PCM編譯碼實(shí)驗(yàn)

一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?br>1. 掌握PCM編譯碼原理。
2. 掌握PCM基帶信號(hào)的形成過(guò)程及分接過(guò)程。
3. 掌握語(yǔ)音信號(hào)PCM編譯碼系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和頻率特性的定義及測(cè)量方法。

二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容
1. 用示波器觀察兩路音頻信號(hào)的編碼結(jié)果，觀察PCM基群信號(hào)。
2. 改變音頻信號(hào)的幅度，觀察和測(cè)試譯碼器輸出信號(hào)的信噪比變化情況。
3. 改變音頻信號(hào)的頻率，觀察和測(cè)試譯碼器輸出信號(hào)幅度變化情況。

三、基本原理
1. 點(diǎn)到點(diǎn)PCM多路電話通信原理
脈沖編碼調(diào)制(PCM)技術(shù)與增量調(diào)制(ΔM)技術(shù)已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到廣泛應(yīng)用。當(dāng)信道噪聲比較小時(shí)一般用PCM，否則一般用ΔM。目前速率在155MB以下的準(zhǔn)同步數(shù)字系列(PDH)中，國(guó)際上存在A解和μ律兩種PCM編譯碼標(biāo)準(zhǔn)系列，在155MB以上的同步數(shù)字系列(SDH)中，將這兩個(gè)系列統(tǒng)一起來(lái)，在同一個(gè)等級(jí)上兩個(gè)系列的碼速率相同。而ΔM在國(guó)際上無(wú)統(tǒng)一標(biāo)準(zhǔn)，但它在通信環(huán)境比較惡劣時(shí)顯示了巨大的優(yōu)越性。
點(diǎn)到點(diǎn)PCM多路電話通信原理可用圖5-1表示。對(duì)于基帶通信系統(tǒng)，廣義信道包括傳輸媒質(zhì)、收濾波器、發(fā)濾波器等。對(duì)于頻帶系統(tǒng)，廣義信道包括傳輸媒質(zhì)、調(diào)制器、解調(diào)器、發(fā)濾波器、收濾波器等。

圖5-1 點(diǎn)到點(diǎn)PCM多路電話通信原理框圖
本實(shí)驗(yàn)?zāi)K可以傳輸兩路話音信號(hào)。采用TP3057編譯器，它包括了圖5-1中的收、發(fā)低通濾波器及PCM編譯碼器。編碼器輸入信號(hào)可以是本實(shí)驗(yàn)?zāi)K內(nèi)部產(chǎn)生的正弦信號(hào)，也可以是外部信號(hào)源的正弦信號(hào)或電話信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K中不含電話機(jī)和混合電路，廣義信道是
理想的，即將復(fù)接器輸出的PCM信號(hào)直接送給分接器。

PCM編譯碼模塊原理

本模塊的原理方框圖圖5-2所示，模塊內(nèi)部使用+5V和-5V電壓，其中-5V電壓由-12V電源經(jīng)7905變換得到。

圖5-2 PCM編譯碼原理方框圖
該模塊上有以下測(cè)試點(diǎn)和輸入點(diǎn)：
• BS PCM基群時(shí)鐘信號(hào)(位同步信號(hào))測(cè)試點(diǎn)
• SL0 PCM基群第0個(gè)時(shí)隙同步信號(hào)
• SLA 信號(hào)A的抽樣信號(hào)及時(shí)隙同步信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
• SLB 信號(hào)B的抽樣信號(hào)及時(shí)隙同步信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
• SRB 信號(hào)B譯碼輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
• STA 輸入到編碼器A的信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
• SRA 信號(hào)A譯碼輸出信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
• STB 輸入到編碼器B的信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
• PCM PCM基群信號(hào)測(cè)試點(diǎn)
• PCM-A 信號(hào)A編碼結(jié)果測(cè)試點(diǎn)
• PCM-B 信號(hào)B編碼結(jié)果測(cè)試點(diǎn)
• STA-IN 外部音頻信號(hào)A輸入點(diǎn)
• STB-IN 外部音頻信號(hào)B輸入點(diǎn)

本模塊上有三個(gè)開(kāi)關(guān)K5、K6和K8，K5、K6用來(lái)選擇兩個(gè)編碼器的輸入信號(hào)，開(kāi)關(guān)手柄處于左邊(STA-IN、STB-IN)時(shí)選擇外部信號(hào)、處于右邊(STA-S、STB-S)時(shí)選擇模塊內(nèi)部音頻正弦信號(hào)。K8用來(lái)選擇SLB信號(hào)為時(shí)隙同步信號(hào)SL1、SL2、SL5、SL7中的某一個(gè)。
晶振、分頻器1、分頻器2及抽樣信號(hào)（時(shí)隙同步信號(hào)）產(chǎn)生器構(gòu)成一個(gè)定時(shí)器，為兩個(gè)PCM編譯碼器提供2.048MHz的時(shí)鐘信號(hào)和8KHz的時(shí)隙同步信號(hào)。在實(shí)際通信系統(tǒng)中，譯碼器的時(shí)鐘信號(hào)(即位同步信號(hào))及時(shí)隙同步信號(hào)(即幀同步信號(hào))應(yīng)從接收到的數(shù)據(jù)流中提取。此處將同步器產(chǎn)生的時(shí)鐘信號(hào)及時(shí)隙同步信號(hào)直接送給譯碼器。
由于時(shí)鐘頻率為2.048MHz，抽樣信號(hào)頻率為8KHz，故PCM-A及PCM-B的碼速率都是2Mb，一幀中有32個(gè)時(shí)隙，其中1個(gè)時(shí)隙為PCM編碼數(shù)據(jù)，另外31個(gè)時(shí)隙都是空時(shí)隙。
每路PCM信號(hào)碼速率為64kb/s，一幀中的32個(gè)時(shí)隙中有29個(gè)是空時(shí)隙，第0時(shí)隙為幀同步碼(×1110010)時(shí)隙，第2時(shí)隙為信號(hào)A的時(shí)隙，第1(或第5、或第7 —由開(kāi)關(guān)K8控制)時(shí)隙為信號(hào)B的時(shí)隙。
本實(shí)驗(yàn)產(chǎn)生的PCM信號(hào)類(lèi)似于PCM基群信號(hào)，但第16個(gè)時(shí)隙沒(méi)有信令信號(hào)，第0時(shí)隙中的信號(hào)與PCM基群的第0時(shí)隙的信號(hào)也不完全相同。
由于兩個(gè)PCM編譯碼器用同一個(gè)時(shí)鐘信號(hào)，因而可以對(duì)它們進(jìn)行同步復(fù)接(即不需要進(jìn)行碼速調(diào)整)。又由于兩個(gè)編碼器輸出數(shù)據(jù)處于不同時(shí)隙，故可對(duì)PCM-A和PCM-B進(jìn)行線或。本模塊中用或門(mén)74LS32對(duì)PCM-A、PCM-B及幀同步信號(hào)進(jìn)行復(fù)接。在譯碼之前，不需要對(duì)PCM進(jìn)行分接處理，譯碼器的時(shí)隙同步信號(hào)實(shí)際上起到了對(duì)信號(hào)分路的作用。

四、實(shí)驗(yàn)步驟
1. 熟悉PCM編譯碼單元工作原理，開(kāi)關(guān)K8接通SL1(或SL5、SL7)，開(kāi)關(guān)K5、K6分接置于STA-S、STB-S的方向，接通實(shí)驗(yàn)箱電源。
2. 用示波器觀察STA、STB，調(diào)節(jié)電位器R19(對(duì)應(yīng)STA)、R20(對(duì)應(yīng)STB)，使正弦信號(hào)STA、STB波形不失真(峰峰值小于5V)。
3. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號(hào)。
示波器CH1接SL0，（調(diào)整示波器掃描周期以顯示至少兩個(gè)SL0脈沖，從而可以觀察完整的一幀信號(hào)）CH2分別接SLA、PCM-A、SLB、PCM-B以及PCM，觀察編碼后的數(shù)據(jù)所處時(shí)隙位置與時(shí)隙同步信號(hào)的關(guān)系以及PCM信號(hào)的幀結(jié)構(gòu)（注意：本實(shí)驗(yàn)的幀結(jié)構(gòu)中有29個(gè)時(shí)隙是空時(shí)隙，SL0、SLA及SLB的脈沖寬度等于一個(gè)時(shí)隙寬度）。
開(kāi)關(guān)K8分別接通SL1、SL2、SL5、SL7，觀察PCM基群幀結(jié)構(gòu)的變化情況。
4. 用示波器觀察PCM譯碼輸出信號(hào)
示波器的CH1接STA，CH2接SRA，觀察這兩個(gè)信號(hào)波形是否相同(有相位差)。
5. 用示波器定性觀察PCM編譯碼器的動(dòng)態(tài)范圍。
開(kāi)關(guān)K5置于STA-IN端，將低失真低頻信號(hào)發(fā)生器輸出的1KHz正弦信號(hào)從STA-IN輸入到TP3057(U82)編碼器。示波器的CH1接STA（編碼輸入），CH2接SRA（譯碼輸出）。將信號(hào)幅度分別調(diào)至大于5VP-P、等于5VP-P，觀察過(guò)載和滿載時(shí)的譯碼輸出波形。再將信號(hào)幅度分別衰減10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，觀察譯碼輸出波形(當(dāng)衰減45dB以上時(shí)，譯碼輸出信號(hào)波形上疊加有較明顯的噪聲)。
也可以用本模塊上的正弦信號(hào)源來(lái)觀察PCM編譯碼系統(tǒng)的過(guò)載噪聲(只要將STA-S或STB-S信號(hào)幅度調(diào)至5VP-P以上即可)，但必須用專(zhuān)門(mén)的信號(hào)源才能較方便地觀察到動(dòng)態(tài)范圍。
6. 定量測(cè)試PCM編譯碼器的動(dòng)態(tài)范圍和頻率特性。
圖5-3為動(dòng)態(tài)范圍測(cè)試方框圖。開(kāi)關(guān)K5置于STA-IN端，音頻信號(hào)發(fā)生器(最好用低失真低頻信號(hào)發(fā)生器)輸出1KHz正弦信號(hào)，將幅度調(diào)為5Vp-p（設(shè)為0dB），測(cè)試S/N，再將信號(hào)幅度分別降低10dB、20dB、30dB、45dB、50dB，測(cè)試各種信號(hào)幅度下的S/N，將測(cè)試數(shù)據(jù)填入表5-1。

圖5-3 動(dòng)態(tài)范圍測(cè)量框圖     表5-1

頻率特性測(cè)試框圖如圖5-4所示。將輸入信號(hào)電壓調(diào)至2Vp-p左右，改變信號(hào)頻率，測(cè)量譯碼輸出信號(hào)幅度，將測(cè)試結(jié)果填入表5-2。

圖5-4 頻率特性測(cè)試框圖     表5-2

五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求
1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫(huà)出量化信噪比與編碼器輸入信號(hào)幅度之間的關(guān)系曲線以及譯碼輸出信號(hào)幅度與編碼輸入信號(hào)頻率之間的關(guān)系曲線。
2. 設(shè)PCM通信系統(tǒng)傳輸兩路話音，每幀三個(gè)時(shí)隙，每路話音各占一個(gè)時(shí)隙，另一個(gè)時(shí)隙為幀同步時(shí)隙，使用TP3057編譯碼器。求：
(1) 編碼器的抽樣信號(hào)頻率及時(shí)鐘信號(hào)頻率，以及兩個(gè)抽樣信號(hào)之間的相位關(guān)系。
(2) 時(shí)分復(fù)用信號(hào)碼速率、幀結(jié)構(gòu)。
(3) 采用PCM基帶傳輸，線路碼為HDB3碼，設(shè)計(jì)此通信系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖。
(4) 采用PCM/2DPSK頻帶傳輸，設(shè)計(jì)此通信系統(tǒng)的詳細(xì)方框圖。