实验二- PCM编解码单路多路实验

学生实验报告

课程名称 通信原理实验 班级，分组 14无线技术 姓名，学号 实验名称 实验二- PCM编解码单路多路实验 实验时间 2016年11月21日 指导教师 何志红 报 告 内 容 一、实验目的 1. 了解PCM编译码的基本工作原理及实现过程。 2. 了解语音信号数字化技术的主要技术指标，学习并掌握相应的测试方法。 3. 初步了解通信专用集成电路的工作原理和使用方法。 二、实验原理和电路说明 模拟信号数字化可以用数种方式实现。脉冲编码调制(PCM)技术在数字通信系统中得到了广泛的应用。脉冲编码调制系统的原理方框图如图1.1所示。模拟信号经滤波后频带受到了。限带信号被抽样后形成PAM信号。PAM信号在时间上是离散化的，但是幅度取值却是连续变化的。编码器将PAM信号规定为有限种取值，然后把每个取值用二进制码组表示并传送出去。接收端收到二进制编码信号后经译码还原为PAM信号，再经滤波器恢复为模拟信号。经理论分析可知，人的语音信号的幅度概率密度为拉普拉斯分布。这是一种负指数分布，小幅度时概率密度大，而大幅度时概率密度小。因此，语言编码必须设法提高小信号时的信噪比。如果既要考虑到语音信号的幅度变化范围约有40一5OdB，又要考虑到在小信号时有足够好的通话质量，则至少需要11位至12位的线性编码。通常，一路信号的抽样频率为8kHz。这样，当采用线性编码时传输一路PCM符号约需1OOkbit/s的传信率。但是非线性编码却可以用7位至8位的编码使通话质量令人满意，而相应的一路PCM信号的传信率为kbit/s。因此实用的PCM编译码器都是非线性的。 非线性编码器具有特定的压缩特性，这种特性是 为了使编码结果与信号幅度相匹配，以最大限度地减 小量化噪声功率。目前得到广泛使用的是两种对数形式的压缩特性，即A 和μ律对数线近似。这两种均己成为国际建议。实验选用的集成化PCM编译码器CC2914片具有13折线逼近的对数压缩特性。编码器与译码器的压缩特性如图1.2和图1.3所示。图1.2中，每一个折线段各自被划分为16个分层电平。二相段落的分层按步阶1/2递减分段，而每个段落内的分层都是均匀的。 时分复用 在时分多路通信系统中各路信号占据了不同的时间间隔，为了在接收时能正确地区分各路信号的顺序，必须传送同步信号。此外，由于通信的需要还必须传送一些控制信号。这些辅助信号也要占据一定的时间间隔。所有的信号按一定的格局在时间上排列起来形成特定的数码结构。 32路基群的数码结构简单示意图如图1.10所示。发端定时脉冲波形图如图1.11，标准电话信号的频带为300~3400Hz，抽样频率为8000Hz，因此每隔1/8000s(125us)送一个抽样值。把125us称为一帧。一帧由32个时间间隔(路时隙)组成。将每个路时隙从0到31序编号，分别记作TS0,TS1,TS2,,TS31，其中TS1至TS15和TS17至TS31这30路时隙用来传送30路电话信号。TS0分配给帧同步，TS16专用于传送控制信号。每路时隙包含8位码，占时3.9lus，每位码占488ns，一帧共含256个码元。帧同步码组0011011，它是每隔一帧插入TS0的固定码组，接收端识别出帧同步码组后即可建立确定的路序。 集中编码方式PCM30/32方框图如图1.12。 图1.11 PCM30/32发端定时脉冲时间波形图 三、实验内容和数据记录 准备工作： 1、按实验板上所标的电源电压开机，调准所需电压，然后关机； 2、把实验板电源连接线接好；示波器探头1：10，严禁1：1。 3、开机注意观察电流表 正电流 ＋I<180mA ， 负电流 －I<60mA 若与上述电流差距太大，要迅速关机，检查电源线有无接错或其它原因。 (一) 时钟部分 1. 用示波器A线接P1，测量晶振波形。B线接P2测量位定时波形应为对称方波。 2. 用频率计测量P1晶振频率和测量P2位定时频率应分别为4.096MHz和2.048MHz。 3. 用示波器A线接P3，B线接P12测量其波形均应为窄脉冲系列。用频率计测量P3、P12两点频率都应为8KHz, P3、 P12两点信号相位差别180º。P3是多路编码的取样脉冲，P12是多路编码的信铃时隙TS16。 (二) 同步测试信号源部分 开关K位置，K1接触3.4 1. 示波器接P6测量应为正弦波，用频率计测量其频率应为2KHz。P6信号是专门为实验设计的同步测试信号源。请注意P7的峰―峰值应小于5Vpp，否则有可能损坏IC2914。 2. 测P7波形、调整W2, P7为连续可变的正弦波。然后用毫伏表测量P7的幅度，应调整到刚好为1000Mv(有效值)。 3. 示波器A线接P3,B线接P7, P34个取样脉冲(单路工作取样脉冲)。有两个对准P7正弦波峰顶。另两个对准正弦波信号过零点。如果不在此位置上，可调整W1。一般由指导老师调整，建议学生不要调整W1。并作好记录。 (三) PCM单路编，译码实验 开关位置 K1接3、4，即选同步测试信号源2KH ；K3接2、3 即选择单路编码工作状态 K6接1、3 即功放输出接假负载 1. 示波器A线接P3,B线接p9，示波器工作方式(MODE)开关置Chop(断续)位置。在P3低电位期间，P9输出PCM 8位编码值。改变示波器扫描频率，使荧光屏可以显示到P35个取样周期。观察码位时，示波器同步信号必须以P3作触发。 仔细观察这5个取样值的编码码型。第一个和第5个取样点的码型是完全一样的。即完成了正弦波的一个周期。要注意的是，编码器2914P9输出的是ADI码，即偶位码“0”码变“1”码，“1”码变“0”码。记录下这5个取样点的码型。 a、观察第一位极性码，4个取样点中，有两个取样点第一位码为正，另两个取样点第一位码为负。把A线改接P7与B线P9比较，并且把2914片内开关电容滤波时延和反相也考虑进去。你会发现信号正半周时第一位码本应编为“1”码，而实际编为“0”码。信号负半周时，第一位码本应编为“0”码，而实际编为“1”码。这是由于开关电容滤波后，实际的取样信号与P7反相的缘故。 b、观察段落码。把P7信号减小至40mv左右。记录下4个取样点的编码值，并与a、的记录结果进行比较。大信号的段落码落在第7、8段。而小信号的段落码落在第3、4段。在W2作较大范围变化时，其段落码才开始发生变化。 c、观察段内电平码。P7信号40 mv (有效值)。A线接P3, B线接P9，微调W2，观察每个取样点第5、6、7、8码位变化。你会发现，只要W2作极其微小的变动其段内电平码也是不一样的。从这里看出PCM的编码精度是比较高的。记录9mv，l0mv(有效值)的编码值。 d、动态观察编码输出。调整W2，使P7信号在1000mv一40mv之间变化。观察P9输出的码型变化（不记录）。 e、观察静态输出码型。 K1接1、2(即无信号输入时)，PCM编码本应输出全0码，但P9输出变为1、0交替码。这是根据国际电报委员会规定。编码器输出偶位翻转（ADI）以利于传输时钟提取，与P3比较码位有闪动的是哪一位信号。 f、观察解码输出。P9输出1、0交替码时，把A线改接P10。此时解码器无信号输出。再把B线P9改接P7，P7此时无信号输入。然后，K1接3.4，调整W2，随着P7幅度增大，P10输出同步增长。P7幅度减小时，P10输出同步减小。并且输出波形较好。 g、观察功放输出。把B线改接P11，打开W4音量电位器，可看到放大了的P10信号，把K6接2、4，喇叭会有2KHz音频信号。 2、试听译码还原信号 FM收音机接收电台信号用耳机连接线接FM收音机和实验板，K1接1.2，示波器A线接P7，调W2，使P7观察到音频信号为最大，音量电位器W4开置最大，示波器B线接P11，K6接2、4，细观察试听还原的信号。 (四) PCM多路编、译码实验 开关位置： K1接1、2，即送外非同步信号； K3接1、2，即选择多路编译码工作状态 K6接1、3，即功放输出接假负载 1. 观察静态时多路PCM编码输出波形 A线接P9, B线接P3取样脉冲8KHz，把示波器扫描频率转至较低时，P3两个窄脉冲间就是PCM基群的一帧时间。把示波器扫描频率转至较高的位置，A线有稳定的1、0交替码输出，从P3往后数八位码，这就是一帧的一个时隙。把B线改接P10，静态时P10无解码信号输出。注意，这里未加入同步时隙(请参考图1.12)。 2. 观察有信号时多路PCM编码输出波形 K1接3、4，送入2 KHz音频信号，这时P9编码输出波形立即变为码位发生模糊，这就表明已经编了码，看不到码元变化是由于信号每次取样值都不一样，其编码码型不同，在示波器显示同一位置，有时为“1“码，有时为“0”码，由于示波器平均余辉作用，我们只能观察到两条线。 3. K1接3、4，A线接P7，B线接P10，调节W2大小，P10与P7同步增大或减小。 4. K6接2、4，K1接1、2，把W2电位器调至较大，用收音机接收调频信号，用耳机连接线连接收音机和实验板耳机插孔，打开W4音量电位器，试听编码、译码还原的信号，用示波器观察P4和P11的音频信号。 四、结论与心得 本次实验是PCM调制解调实验，这次次实验使我们加深了对PCM调制原理的理解，并且知道如何在硬件上实现PCM调制解调,实验中我们也初步了解了PCM解调原理各种锁相环解调特性，在做眼图实验时，眼图的开启度，“眼皮”厚度都要认真仔细读取，否则会导致结果计算出现较大的误差，可以测量多组数据，减少测量读数错误！这次实验总体还是比较成功的，希望下次有更好的效果。 成绩 教师签名 批改时间 年 月 日