通信原理PCM实验

脉冲编码（PCM）及系统实验
指导老师：曹建忠
姓名：张煜程、黄鸿嘉
学号：110703146、110703113
一、实验目的
1．加深对PCM编码工作过程的理解。

2．掌握PCM编、译码的时序关系。

3．熟悉PCM编、译码专用集成电路的使用方法及其要求。

4．了解PCM系统的工作过程。

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．改变音频信号的频率，观察和测试译码器输出信号幅度变化的情况。

三、实验原理
1．点到点PCM通信原理
脉冲调制通信就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中进行传输。

而脉冲编码调制就是对模拟信号先进行抽样后，再对样值的幅度进行量化、编码的过程。

抽样是对模拟信号进行周期性扫描，从而把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。

该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有的信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。

抽样速率的下限由抽样定理确定的，在该实验中，抽样速率采用8Kbit/s。

量化是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。

编码是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。

实际上，量化是在编码过程中同时完成的，故编码的过程也称为模/数变换，记作A/D。

目前，脉冲编码调制（PCM）技术与增量调制PCM（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。

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。

点到点PCM通信原理如图4-1所示。

话音信号先经过低通滤波其后得到与人的声音频率相近的限带信号（300∽3400Hz），进行脉冲抽样，变为频率为8KHz的抽样信号（即离散的脉冲幅度调制PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”的办法量化为有限个幅度取值的信号，再经过编码，转化为二进制码。

对于电话，CCITT规定抽样速率8Hz，每个抽样值被编成8位码，即共有28=256个量化值，因而每话路PCM编码后的标准数码率为64kb/s。

为了解决均匀量化时信号量化误差大、音质差的问题，实际中一般采用不均匀量化的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密、量化间隔小，在大信号时分层疏、量化间隔大。

话音输入 （发送） PCM 编码
（接收）
话音输出
图4-1点到点PCM 通信原理
2．PCM 编译码原理
本实验采用PCM 编译码专用大规模集成电路TP3057来完成PCM 的编译码，实验原理框图及其电路原理图分别如图4-2、图4-3所示。

拨码开关SW201用来改变基带信号（正弦波）抽样信号的相位（PCM 编码时隙，开关K203用来选择基带信号，接1、2脚时，使用内部信号源提供的正弦波信号，接2、3脚时，外加基带信号从TP206输入）。

实验一中时钟信号产生部分为两个PCM 编译码器提供2.048MHz 的时钟信号和8KHz 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）和时隙同步信号（即帧同步信号）应从接收到的数据流中提取，本实验中将信号源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 编码的码速率为2.048MHz ，一帧中有32个时隙，其中29个时隙为空时隙，第0时隙为帧同步码时隙，第2时隙为信号A 的时隙，第1（或第5、或第7 —由拨码开关SW201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 基群中的第0时隙的信号也不完全相同。

由于两个PCM 编译码器使用同一个时钟信号，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在不同时隙，故可以对PCM —A 和PCM —B 进行线或。

本实验中用或门74LS32对PCM —A 和PCM —B 及帧同步信号进行复接。

低通 滤波
解调
解码
再生
帧同步信号 产 生 器
2048KHz 正弦波
信
号 源
复 接 器
PCM 编译码器A
PCM 编译码器B
抽样信号 产 生 器
T1 T2 T3 SL0
SL7 SL5 SL1
8KHz 图4-2 PCM 编译码框图
SL7
本实验中是将复接前的PCM编码信号直接送入解码电路，故不需要对PCM进行分接处理。

四、实验步骤
1．将开关K201、K202、K203接为1、2脚（实验完毕立即将三个开关接为2、3脚）。

2．接通电源，按下开关K1、K2、K200，使电路工作。

3．调节W001、W002、W003、W004，使TP206处的正弦波频率在2KHz左右且无明显失真。

将拨码开关SW201的1（选中第1时隙）、3（选中第5时隙）、4（选中第7时
隙）位中的任意一位拨上，观察TP201—TP211处的波形，记录下来。

4．将拨码开关SW201的第1位拨上，用双踪示波器观察TP203与TP205处的波形（注意示波器应设置为CH1同步），注意二者的相位关系。

将SW201的第3位、第4位
分别拨上（特别注意同时只能拨上一位），再观察两个波形的相位关系，有什么变
化？记录下来。

5．观察TP209处的波形，改变SW201的设置，波形有什么变化？记录下来。

6．将K203接2、3脚，将低频信号源产生的1KHz的正弦波从TP206输入，示波器的两个通道分别接TP206和TP210，将输入信号幅度分别调大到等于5V P-P和大于5V P-P，观察满载和过载时的译码输出波形。

再将信号幅度分别衰减到10dB、20dB、30dB、40Db，观察译码输出波形（当衰减较大时，解调输出信号波形上叠加有明显的噪声）。

五、各测量点参考波形
TP201： 2048KHz，占空比位50%方波
TP202：帧同步信号，8KHz脉冲
TP203：第一路PCM编码器时隙信号，8KHZ脉冲，宽度为1/256KHz（拨码开关SW201的1，3，4位中有且只有一位接通）。

TP204：第二路PCM编码时隙信号，频率为8KHZ的脉冲，宽度为1/256KHz。

TP205：帧同步信号的时隙信号，频率为8KHZ的脉冲，宽度为1/256KHz。

TP206: 输入的基带信号，正弦波，频率由电位器W001控制，频率应在音频范围（300—3400Hz）之内
TP207：第一路PCM编码信号。

TP208：第二路PCM编码信号，波形与TP207相同，但相位不同。

TP209：两路编码信号及帧同步信号的合路波形（为8位的随机码，用带锁存的示波器才能看清楚）。

TP210：第一路PCM解调信号，波形同TP206 。

TP211：第二路PCM解调信号，波形同TP206。

六、实验仪器仪表
1. 40M数字示波器 1台
2. 现代通信原理实验系统实验箱 1台
3. 三用表 1块
七、实验结果：（缺失TP210与TP211的波形，由于现代通信原理实验系统实验箱PCM实验模块的TP210与TP211触头接触不良，输出解码波形失真）
TP203与TP202双踪（频率a：8kHz和频率b:8kHz）
TP204与TP202双踪(频率a：8kHz和频率b:8kHz)
TP205与TP202双踪(频率a：8kHz和频率b:8kHz)
TP206(频率：1.689kHz)
TP207(左方向转，频率：8.51Hz)
TP207(右方向转，频率：1.025MHz)
TP209(频率：408.2kHz)
TP208(左方向转，频率：8.475kHz)
TP208(右方向转，频率：1.020MHz)。