PCM編譯碼實驗

一、實驗目的
1. 掌握PCM編譯碼原理。
2. 掌握PCM基帶信號的形成過程及分接過程。
3. 掌握語音信號PCM編譯碼系統(tǒng)的動態(tài)范圍和頻率特性的定義及測量方法。

二、實驗內容
1. 用示波器觀察兩路音頻信號的編碼結果，觀察PCM基群信號。
2. 改變音頻信號的幅度，觀察和測試譯碼器輸出信號的信噪比變化情況。
3. 改變音頻信號的頻率，觀察和測試譯碼器輸出信號幅度變化情況。

三、基本原理
1. 點到點PCM多路電話通信原理
脈沖編碼調制(PCM)技術與增量調制(ΔM)技術已經在數字通信系統(tǒng)中得到廣泛應用。當信道噪聲比較小時一般用PCM，否則一般用ΔM。目前速率在155MB以下的準同步數字系列(PDH)中，國際上存在A解和μ律兩種PCM編譯碼標準系列，在155MB以上的同步數字系列(SDH)中，將這兩個系列統(tǒng)一起來，在同一個等級上兩個系列的碼速率相同。而ΔM在國際上無統(tǒng)一標準，但它在通信環(huán)境比較惡劣時顯示了巨大的優(yōu)越性。
點到點PCM多路電話通信原理可用圖5-1表示。對于基帶通信系統(tǒng)，廣義信道包括傳輸媒質、收濾波器、發(fā)濾波器等。對于頻帶系統(tǒng)，廣義信道包括傳輸媒質、調制器、解調器、發(fā)濾波器、收濾波器等。

圖5-1 點到點PCM多路電話通信原理框圖
本實驗模塊可以傳輸兩路話音信號。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。編碼器輸入信號可以是本實驗模塊內部產生的正弦信號，也可以是外部信號源的正弦信號或電話信號。本實驗模塊中不含電話機和混合電路，廣義信道是
理想的，即將復接器輸出的PCM信號直接送給分接器。

PCM編譯碼模塊原理

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

圖5-2 PCM編譯碼原理方框圖
該模塊上有以下測試點和輸入點：
• BS PCM基群時鐘信號(位同步信號)測試點
• SL0 PCM基群第0個時隙同步信號
• SLA 信號A的抽樣信號及時隙同步信號測試點
• SLB 信號B的抽樣信號及時隙同步信號測試點
• SRB 信號B譯碼輸出信號測試點
• STA 輸入到編碼器A的信號測試點
• SRA 信號A譯碼輸出信號測試點
• STB 輸入到編碼器B的信號測試點
• PCM PCM基群信號測試點
• PCM-A 信號A編碼結果測試點
• PCM-B 信號B編碼結果測試點
• STA-IN 外部音頻信號A輸入點
• STB-IN 外部音頻信號B輸入點

本模塊上有三個開關K5、K6和K8，K5、K6用來選擇兩個編碼器的輸入信號，開關手柄處于左邊(STA-IN、STB-IN)時選擇外部信號、處于右邊(STA-S、STB-S)時選擇模塊內部音頻正弦信號。K8用來選擇SLB信號為時隙同步信號SL1、SL2、SL5、SL7中的某一個。
晶振、分頻器1、分頻器2及抽樣信號（時隙同步信號）產生器構成一個定時器，為兩個PCM編譯碼器提供2.048MHz的時鐘信號和8KHz的時隙同步信號。在實際通信系統(tǒng)中，譯碼器的時鐘信號(即位同步信號)及時隙同步信號(即幀同步信號)應從接收到的數據流中提取。此處將同步器產生的時鐘信號及時隙同步信號直接送給譯碼器。
由于時鐘頻率為2.048MHz，抽樣信號頻率為8KHz，故PCM-A及PCM-B的碼速率都是2Mb，一幀中有32個時隙，其中1個時隙為PCM編碼數據，另外31個時隙都是空時隙。
每路PCM信號碼速率為64kb/s，一幀中的32個時隙中有29個是空時隙，第0時隙為幀同步碼(×1110010)時隙，第2時隙為信號A的時隙，第1(或第5、或第7 —由開關K8控制)時隙為信號B的時隙。
本實驗產生的PCM信號類似于PCM基群信號，但第16個時隙沒有信令信號，第0時隙中的信號與PCM基群的第0時隙的信號也不完全相同。
由于兩個PCM編譯碼器用同一個時鐘信號，因而可以對它們進行同步復接(即不需要進行碼速調整)。又由于兩個編碼器輸出數據處于不同時隙，故可對PCM-A和PCM-B進行線或。本模塊中用或門74LS32對PCM-A、PCM-B及幀同步信號進行復接。在譯碼之前，不需要對PCM進行分接處理，譯碼器的時隙同步信號實際上起到了對信號分路的作用。

四、實驗步驟
1. 熟悉PCM編譯碼單元工作原理，開關K8接通SL1(或SL5、SL7)，開關K5、K6分接置于STA-S、STB-S的方向，接通實驗箱電源。
2. 用示波器觀察STA、STB，調節(jié)電位器R19(對應STA)、R20(對應STB)，使正弦信號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。
示波器CH1接SL0，（調整示波器掃描周期以顯示至少兩個SL0脈沖，從而可以觀察完整的一幀信號）CH2分別接SLA、PCM-A、SLB、PCM-B以及PCM，觀察編碼后的數據所處時隙位置與時隙同步信號的關系以及PCM信號的幀結構（注意：本實驗的幀結構中有29個時隙是空時隙，SL0、SLA及SLB的脈沖寬度等于一個時隙寬度）。
開關K8分別接通SL1、SL2、SL5、SL7，觀察PCM基群幀結構的變化情況。
4. 用示波器觀察PCM譯碼輸出信號
示波器的CH1接STA，CH2接SRA，觀察這兩個信號波形是否相同(有相位差)。
5. 用示波器定性觀察PCM編譯碼器的動態(tài)范圍。
開關K5置于STA-IN端，將低失真低頻信號發(fā)生器輸出的1KHz正弦信號從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）。將信號幅度分別調至大于5VP-P、等于5VP-P，觀察過載和滿載時的譯碼輸出波形。再將信號幅度分別衰減10dB、20dB、30dB、40dB、45dB、50dB，觀察譯碼輸出波形(當衰減45dB以上時，譯碼輸出信號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源來觀察PCM編譯碼系統(tǒng)的過載噪聲(只要將STA-S或STB-S信號幅度調至5VP-P以上即可)，但必須用專門的信號源才能較方便地觀察到動態(tài)范圍。
6. 定量測試PCM編譯碼器的動態(tài)范圍和頻率特性。
圖5-3為動態(tài)范圍測試方框圖。開關K5置于STA-IN端，音頻信號發(fā)生器(最好用低失真低頻信號發(fā)生器)輸出1KHz正弦信號，將幅度調為5Vp-p（設為0dB），測試S/N，再將信號幅度分別降低10dB、20dB、30dB、45dB、50dB，測試各種信號幅度下的S/N，將測試數據填入表5-1。

圖5-3 動態(tài)范圍測量框圖     表5-1

頻率特性測試框圖如圖5-4所示。將輸入信號電壓調至2Vp-p左右，改變信號頻率，測量譯碼輸出信號幅度，將測試結果填入表5-2。

圖5-4 頻率特性測試框圖     表5-2

五、實驗報告要求
1. 整理實驗記錄，畫出量化信噪比與編碼器輸入信號幅度之間的關系曲線以及譯碼輸出信號幅度與編碼輸入信號頻率之間的關系曲線。
2. 設PCM通信系統(tǒng)傳輸兩路話音，每幀三個時隙，每路話音各占一個時隙，另一個時隙為幀同步時隙，使用TP3057編譯碼器。求：
(1) 編碼器的抽樣信號頻率及時鐘信號頻率，以及兩個抽樣信號之間的相位關系。
(2) 時分復用信號碼速率、幀結構。
(3) 采用PCM基帶傳輸，線路碼為HDB3碼，設計此通信系統(tǒng)的詳細方框圖。
(4) 采用PCM/2DPSK頻帶傳輸，設計此通信系統(tǒng)的詳細方框圖。