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1、通信原理实验,1,4.通过了解大规模集成电路MC145540的功能与使用方法，进一步掌握PCM通信系统的工作原理。,1.通过脉冲编码调制与解调系统实验，加深理解脉冲编码调制与解调技术的特点。,2.通过PCM编/译码系统实验，掌握PCM编/译码系统的电路组成与工作原理，建立PCM通信系统的基本概念。,3.定量分析并掌握模拟信号按13折线A律特性编成的八位码的方法。,一、实 验 目 的,(2)PCM译码,输出时钟和帧同步时隙信号观测,(1)PCM编码,抽样时钟信号与PCM编码数据测量, PCM译码器输出模拟信号观测, 改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。, 改变基带信
2、号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。,二、实 验 内 容,三、实 验 原 理,由此可见，脉冲编码调制方式就是一种传递模拟信号的数字通信方式。,3.1 PCM基本原理,脉冲编码调制,把一个时间连续、取值连续的模拟信号进行抽样，变换成时间离散信号后，再进行量化、编码，变换成时间离散、取值离散的数字信号的过程。,抽样,对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号。,量化,把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组相近的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示。,编码,用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。,模拟信号,数字信号,实际上量化是在编码过程中同
3、时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。,5,在CCITT建议中，A=87.56。在具体实现时压缩曲线c(x)用13段折线来近似，量化电平数L=256，即编码位数R=8。因为对语音的采样频率为8kHz，这样，A率13折线的PCM输出数据流速率为64kb/s。,目前国际上普遍采用容易实现的A律13折线压扩特性和律15折线的压扩特性。我国规定采用A律13折线压扩特性。本实验中的PCM采用的是A律13折线PCM。由通信原理基础知识可知，A率对数压缩特性定义为：,三、实 验 原 理,3.2 PCM输出数据速率,3.3 A律13折线的压缩示意图,三、实 验 原 理,负电平部分的压扩特性和正电
4、平部分的压扩特性是对称的 ，所以讨论正电平压扩特性。,这种量化方式相比于线性量化，当信号为小信号时，其信噪比较高（尤其是语音信号）。,本来划分的16折线段实际为13折线段。,PCM编码对一个采样值量化编码后得到的是8比特的编码，这8比特的码位安排：,8比特的码位安排分别为： 编码的第一位C1为极性码，正电平为1，负电平为0。 C2C4为段落码，表示信号绝对值处在哪个段落，3位码的8种可能状态分别代表8个段落的起点电平。 C5C8为段内码，段内码共4位，并且段内采用均匀量化的方式，故共有24=16个均匀量化级。,但因段落长度不等，故不同段落间的量化级是非均匀的。小信号时，段落短，量化间隔小；反之
5、，量化间隔大。 13折线中的第一、 二段最短，只有归一化的1/128，再将它等分16小段。这是最小的量化级间隔，它仅有输入信号归一化值的1/2048，记为，代表一个量化单位。 第八段最长，它是归一化值的1/2，将它等分16小段后，每一小段归一化长度相当于64个最小量化间隔，记为64。 其余各段的最小量化间隔的计算以此类推。 但因段落长度不等，故不同段落间的量化级是非均匀的。小信号时，段落短，量化间隔小；反之，量化间隔大。,13折线PCM参数,3.4 PCM调制解调系统电路组成框图及工作原理,PCM编译码系统由五个电子单元构成。,三、实 验 原 理,0-3400HZ,8KHZ,300-3400H
6、Z,PCM码流,PCM码流,PCM编码过程,实际上就是A/D变换的过程。,PCM信号的译码过程，实际上就是D/A变换的过程。,3.5 PCM调制与解调系统实验电路构成框图,三、实 验 原 理,3.6 自适应差值脉冲编码ADPCM调制解调芯片MC145540,三、实 验 原 理,K503 收信号电平控制,K504 正常/自环 控制,U501A 发语音限带 300-3400,U501B 收低通滤波器 300-3400,PCM 编/译码器,8KHZ抽样脉冲,256KHZ主时钟,TP501,TP502,TP503,TP504,TP505,TP506,3.7 PCM实验电路电原理图,三、实 验 原 理,
7、K501 话音/测试,K502 发信号电平控制,发送码流,接收码流,PCM实验需设置的开关,PCM实验的测量点,本实验需应到的电路模块共三个,3.8 PCM调制与解调系统实验电路布局图,电话1 模块,ADPCM1模块,交换接续控制模块,PCM模块主要器件,U501 运放,U502 编译码器,U503 晶体 2048,K501,K502,K504,K503,K001,KQ02,J005,J006,TP501,TP502,TP503,TP504,TP505,TP506,三、实 验 原 理,实验应知知识介绍完毕,实 验 开 始,谢谢!,a、注意安全操作规程，确保人身安全,注意人身安全和仪器设备的安全
8、,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仪器的电源。,逐步养成用右手进行单手操作的习惯。,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。,实验现场的操作规程,菜单键选择“PCM”编码方式,四、实验内容,电路测试框图如图示,实验 准备,机器通电,实验数据测量记录,1.TP504信号波形与频率,2.TP503信号波形与频率,3.比较TP503与TP504信号波形,明确PCM30/32路程控交换系统中话路比特的安排。即在每个话路时隙内将PAM的一个抽样值
9、编为8位二元码，编号为1-8。（每个码元占3.9us/8=488ns,称为一比特）第1比特为极性码，第2-4比特为段落码，第5-8比特为段内码。,TP504,TP503,“ KQ02”（右）,PCM 编 码 信 号 产 生 与 测 量,电路测试框图如图示,实验 准备,用函数信号发生器产生一频率为1KHz, 电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入J005和J006。,ADPCM1“K501”(右),交换接续控制“K001”（右）,实验数据测量记录,1)观测TP504（抽样脉冲）和TP502（PCM码流）,2)观测TP501（模拟信号）和TP502（PCM码流）,3)根据测量结果，分析和说明抽样时隙
10、与PCM码流的关系和模拟信号与数字信号的特点？,四、实验内容,“K502”(左),PCM码流与输入信号关系的测量,电路测试框图如图示,实验 准备,ADPCM1中“K501”(右),交换接续控制“K001”（右）,“KQ02”（右）,用函数信号发生器产生一频率为1KHz, 电平为2Vp-p的正弦波测试信号送入J005和J006。,实验数据测量记录,调整电位器W501改变发通道的信号电平。用示波器观测编码输出数据信号“TP502”,记录PCM码流随输入信号电平变化的关系。,四、实验内容,“K502”(右),PCM 译 码 输 出 信 号 测 量,电路测试框图如图示,实验 准备,ADPCM1中“K5
11、01”(右),“K502”（左）,“K504”（右）,Vi=1KHz/2Vp-p正弦波,实验数据测量记录,1.观测TP501和TP506，以TP501做同步。定性的分析解码恢复出的模拟信号质量。,2.将输入信号Vi频率固定在1KHz，按表给定数据改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。分析信噪比随输入信号电平变化的相关关系。,四、实验内容,“K503”（左）,交换接续控制“K001”（右）,“KQ02”（右）,四、实验内容,电路测试框图如图示,1.按表所示数据，改变输入信号频率，但应保持电压幅度2Vp-p不变。分别观测并记录TP506输出信号幅度，以TP501做同步。,2.依据测
12、量数据，画出实验用PCM系统的幅频特性曲线图。,实验 准备,ADPCM1中“K501”(右),“K502”（左）,“K504”（右）,Vi=1KHz/2Vp-p正弦波,“K503”（左）,交换接续控制“K001”（右）,“KQ02”（右）, PCM 译 码 输 出 信 号 频 率 特 性 测 量,五、实验报告内容与思考题,1.MC145540PCM编码器输出的PCM数据的速率是多少？在本次实验系统中,为什么要给MC145540提供2.048MHz的时钟？2.为什么实验时观察到的PCM编码信号总是随时变化的？3.当输入正弦信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，分析脉冲编码调制和解调的波形
13、。,1、分析实验电路的工作原理，叙述其工作过程。 2、根据实验测试记录，在坐标纸上画出各测量点的波形图，并分析实验现象。,(2) 实验思考题,(1) 实验报告,语音信号的压缩编码,一.压缩编码原因,语音信号的压缩编码是研究如何降低语音信号编码速率的问题。,以语音信号为例，模拟形式下带宽一般不到4KHz，经过调制后，所需传输带宽不会超过8KHz。,但是,PCM通信系统，以8KHz抽样，并且每个样值用8位二进制代码表示时，即采用A率13折线PCM数字语音信号时，信息速率为64Kbit/s。利用二进制理想基带传输系统传输一路这样的数字语音信号。所占系统的最小频带宽度为32KHz。,二.什么是语音压缩
14、编码？,把数码率低于64Kbit/s的语音编码方法称为语音压缩编码技术。,一种新型的脉冲编码技术，它是利用自适应技术和差值编码技术相结合的一种编解码技术。可以使64 kbit/s 的脉冲编码(PCM)信号进一步压缩为32 kbit/s 的脉冲编码数据。使传输脉冲编码所需要的带宽减少一半；根据CCITT的G.721建议，以码率为32kb/s的ADPCM作为语音压缩的国际标准。在ADPCM算法中，它的采样率可以是8KHz，采样精度16bit，量化阶的保存为4位，因此压缩比为4:1，即每秒保存或者传送大小为32Kbit。且从波形恢复出来的声音效果与原始声音几乎没有区别，人耳无法辨别。不仅提高了信道的
15、利用效率，并且还可以使脉码调制系统的通信质量得到提高。,自适应差值脉冲编码调制（ADPCM）,ADPCM 的基本原理是利用对过去的几个抽样值来预测当前输入的样值，并使预测电路具有自适应的预测功能与实际检测值进行比较，随时对测得的差值自动进行量化级差的处理，使之始终保持与信号同步变化。这种ADPCM 技术已广泛地应用于电话通信网。,实验项目：ADPCM语音压缩编码,一、实 验 目 的,1、了解ADPCM的基本原理；,2、了解语音压缩编码的基本原理和过程。,二、实 验 内 容,实验项目：ADPCM语音压缩编码,(1)ADPCM编码：,ADPCM输出时钟和帧同步时隙信号观测,ADPCM抽样时钟信号与
16、编码输出数据测量,(2)ADPCM译码：, ADPCM译码器输出模拟信号观测 ；, 改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况；, 改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。,菜单键选择“ADPCM”编码方式,三、实验内容,电路测试框图如图示,实验 准备,机器通电,实验数据测量记录,1.TP504信号波形与频率,2.TP503信号波形与频率,3.比较TP503与TP504信号波形,明确ADPCM系统中话路比特的按排。即在每个话路时隙内将信号差值编为4位二元码，编号为1-4。,TP504,TP503,AD PCM 编 码 信 号 产 生 与 测 量,电路测试框图如图示,实验数据测量记录,1)观测TP504（抽样脉冲）和TP502（ADPCM码流）,2)观测TP501（模拟信号）和TP502（ADPCM码流）,3)根据测量结果，分析和说明抽样时隙与ADPCM码流的关系和模拟信号与数字信号的特点？,
