测试方法4．对简单增量调制与压扩增量调制方式的电路性能作对比分析实验内容1 .简单A M编码实验(5) 临界编码实验(6) 过载编码实验(7)简单A M编码动态范围测试(8)简单A M译码实验(3) 压扩过载特性(4) 幅频特性实验(1) 时钟测试同步信号源实验(2) 静态编码实验(3) 起始编码实验(4) 正常编码实验2 , 压扩A M编码实验1 1) 压扩控制信号实验2 2) 压扩编码动态范围测试3 ．压扩译码、滤波、功放实验4 ．压扩编译码实验5 ．压扩编译码话音信号测试实验6 .简单压扩A M音质试听评价实验7 ．压扩量化信噪比测试实验8 ．学生常犯的测量错误三、基本原理3． 1 概述增量调制是采用一位二进制数码来表示信号此时刻的值相对于前一个取样时刻的值是增大还是减小，增大发“ 1 ”码，减少发“0”码，数码的“1 ” 、 “ 0”只是表示信号相对于前一时刻的增减，不代表信号的绝对值。

收端译码则是每收到一个“ 1 ”码，译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量价，每收到一个“0 ”码下降一个量价当收到连“ 1 ”码时，表示信号连续增长当收到连“0 ”码时，表示信号连续下降译码输出再通过低通滤波器滤去高频量化噪声，从而恢复原信号因此，当取样频率足够高时， 量价的大小取得恰当，收端恢复的信号与原信号非常接近、量化噪声可以很小增量调制的突出优点是：设备简单，能以较低的数码率进行编码特别是用在单路 数字，增量调制更有吸引力因为单路增量系统根本不需解决收发同步问题，而脉 码调制即使是单路通信也需要同步码组增量调制这一优点正是任意选址通信轻型数 字式宽带散射通信微波中继通信和卫星通信等特殊方式所企求的目前在各种改进型增量调制中，对于话音信号编码来说，以数字音节压扩总和增量调制的效果比较好，目前采用得比较多 对话音的清晰度和自然度，在32千比特/秒的数码率的情况下，试听效果比较满意3. 2简单增量调制3. 2. .1工作原理框图图2— 1(a)为增量编码框图，它是由相加电路与放大限幅器(二者合在一起通常称为比较器)，定时判决电路和本地译码器三部分组成比较器输入端有一个相加电路，本地 译码信号的反相值-Si(t)与原话音信号S(t)相加，实现s⑴和Si(t)相减，得出差值信号e(t)。

e(t)=S(t) — Si(t)设si⑴小于原话音信号s(t),则误差信号e(t)为正，根据增量编码规则，e(t) 为正发1码e (t) =S (t)S⑴,G放大一tb一~1限幅I ，定时 出码0110判决 ~传输信道图2.1增量调制工作原理框图编码器输出数码 P⑴为“1”码数码P⑴同时送给本地译码器， 本地译码器收到码，按增量译码规则产生一个正斜变电压，使Si(t)上升，实际电路是将 P⑴反相变成-P(t)再译码，译出的信号为-si(t),如果用P(t)译码、译出的是si(t)反相的目的是为了实现 s(t) 与Sl(t)相减为了讲述方便以后我们都用si⑴与s(t)来比较大小，画图也用si⑴来表示)如果Si⑴大于s(t),则编码器发“ 0”码，令本地译码器产生一负斜变电压，使本地译码 信号Si(t)下降，因此本地译码信号Si(t)在编码过程始终跟踪原话音信号S⑴上下变化，误差在一个量阶q左右这样一个编码系统实际上是一个负反馈环路它的特点是，每隔 一定的取样时时间隔T,进行一次反馈调整，而不是随时连续的调整调整的结果，使本地译码信号Si(t)始终跟踪原话音信号 S(t),使差值信号e(t)保持极小值。

这种情况大致 就像汽车通过驾驶盘不断地转动使它沿着正确的方向前进一样，原话音信号就像是通路，而汽车行走的轨迹就像是跟踪信号只要行车速度不是太快，而每次调整的相隔时间不 是太长，尽管汽车不是沿着道路中心线前进，但也不会跑到道路外边去把这样的二进 制数码，通过信道传递出去，在收端按同样规则动作，也就可以得到同样的跟踪波形现在让我们分析一下静态，即无信号S⑴输入时，编码器 P(t)输出什么样的码型，本地译码信号Si⑴的波形是个什么样子当S(t)=0时，我们先假设在ti时亥I Si(to)= — q/2,信码P(to)在to时刻之前“0”码(见 图i - 2)则误差信号 e(to)在时刻为e(to) =s(t°) -s(to)= 0-( -q/ 2)= q 2根据编码规则，e(t)>0时发“ i”码，信码在to时刻由“ 0”变“ i”在to之后Si将在-q/2 基础上产生一个正斜度变电压，到ti时刻上升到+q/2这时ei(t) =s(ti) - s(ti)= 0-( q/2);-q/2根据编码规则，e(t)<0发“0”码，Si在ti之后将在+q基础上产生一负斜变电压，到 t2时 刻，Si(ti)又下降到-q/2,这时e(t2)>0发“i”码。

结果输出码流 P⑴的码型为一系列“ 0” “i”交替的脉冲码，S(t)为三角形波增量调制静态时输出“ i” “0”交替码，而PCM编码静态时输出全“ 0”码这一点 是绝然不同的，静态时增量调制能否输出“ i” “0”交替码是检查增量调制工作正常与否 的一个依据其输出频率正好是取样频率的一半如图 2 — 2定时判决CP译出的信号为-SKt)编码器输出数码P(t)3.2.2简单增量调制特性3. 2. 2简单增量调制特性1 .过载特性译码器输出的译码信号，是由一些上升或下降的斜串直线段组成，上升段称为正斜变电压，下降段称为负斜变电压，每个取样时间间隔上升或下降的量阶q是相同的，译码器输出斜变电压，它的斜率是量阶q与取样周期ts的比值，即：b=qfsERC在编码过程中，本地译码输出的译码信号始终跟踪输入信号的变化当输入信号斜率小于译码信号斜率 qfs时，本地译码的输出信号完全有能力跟上它如果大于qfs时.本地译码输出信号斜率就无法跟上而引起过大的误差，这个现象称为过载对于正弦信号，输入信号白^斜率等于输入信号f(t)对时间求微商df(t)=A、c cos ■ ctdtdf(t)dt二 Atmax只要满足'0c Wqfs,就不会发生过载现象。

所以临界过载电压振幅Am为AmqfsE2 二 RCfsfs成反比可见，在E、RC 一定时，或者量阶和取样频率fs一定时，过载电压与信号频率2 .量化信噪比长时间统计平均量化噪声功率N2（N为频带受限制的平均量化噪声电压 ）等于从-q到q区间的积分平均值量化噪声是一种随机噪声，占有很宽的频谱，其功率大部分是集中在0 —fs范围内，而且在低频端是均匀的由此可求得在话音带内的量化噪声功率Na2为：2 rN2 =q-fla3 fs在末过载时，量化噪声与信号幅度无关，因此信号越大信噪比也越高，在临界幅度Am时，量化信噪比达到最大值对于正弦信号，不过载时功率的最大值Sm2（Sm2为信号电压效值）为f；q28二2 f；可求得最大量化信噪比为:Na= 0.04fs3fafc2Sm对于AM,已知Ak =q, Am2qfs fs一则得Dc -20lg——c 二fc= (-14 30lg fs - 101g fa -20lg %)dBa dB最大量化信噪比随取样频率fs增高以每倍程9dB的速度增大，随低通截止频率 fa的增高以每倍程3dB的速度下降，随信号频率 fc的增高以每倍程 6dB速度下降3.编码动态范围Dc和系统动态范围 D编码动态范围是指编码器临界编码时的最大输入信号电压Am和起始编码时输入信号电压Ak之比。

是指输出码位有变化的输入信号变化范围系统动态范围是指满足语音质量要求的最小输出信噪比时，所允许的输入信号变化 范围3. 3数字压扩增量调制（CVSD对于AM,由于它们的A是固定不变的，采用较大的台阶电压时，近似信号能很快 地跟踪话音信号的突变部分，从而使过载噪声减小：但量化噪声增大反之，当采用较 小的台阶电压时，虽量化噪声减小，但过载噪声增大解决这个矛盾的最好方法是采用 自适应增量调制下面是一种数字检测音节压缩和扩张增量调制，简称数字式音节压扩 增量调制(音节压缩，即台阶电压 A值，不是瞬时地随输入信号的幅度而变化，而是按输 入信号的一个音节改变，所谓音节是指输入信号包络变化的一个周期对于语音信号， 一个音节一般约为10ms,按音节改变即在某个音节内，台阶电压保持不变，而在其它 音节里，将随之改变，所以音节压缩就是使A随音节内平均斜率的变化而变化 )这种方案的核心是在AM的基础上采用数字检测器用数字检测器在语音信号的码流中，按音 节变化规律提取控制信号，并以此控制信号去控制台阶电压发生器，使台阶电压的大小 按音节规律变化图2.3是数字式音节压扩自适应增量调制的方框图 它由四级移位寄存器、 四与或非 门、积分器等组成。

数字检测器的控制电压是根据码流中四个连“1”或四连“ 0”的数目来提取当连续四个同极性的数字脉冲出现时，控制电压有输出，台阶电压A增大与 n2或门 十与n1电压变换TI—।R匚C苔阶发生器图2.3(a)数字音节压扩自适应增量调制原理方框图移位寄存器的作用是在时钟脉冲源CP的作用下，保证相邻四位作下列逻辑运算Z= A B C D +A B C D(2-2)当有四个以上码元符号相同时，输出Z为低电平；反之为高电平通过电压变换和RC音节平滑滤波电路，取得控制电压Vc去控制台阶发生器，从而产生可变台阶电压A当控制电压由零变为最大值时，台阶电压也从零变为最大Ama%实际上A为零的情况是不容许的因为这将导致 AM无法对小信号编码为了保证控制电压为零时，不发生台阶电压为零的状态，在可变台阶发生器上加一个小的恒定电压△「，使台阶发生器产生一个最小的A以便对小信号编码四、实验方案分频器 74LS90流波本地译码射随图 2.3b五、实验电路原理图及工作原理实验电路原理图如图 2.4,工作原理如下1 .比较器比较器由BGi、BG2、ICi、BG3组成，音频信号从 Pi送入BGi发射极，本地译码信 号从P3送入BGi发射极，Pi和P2两点信号互为反相。

因此，由 BG1完成相减任务误 差信号经BG2放大，ICi放大再经BG3限幅至TTL电平2 .判决器判决器由IC2里面其中一个 D触发器完成、从比较器 BG3输出的限幅信号送入IC24 脚，从P8 32KHz的时钟信号送入IC29脚，IC22脚输出判决器 Q端输出信号即P2点信 号，此信号就是 A M编码器的输出信号3 .本地译码器本地译码器由BG7、BGg、BG9、IC4组成，BG7、BG8> BG9、完成极性转换，R46、 R47、C22是译码积分电路时间常数IC4是射极器，BG7和BG8组成差分放大，BG8和BG9 组成复合管，BG7基极接判决器D触发器的Q端，BG8接判决器D触发器Q端，当B。