通原实验4 PAM

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U701A、B、C U703 U702B U702A、C
语音 限带器
缓 冲
抽样门
缓 冲
FPGA 抽样脉冲 产生器
低通 滤波器
3、脉冲调幅与解调系统实验电路构成框图
通信原理综合实验系统所设计的抽样定理实验系统组成框图是: 1、跳线控制开关:K701、K702、K001、KQ02 2、语音限带器 3、抽样门 4、抽样脉冲产生器 5、低通滤波器
TP504
抽样脉冲 产生器
内部(左) TDMF2
K001
外部(右)
平顶抽样(左) TDMF2
KQ02
自然抽样(右)
5、脉冲调幅与解调系统实验电路电原理图
TP701 TP702
输入 信号 选择
语音 限带 选择
TP703
TP704
6、脉冲调幅与解调系统实验电路布局图
PAM模块主要器件 ADPC U702 U701 TP701 PAM 实验的测量点 M模块 运放 运放 PAM实验需设置的开关 TP702
模拟信号的数字化→脉冲振幅调制(PAM) 与解调→ 脉冲编码调制(PCM)与解调系 统工作原理;
实验 技术
信息传输系统中 信源的编码
5
一、实 验 目 的
1.通过脉冲幅度调制与解调实验,加深理 解脉冲幅度调制与解调的特点. 2.通过PAM编/译码系统实验,掌握PAM系统 的电路组成与工作原理,建立PAM通信系统的 概念。
通信原理实验
第三单元
模拟信号的数字化传输
理解信源编码的定义、作用;
掌握语音编码的基本概念;
1、信源编码的定义
信源编码
信源编码就是信源信号的模数(A∕D)变换,即将模拟的信源信号转化 成适于在信道中传输的数字信号形式。
2、信源编码的作用
1、实现模数(A∕D)变换,使之适合于在信道中传输; 2.进行信息压缩编码,提高信息传输的有效性。
实验准备:
1 电路测试框图如图示 在框图中标明各单元电路名称 自 然 抽 样 PAM 正弦波:f=1KHz/2Vp-p 信 J005和J006(地). 号 产 1.TP701,信号波形、幅度与频谱。 2.TP504信号波形、频率与占空比。 生 测试数 与 3.TP703信号波形注意标明PAM信号的脉冲点数。 据观察 测 4、分别改变输入信号频率为2KHZ、500HZ,观察 与记录 并记录PAM信号,注意标明PAM信号的脉冲点数。 量
编 2、参数编码:提取语音的一些特征信息进行编码,在收端利用这些特征参 码 数合成语声;(传输信号质量差,数据率低,占用频带窄) 优点:编码速率低,通常是在4.8kbit/s以下。 方 法 缺点:语音音质和自然度较差,很难辨别说话人。(有一定的可懂度)
类型:LPC线性预测编码。
3、混合型编码:介于波形编码和参数编码的一种编码。即在参数编
实验准备: 电路测试框图如图示
K701(右) K702(左) K001(右) KQ02(右)
在框图中标明各单元电路名称
正弦波:f=1KHz/2Vp-p J005和J006(地).
Vi
t
Vo
测试数 据观察 与记录
1.TP701信号波形与幅度; 2.TP704信号波形与幅度;
t
3.注意观察自然抽样解调信号的质量,并说明输 入信号与解调输出信号的差异。
a.模拟乘法器构成的抽样门 b.电子开关构成的抽样门
4)低通滤波器电路
一般用运算放大器和阻容器件组成有源低通滤波器,作用 是将调制信号中的基带频谱提取出来,恢复原始信号。常用的 基本电路是:两级二阶巴特沃斯有源低通滤波器。技术标准为: 3dB带宽频率3400Hz,它的质量好坏直接影响着通信系统的质 量。
还原信号
脉冲调幅与解调系统各单元电路构成与性能要求 : 1)语音限带器
一般用运算放大器和阻容器件组成一个两级二阶巴特沃斯有 源低通滤波器,技术标准为:3dB带宽截止频率为3400Hz,用于限 制最高的信号频率,确保模/数变换性能,提高通信质量。其电 路构成电原理图:
2)抽样脉冲产生器
抽样脉冲一般用振荡器产生,基本技术要求是: 电平要求:高电平 > 2.4V 低电平 < 0.5V 频率:8000Hz 脉冲周期:125µS 脉冲宽度:2Bit(0.976µS) 各路脉冲相邻:3.9µS
2、抽样门电路
抽样门电路由集成模拟开关(CD4066)U703构成。通过抽样脉冲完成对信号的抽样, 形成抽样序列信号PAM。PAM信号经运放(TL084)U702B缓冲输出。
3、抽样脉冲产生器
它由实验系统专用信号产生电路FPGA模块产生。
4、低通滤波器
低通滤波器由运放(TL084)U702A、U702C和周边阻容器件组成一个3dB带宽为 3400Hz的低通滤波器,用来恢复原始信号。
用基带信号去改变脉冲的幅度参数,使输出载波变换成在 时间上离散的脉冲串的过程,称PAM。 或者说将时间连续信号变换成时间离散信号的过程,称 PAM 。
基带信号
脉冲载波
振幅调制 (PAM)
脉冲振幅信号的特点是:时间离散,但幅度不离散,仍为模拟信 号。
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模拟信号的数字化传输
通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两 类,数字通信系统可以传输两类数字信号,一类是数据 信号,如两台计算机之间的数据传输,另一类是模拟信 号数字化信号,也就是说模拟信号数字化后,也可以用 数字通信的方式传输。模拟信号数字化传输的系统框图 如图所示。
语音信号: “你好” 波形

1)频率集中在300~3400Hz之间
(2)语音信号幅度动态范围一般为40分贝,实际由于说话人的差别可以 达到60~70分贝。
语言信号的功率是不大的,人们日常谈话辐射的声功率平均约为 10mW,耳语时最低声功率只有0.001mW;有训练的歌唱家最高可能产生 1W的功率.可是它所能传递的信息是无限的. (3)在长时间的语音信号中有相当多的无信号区间,即所谓的语音寂静 区间.音乐信号属于语音信号范畴。乐器信号与普通语音信号相比,其 波形更规则一些,频率范围则更宽,如交响乐的高音可达15KHz左右。
三、实验应知知识
脉冲调制种类:
脉冲幅度调制PAM:用基带信号m(t)去改变脉冲的幅度,这种 调制称为 PAM。 脉冲宽度调制PWM:用基带信号m(t)去改变脉冲的宽度,这种 调制称为 PWM。
脉冲相位调制PPM:用基带信号m(t)去改变脉冲的相位,这种调 制称为 PPM。
三、实验应知知识
1、脉冲振幅调制
脉冲调幅(PAM)系统的电路组成框图如下:
话音输入 0-6000H
PAM信 号
300-3400H
输入信号
语音 限带器
PAM调制器
抽样脉冲 f≥2fH
低 通 滤 波 器



抽样脉冲 产生器
调制器
由图可知,脉冲调幅系统的功能是完成对模 拟信号的抽样处理,即产生脉冲调幅信号及不失 真的恢复原信号。该系统必须具备:模拟信号处 理电路、抽样脉冲产生器、抽样门电路和低通滤 波器电路等单元。
U701A、B、C U703 U702B U702A、C
电话接口(左)PAM
K701
测试信号(右)
不限带(右)
PAM 限带(左) K702
语音 限带器
缓 冲
抽样门
缓 冲
低通 滤波器
内部(左) TDMF2
K001
抽样脉冲 产生器
外部(右) 平顶抽样(左) TDMF2
KQ02
自然抽样(右)
4、脉冲调幅与解调系统实验工作原理
a、注意安全操作规程,确保人身安全
b、爱护仪器设备
仪器在使用过程中,不必经常开关电源。 切忌无目的的拨弄仪器面板上的开关和按钮。 仪器设备出现问题,请向老师寻求帮助,请勿随便调换配件。 注意仪表允许安全电压(或电流),切勿超过! 当被测量的大小无法估计时,应从仪表的最大量程开始测试,然 后逐渐减小量程。
3、语音编码的基本概念
3、1 语音编码的定义
语音编码就是实现语音信号的模数(A∕D)变换,即将模拟的语音 信号转换成数字的语音信号。
3、2 语音编码的目的
减少信源冗余,解除语音信源的相关性,压缩语音编码的码速率,提
高信源的有效性。



脉冲振幅(PAM) 调制与解调系统实验
PAM信号
模拟信号
研究 内容
实验现象记录和分析:
此时的输入信号频率为 fin 1kHz ,抽样信号为固定频率 f s 8kHz 没有出现频谱混叠情况。故可以通过加一个低通滤波还原出调制信 号,如图中所示,重建信号频率也为1kHz,但解调输出信号的信噪 比较大,且有一定的延时。
在PCM30/32路系统中,常用的实际抽样脉冲 (8000HZ)形成电路,主要由晶体振荡器、整形、分 频、反相器和计数分配器等电路组成。其系统组成框 图如图所示。
同时产生8路频率相 等,时间排列有序的 抽样脉冲。
3)抽样门电路
对模拟信号进行抽样,是由抽样门电路来完成的, 抽样门相当于一扇门,若选定抽样脉冲频率为8KHZ, 则抽样门每隔125us打开一次,抽样门的开通时间为 0.976us,模拟信号就可以通过,关闭时,模拟信号就 被阻断而不能通过。实际工程应用的抽样门电路常见 的有:
低通滤波器电路
3、脉冲调幅与解调系统实验电路构成
通信原理综合实验系统所设计的抽样定理实验电路主要有: 1、语音限带器
它由运放(TL084) U701A、U701B和周边阻容器件组成一个3dB带宽为3400Hz的低 通滤波器,用于限制最高的语音信号频率,完成对输入模拟信号的限带。限带后的 信号经运放U701C缓冲输出,送到U703(CD4066)模拟开关。
3.通过验证抽样定理实验,加深理解和掌 握抽样定理。
二、实 验 内 容
1.自然抽样 PAM 脉冲信号产生与测量
2.自然抽样 PAM信号解调观测
3.平顶抽样PAM脉冲信号产生与测量
4.平顶抽样解调信号观测 5.抽样定理验证
三、实验应知知识
在数字调制的实验中,我们验证的调制 技术是采用连续振荡波形(如正弦信号) 作为受调制的载波,但在实际的通信工程 中,这并不是唯一的一种载波形式。在时 间上离散的脉冲信号序列,同样可以作为 载波。这时的调制是用基带信号去改变脉 冲信号的波形参数而达到的,人们把这种 调制称为脉冲调制。
码的基础上引入了波形编码的一些特征。可在4----16kbit/s范围内达到良 好的语音质量。 类型:子带编码
三、实 验 原 理
1、实验基本原理
(1)抽样:
利用抽样脉冲把一个时间连续信号变为时间上离散的样 值序列,这一过程称之为抽样。抽样后的信号称为脉冲调幅 (PAM)信号。 PAM信号
(2)抽样定理:
电话1 模块 PAM 模块 DTMF2 模块 U703 抽样门
J00
J00
TP504
TP703
TP704
K702
K701
KQ02
K001
实验现场操作规程
5.1 注意人身安全和仪器设备的安全
为了防止器件损坏,在切断实验电路板上的电源后才能改接电路。 调换仪器时应切断实验台的电源。 逐步养成用右手进行单手操作的习惯。
模拟信号源 信源编码 数字通信系统 信源译码
语音 0.3kHz ~ 3.4kHz
图象 0 ~ 6MHz
目前信源编码的方法主要有以下三大类
1、波形编码:从语音信号的波形出发,对波形的抽样值、预测值、预
测误差进行编码,它以重建语音波形为目的,力图使重建波形接近原信 号波形。(质量高,数据率高,占用频带宽) 特点:利用抽样定理,恢复原始信号的波形; 优点:适应能力强,重建语音质量好; 缺点:编码速率较高,通常在16-64kbit/s范围; 信 类型:PCM,自适应增量调制(ADM),自适应差分编码调制 源 (ADPCM),自适应预测编码APC。
话音输入 0-3400H
抽样脉冲 f≥2fH
抽样定理指出,一个频带受限信号(0;fH)m(t),如果它 的最高频率为fh,则可以唯一地由频率等于或大于2fh的样 值序列所决定。在满足这一条件的情况下,抽样信号保留 了原信号的全部信息,并且,从抽样信号中可以无失真地 恢复出原始信号。
2、脉冲调幅与解调系统组成
示波器CH1
K701(右) K702(左) K001(右) KQ02(右)
说明:什么 是自然抽样PAM?
说明输入信号的抽样点数与抽样脉冲信号的关系。 示波器 CH2
实验现象记录和分析:f=(1KHZ)
输入信号和抽样脉冲序列信号
保持实验1的设置不变
2 自 然 抽 样 PAM 信 号 解 调 测 量
测量点
PAM信号 J5005
还原信号
TP704
话音输入 0-3400H
输入信号
TP701
300-3400H TP702
U701A、B U703
TP703
U702A、C U702B
电话接口(左) PAM
K701
限带(左) PAM 不限带(右)
K702
语音 限带器
测试信号(右)
缓 冲
抽样门
缓 冲
低通 滤波器
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