华 北 电 力 大 学 实 验 报 告

华北电力大学

实 验 报 告 实验名称课程名称 专业班级： 学生姓名： 学 号： 成 绩： 指导教师： 实验日期：

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项目二

实验十一 PCM编译码实验

一、 实验目的

1. 掌握PCM编码原理。

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、 实验仪器

1. 双踪示波器一台

2. 通信原理VI型实验箱一台

3. M3：PCM与ADPCM编译码模块和M6数字信号源模块

4. 麦克风和扬声器一套

三、 实验原理及基本内容

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（△M）技术已经在数字通信系统中得到广泛应用。当信道噪声较小时一般用PCM，否则一般用△M。目前速率在155MB以下的准同步数字系列（PDH）中，国际上存在A律和u律两种编译码标准系列，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△M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多路电路通信原理可用11―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。

本实验模块可以传输两路话音信号。采用MC145503编译器，它包括了图11―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系统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，广义信道时理想的，即将复接器输出的PCM信号直接送给分接器。

2.PCM编译模块原理

本模块的原理方框图及电路图如图11-2及图11-3所示。

BS PCM基群时钟信号（位同步）测试点

SL0 PCM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

STB 输入到编码器B的信号测试点

PCM_OUT PCM基群信号输出点

PCM_IN PCM基群信号输入点

PCM A OUT 信号A编码结果输出点

PCM B OUT 信号B编码结果输出点

PCM A IN 信号A编码结果输入点

PCM B IN 信号B编码结果输入点

本模块上有S2这个拔码开关，用来选择SLB信号为时隙同步信号SL1、SL3、SL5、SL6中的任一个。

图11-2各单元与图11-3中的元器件之间的对应关系如下：

晶振 X1：4.096MHZ晶振

分频器1/2 U1：74LS193; U6： 74HC4060

抽样信号产生器 U5：74HC73; U2：74HC164

PCM编译器A U10：PCM编译码集成电路MC145503

PCM编译器B U11：PCM编译码集成电路MCL45503

帧同步信号产生器 U3：8位数据产生器74HC151; U4：A:与门7408 复接器 U9：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，其中一个时隙为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个时隙有29个是空时隙，第0个时隙为帧同步码（X1110010）时隙，第2个时隙为信号A的时隙，第1（或第3、第5、或第6―由拔码开关S2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，因而可以对他们进行同步复接。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的分路作用。

在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器的性能。

动态范围的定义是译码器输出信噪比大于25db时允许编码器输入信号幅度的变化范围。PCM编译码器的动态范围应大于图11-6所示的CCITT建议框架。

当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编码输入信号幅度超过大时量化信噪比急剧下降。MC145503编译码系统输入信号的最大幅度为5V。

由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的信噪比，MC145503可采用A律13折线对信号进行压扩。当信号处于某一段时，量化噪声不变，因此在同一段落内量化噪声比随信号幅度减小而下降。13折线压扩特性曲线将正负信号分为8段，第1段信号最小，第8段信号最大。当信号处于第一，二段时，量化噪声不随信号幅度变化，因此噪声不随信号幅度变化，因此信号太小时，量化信噪比会小于25db，这是动态范围的下限。MC145503编译码系统动态范围内输入信号最小幅度约为0.025Vpp。

常用1KHZ的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范围。

语音信号的抽样信号频率为8KHZ，为了不发生频谱混叠，常将语音信号经截止频率为3.4khz的低通滤波器处理后在进行A/D处理。语音信号的最低频率一般为300hz。MC145503编码器的低通滤波器和高通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。这就是PCM编译码系统频率特性的含义。

四、 实验步骤

1. 实验连线

关闭系统电源，进行如下连接：

3. 用示波器观察STA、STB，将其幅度调至2V。

4. 用示波器观察PCM编码输出信号。

当采用非集群方式时：

测量A通道时：将示波器CH1接SLA,CH2接PCM A OUT,观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。

测量B通道时：将示波器CH1接SLB，CH2 接PCM B OUT，观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。

当采用非集群方式时：将示波器CH1接SL0，CH2分别接SLA、PCM A OUT、SLB、PCM B OUT以及PCM_OUT，观察编码后的数据所处时隙同步信号的关系以及PCM信号的帧结构。开关分别接通SL1、SL2、SL3、SL4观察PCM基群帧结构的变化情况。

5．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（相位差）。 示波器的CH1接STB，CH2接SRB,观察这两个信号波形是否相同（相位差）。

6.用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围。

将低失真频信号发生器输出的1khz正弦信号从STA-IN输入到MC145503编码器。示波器的CH1接STA，CH2接SRA。将信号幅度分别调至大于5Vpp、等于5Vpp，观察过载和满载时的译码输出波形。在将信号幅度分别减至10db、20db、30db、40db、45db、50db，观察译码输出波形。

7.两人通话实验

本模块提供两个人的通话信道。由于麦克风输出的信号幅度比较小，需放大到2Vpp左右再由STA和STB输入到两个编码器。译码器输出信号由SRA和SRB输出，将幅度较大，需衰减到适当值后再送给扬声器。

在话筒输入放大电路中，可以通过调整可调电阻R18来改变输出增益。

在语音输出放大电路中，可以通过调整可调电阻R12和R22来改变输出音量。 在实验时，只需将话筒输出信号从MIC_OUT端口连接到STA,再将译码后的语音信号从SRA连接到MIC_IN即可，但需将STA或STB端口的原有连接去除。

五、 实验记录与分析

1.用示波器观察STA、STB，将其幅度调至2V。

实验中，从示波器中可以读出，输入编码器的信号频率存在fA=fB，且频率等于1Khz,幅度等于2V。

2. 用示波器观察PCM编码输出信号。

分析如下：

SL0是PCM基群的时隙同步信号，信号A,B信号插入到相应的时隙，编码输出的位置仍在相应的时隙。编码输出总会延迟与输入。其中第2个时隙是A信号，2,5,7时隙

都是B信号。每一路信号能单独测试，最终复接正确输出。

3.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（相位差）。 示波器的CH1接STB，CH2接SRB,观察这两个信号波形是否相同（相位差）。 分析如下：

译码输出比输入有细小的相位差，即在时间上滞后。

4.用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围。

分析如下：

过载时，波形会失真，当衰减加大时，这个噪声会加大，导致波形会比较严重的失真。

六、 实验报告要求及思考题

1. 整理实验记录，画出量化信噪比与编码器输入信号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3个时隙，每路话音占一个时隙，另一个时

隙为帧同步时隙，使用MC145503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。 抽样信号频率为8KHz ，时钟信号频率为192KHz ；

码速率RB?192KB

(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。

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