4.PCM编译码 - 通信原理实验报告

河南师范大学计算机与信息工程学院计算机与信息工程学院验证性实验报告专业：通信工程年级/班级：2011级2013—2014学年第二学期课程名称通信原理指导教师杨育捷本组成员学号姓名实验地点计科楼501实验时间周二5-6节项目名称PCM编译码实验类型验证性一、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1.点到点PCM多路电话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多路电话通信原理可用图9-1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编码器分接器混合电路广义信道点到点PCM多路电话通信原理框图河南师范大学计算机与信息工程学院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9-1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电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路，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9-2所示，电原理图如图9-3所示（见附录），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AS1S2S3S4PCM编译码器A复接器抽样信号产生信号PCM编译码器BPCMPCM-ASRBSRAPCM-B256KHzS3S2S18KHz2048KHzCLKSLA(SL2)SLBSTA-INK5SLASLBSL7SL5SL2、2SL1、2SL0、2K8、2正弦信号源BSTB-INSTBK6STA-SSTASTB-SPCM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基群信号测试点河南师范大学计算机与信息工程学院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。图中各单元与电路板上元器件之间的对应关系如下：·晶振U75：非门74LS04；CRY1：4096KHz晶体·分频器1U78:A：U78:D：触发器74LS74；U79：计数器74LS193·分频器2U80：计数器74LS193；U78:B：U78:D：触发器74LS74·抽样信号产生器U81：单稳74LS123；U76：移位寄存器74LS164·PCM编译码器AU82：PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）·PCM编译码器BU83：PCM编译码集成电路TP3057（CD22357）·帧同步信号产生器U77：8位数据产生器74HC151；U86:A：与门7408·正弦信号源AU87：运放UA741·正弦信号源BU88：运放UA741·复接器U85：或门74LS32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，方法如实验五及实验六所述。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2.048MB，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。PCM信号码速率也是2.048MB，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。河南师范大学计算机与信息工程学院四、实验步骤1.熟悉PCM编译码单元工作原理，开关K9接通8KHz(即K9置为1000状态)，开关K8置为SL1(或SL5、SL7)，开关K5、K6分别置于STA-S、STB-S端，接通实验箱电源。STA-S端波形STB-S端波形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波形顶部不失真(峰峰值小于5V)。河南师范大学计算机与信息工程学院正弦信号STA、STB波形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）。SLA波形河南师范大学计算机与信息工程学院PCM-A波形SLB波形PCM-B波形河南师范大学计算机与信息工程学院PCM波形开关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。如果没有配置低失真低频信号发生器，可以用本模块上的正弦信号源来粗略观察PCM编译码系统的过载噪声(将STA-S或STB-S信号幅度调至5VP-P以上即过载)。如果配置了低失真低频信号发生器，则开关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。示波器的CH1接STA（编码输入），CH2接SRA（译码输出）。将输入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)。教师签名：年月日