实验五PCM编译码

实验五实验五 PCMPCM 编译码编译码 一 实验目的一 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 M 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 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 解和 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 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 多路电话通信原理可用图 5 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译 码器 分接器 混合 电路 广 义 信 道 图 5 1 点到点 PCM 多路电话通信原理框图 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 5 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 5 2 所示 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A S1 S2 S3 S4 PCM编译 码器A 复接器 抽样信号 产生信号 PCM编译 码器B PCM PCM A SRA SRB PCM B 256KHz S3 S2 S1 8KHz 2048KHz CLK SLA SL2 SLB STA IN K5 SLA SLB SL7 SL5 SL2 SL1 SL0 K8 正弦 信号 源B STB IN STB K6 STA S STA STB S 图 5 2 PCM 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 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 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 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 2Mb 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 每路 PCM 信号码速率为 64kb s 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 四 实验步骤四 实验步骤 1 熟悉 PCM 编译码单元工作原理 开关 K8 接通 SL1 或 SL5 SL7 开关 K5 K6 分接 置于 STA S STB S 的方向 接通实验箱电源 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 波形不失真 峰峰值小于 5V 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 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 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 入到 TP3057 U82 编码器 示波器的 CH1 接 STA 编码输入 CH2 接 SRA 译码输出 将 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 也可以用本模块上的正弦信号源来观察 PCM 编译码系统的过载噪声 只要将 STA S 或 STB S 信号幅度调至 5VP P以上即可 但必须用专门的信号源才能较方便地观察到动态范 围 6 定量测试 PCM 编译码器的动态范围和频率特性 图 5 3 为动态范围测试方框图 开关 K5 置于 STA IN 端 音频信号发生器 最好用低失 真低频信号发生器 输出 1KHz 正弦信号 将幅度调为 5Vp p 设为 0dB 测试 S N 再将信 号幅度分别降低 10dB 20dB 30dB 45dB 50dB 测试各种信号幅度下的 S N 将测试数 据填入表 5 1 音频 信号源 可变 衰减器 编码器 失真仪 译码器示波器 图 5 3 动态范围测量框图 表 5 1 信号幅度 dB 0 10 20 30 40 45 50 S N dB 频率特性测试框图如图 5 4 所示 将输入信号电压调至 2Vp p左右 改变信号频率 测 量译码输出信号幅度 将测试结果填入表 5 2 音频信号源编码器译码器示波器 图 5 4 频率特性测试框图 表 5 2 输入信号 频率 KHz 43 83 63 43 02 52 01 51 00 50 30 20 1 输出信号 幅度 V 五 实验报告要求五 实验报告要求 1 整理实验记录 画出量化信噪比与编码器输入信号幅度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 PC