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1、现代通信原理综合实验 实验七 增量调制系统译码实验 实验七 增量调制系统译码实验 实 验 内 容 实 验 内 容 1.连续可变斜率增量调制（M）译码实验 2.增量调制（M）系统特性、指标测试实验 3.同等条件下的PCM与增量调制（M）系统性能比较实验 一. 实验目的 一. 实验目的 1.加深理解连续可变斜率增量调制系统的电路组成与基本工作原理。 2.熟悉对增量调制编译码电路工作过程的检测和测试方法。 3.熟悉该系统在不同工作频率，不同信号频率和不同信号幅度下跟踪输入信号的情况。 4.掌握测量系统的过载特性、编码动态范围以及最大化信噪比等三大指标的测试方法。 二. 实验电路工作原理二. 实验电路
2、工作原理 图7-1是增量调制译码电路结构方框图。图7-2是电原理框图。图7-4是电原理图。 1.实验电路基本工作过程 由发端送来的编码数据信号加至信号开关K802的引脚，通过该开关的作用，把信号送到 U801（MC34115）芯片的第13引脚，即接收数据输入端。本系统因为是译码电路，故CPU送 出低电平至U801（MC34115）的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数 字输入运算放大器与移位寄存器接通，这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器整形 后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚（ANF 端） ， 而是直接送入后面的积分网络中， 再通过
3、接收通道低通滤波电路滤去高频量化噪声， 然后送出话音信号，推动喇叭。 接收数字信号系统工作时钟斜率过载检测电路斜率量值控制电路取 样 量 化斜 率 极 性 控 制 电 路S(t)积 分 器 电 路低 通 滤 波 器 电 路P(t)1 2 3K001图7-1 增量调制系统译码器电路结构方框图 40实验七 增量调制系统译码实验 再生信码入 增量调制信号入 -7二次 有源反馈 LF积分 网络 6音频功放 5 +-运放NC34115直流放大器10Vcc/2 参考电压斜率极性控制运放 +4 15 1312K8023 1 4 比较器解 码编 码比较器U801由 CPU 控制 16电源反相驱动器判断器与斜率
4、过载检测3 11 9 解调时钟526 4 3 K8011 电路 滤波 平滑 音节 32KHz CLK 32KHz 16KHz 64KHz 图7-2 增量调制系统译码器电路原理方框图。 虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是由于增量 调制电路比较简单，能从较低的数码率进行编码，通常为1632kbit/s,在用于单路数字 电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中， 如应用在传输数码率的军事，野外及保密数字电话等方面，在军队系统中的数字卫星通信 地面站设备中，其终端部分的话音编码就是应用的这种大规模集成电路MC3417，MC3418的
5、 连续可变斜率增量调制方式。 2.增量调制系统的基本特性 （1）过载特性 定义：是指编码器不产生过载所能承受的最大输入信号电压的特性。 41现代通信原理综合实验 在简单增量调制系统中，每收到一个“1”码，本地译码器就输出一个正斜变电压， 若收到一个“0”码，本地译码器就输出一个负斜变电压，其斜率为： SSS SfTfRCE T1,0=因为(a)跟踪信号S(t)跟踪着话音信号S(t)的变化t幅度话音信号S(t)跟踪信号S(t)幅度话音信号S(t)跟踪信号S(t)(b)跟踪信号S(t)无法跟踪话音信号S(t)的变化t式中，E为积分网络RC上的电压，fs为工作频率，Ts为工作周期，为量化级，显然，对
6、于 给定的电压E0和RC数值，该斜率是固定不变的，但输入信号S（t）的斜率是变化的，只有 输入信号的斜率小于fs时，本地译码器输出信号S（t）才能跟踪输入信号S（t）的变 化；反之，就跟踪不上，引起译码信号的失真。这种失真称为过载失真。这种现象就称为 过载现象。为避免失真，编码器对输入信号的最大振幅就有限制。如图7-3所示。 图7-3 跟踪信号S/(t)跟踪话音信号S(t)的情况 编码器所容许的最大输入信号幅度的特性称为过载特性。 过载特性曲线就是指编码器能正常工作时信号的最大输入电压幅度（Am）随信号频率fs变化的规律而绘制的曲线。 422（2）超始编码电平AK )(tS2当编码器输入信号最
7、大幅度等于或小于量化时的一半时，即满足关系式： 则编码器不能对输入信号编码。因此，当输入信号的幅度大于 时，输出数码才能反映 )(lg(20dBAkCADm=)(lg(20dBffDmS C=2=kA输入信号的变化。我们把开始编码的输入信号的幅度称为起始编码电平Ak 。显然， （3）编码动态范围Dc 编码动态范围Dc就是输入信号临界过载电压Am与Ak之间的范围。一般用分贝值表示， 则： （4）最大信号量化信噪比 a.定义：最大信号量化信噪比就是收端输出的最大信号功率P0与量化噪声功率N0之比， 用以衡量编码器在编码过程中，由于信号的幅度，时间量化而造成的失真程度。 实验七 增量调制系统译码实验
8、 b.计算公式：对于本实验系统中含有双积分网络的连续可变斜率增量调制系统，则： 323 2 max000676. 0)(afff NqSS =)5 .28(其中fdBNqS=S为取样频率，f为输入信号频率，fao为话路滤波截止频率，当采用fS=32Kb/s， f=8000Hz，fa=3400Hz时，可计算出： 图7-4 增量调制译码电路电原理图 三. 实验内容 三. 实验内容 1.连续可变斜率增量调制（M）译码实验 2.增量调制（M）系统特性、指标测试实验 3.同等条件下的 PCM 与 M 系统性能比较实验 43现代通信原理综合实验 详细内容具体说明如下： 1.单音频信号实验 1.单音频信号实
9、验 （1）在增量调制系统的编码电路发端 S201 输入一音频信号，频率为800Hz，幅度在2V 左右，使发端的编码器正常工作，用示波器测量该增量调制系统译码器电路TP801TP804 各测量点波形。并作记录。注意相位关系。 （2）保持输入信号的频率不变，而改变输入信号的幅度，再测量TP801TP804各点波 形。并能识别正常编码，起始编码与过载编码时的波形。 2.测量系统的过载特性，并绘制系统的过载特性曲线 2.测量系统的过载特性，并绘制系统的过载特性曲线 （1）在增量调制系统的发送端，即编码器电路中，输入一音频信号频率f为800Hz，用 示波器测量译码器的输出波形，即测量点TP804。调节输
10、入信号的幅度由小到大，记录下 使译码器输出波形失真时的临界过载电压 Am0。 （2） 改变输入信号的频率f， 分别取f=400Hz、 800Hz、 1200Hz、 1600Hz、 2000Hz、 2400Hz、 2800Hz、3000Hz、3400Hz，列表记下相应的临界过载电平Am0。见表7-1。 表7-1 400800 12001600200024002800 3000 3400 64KHz 32KHz 时钟速率(KHz) 临 界 过 载 电 平输入信号频 率(KHz）（3）绘制过载特性曲线时，先要测量出输入信号某一频率的起始编码电平AK，然后再测 量出临界过载电平Am0，将临界过载电平A
11、m0与起始编码电平AK之比取分贝数来表示。 如取音频输入信号频率f=800Hz， 时钟速率在64KHz， 调节音频输入信号的电压幅度Am从 零逐渐增大，用示波器观察增量调制系统编码器输出信码P（t）波形，即测量点TP203点 波形，记录下刚开始编码时的Am值。然后再逐渐增大音频输入信号的幅度，记录下增量调 制系统译码器测量点TP804处的输出波形，即刚开始失真时的临界过载电压Am0，将Am0/AK之 比值取分贝数表示， 即可绘制出过载特性曲线中的一个点， 再作出过载特性曲线。 见表7-2。 表7-2 400800 12001600200024002800 3000 3400 64KHz 32K
12、Hz 时钟速率 测量结果 输 入 信 号 频3.测量系统的编码动态范围3.测量系统的编码动态范围 取输入音频信号的频率f = 800Hz，时钟速率32KHz、64KHz分别记录各时钟速率下信 号临界过载电压Am0值，和起始编码电压Ak，然后计算并取分贝来表示。 DC(dB)= 20 lg Am0 - 20lgAk取音频输入信号频率f=800Hz。见表7-3。 44实验七 增量调制系统译码实验 表7-3 Am0(V) AK(V) DWSC(V) 64KHz 32KHz 时钟速率 测量 结果编码 电平注意：系统的转换开关的设置，发送端与接收端各开关的设置必须相一致，否则将出现测 量错误。如果发送端
13、的时钟速率取32KHz时，则K201的第2端与第3端的跳线器相连接，此 时在接收端的时钟速率也应取32KHz，即K801的第2端与第3端相连接，这样收发端的工作 时钟就相一致，编码速率与解码速率相一致，输出为正确波形。 4.测量系统的最大信号量化噪声 4.测量系统的最大信号量化噪声 实际工作时，通常采用失真度仪来测量最大信号量化噪声比。因为失真度与信噪比互 为倒数，所以当用失真度仪测出失真度为x值时，取其倒数1/x即为信噪比，即失真度= x， 则S/Nq = 1/x或（S/Nq ）= 20lg（1/x）dB 关于失真度仪的工作原理，操作使用方法等见该仪表的说明书，这里略。见表7-4。 表7-4
14、 Am0(V)失真度(x%) S/Nqmax(dB) 64KHz 时钟速率测量 结果编码 电平32KHz 5.话音通信实验 5.话音通信实验 （1）单音频信号进行实验系统通信实验，取音频信号频率为1KHz，从S201进入。 （2）单音频信号的高、低音进行实验系统通信实验，即在音频信号的高低两端，取频 率点分别为300Hz、3400Hz ， 分别进行实验。从S201进入。 图7-5 本实验系统通信实验 话筒32KHz16KHz64KHz广播信号信号源来自PSK解调电路来自PSK再生时钟K2012 532KHz16KHz64KHz4 61 3编码器K80231P(t) 22 5K801译码器工作时
15、钟S(t)1 23413 K001（3）外加广播信号或音乐信号从S201进入，进行实验系统通信实验，在接收端，译码45现代通信原理综合实验 电路的输出端插座 K001接入喇叭，即可放出广播信号或音乐信号进行收发通话， 接收端 输出语音幅度可能被放大，也可能被减小，幅度可由通信话路终端接收滤波器电路中的电 位器 W003进行调节。如图7-5所示。 四. 实验步骤 四. 实验步骤 1.按下按键开关：K2、K3、K100、K200、K800 2.按一下“开始”与“M 译码”功能键，显示代码“7” 3.必须使M 编码实验工作正常 4.跳线开关设置：K10112、K20112、K80112、K80212
16、 5.外加 300Hz3400Hz 信号从 S201 进入 五. 测量点说明五. 测量点说明 1.TP801：增量调制译码电路的工作时钟输入波形，工作频率为 64KHz 或 32KHz 或 16KHz，它由开关 K801 的选择来决定： 1 脚与 2 脚相连为 64KHz 时钟信号， 2 脚与 3 脚相连为 32KHz 时钟信号， 4 脚与 5 脚相连为 16KHz 时钟信号， 5 脚与 6 脚相连为来自 PSK 再生时钟 32KHz 的时钟信号波形同 TP205， 即：TP801 = TP205 2.TP802：增量调制译码电路的数字信号输入波形，工作频率为 64KHz 或 32KHz 或 16KHz，它由开关 K802 的选择来决定。开关 K802 的作用： 1 端与 2 端相连，增量调制编码电路的数字信号输出波形，即：TP802 = TP203 2 端与 3 端相
