《通信原理实验》PPT课件.ppt

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实验二脉冲编码调制(PCM)实验一、实验目的1、了解语音信号编译码的工作原理；2、验证PCM编码原理；3、初步了解PCM专用大规模集成电路的工作原理和应用；4、了解语音信号数字化技术的主要指标及测试方法。二、实验预习要求1、复习《通信系统原理》中有关编译码和PCM通信系统的内容；2、认真阅读本实验内容，熟悉实验步骤；3、预习附录中的杂音计，失真度仪的使用。 三、实验原理和电路说明PCM数字电话终端机的结构示意图 模拟信源预滤波抽样器波形编码器量化、编码数字信道波形解码器重建滤波器抽样保持、x/sinx低通模拟终端发送端接收端PCM原理图 1、PCM编译码原理PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号；量化：把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号；编码：将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。国际标准化的PCM码组（电话语音）是八位码组代表一个抽样值。CCITTG.712详细规定了它的S/N指标，还规定比特率为64Kb/s，使用A律或u律编码律。 A律13折线 u律：15折线 本实验采用A律13折线的PCM编码这种折线近似压扩特性的特点是：各段落间量阶关系都是2的倍数，在段落内为均匀分层量化，即等间隔16个分层。这些对于用数字电路实现非线性编码与译码是极为方便的。 2、实验电路PCM编译码器简介TP3067管脚图TP3067的管脚定义简述如下：(1)VPO+接收功放的同向输出。(2)GNDA模拟地。所有信号以这个引脚为参考点。(3)VPO-接收功放的反向输出。(4)VPI将输入转换到接收功放。(5)VFRO接收滤波器的模拟输出。(6)VCC正电源引脚。VCC=+5V±5%(7)FSR接收部分的8KHZ帧同步时隙信号。(8)DRPCM码流解码输入。(9)BCLKR/CLKSET接收数据(DR)时钟,在固定速率工作模式下为2048K。FSR的上升沿，可以从64KHZ变化到2.048MHZ。逻辑输入可以交替地选择在同步模式下提供给主时钟的1.536MHZ/1.554MHZ或2.048MHZ，BCLKX用于传输和接收。 TP3067的内部结构框图 TP3067的管脚定义简述（续）：(10)MCLKR/PDN接收主时钟。1.544MHZ或2.048MHZ。可以与MCLKX同步，但最好是在最佳性能时与MCLKX同步。在MCLKR持续低时，全部内部定时选择MCLKX。在MCLKR持续高时，器件处于低功耗状态。(11)MCLKX传输主时钟必须是1.536MHZ、1.544MHZ或2.048MHZ。可以与MCLKR同步。(12)BCLKX传输数据(DX)位时钟,固定速率工作模式下为2048K。可以从64KHZ变化到2.048MHZ,但必须与MCLKX同步。(13)DX编码数据输出,通过FSX使能。(14)FSX发送部分的8KHZ帧同步时隙信号。(15)TSX编码时的消耗输出。(16)ANLB控制输入的模拟回路。操作时必须置逻辑“0”。(17)GSX传输输入放大器的模拟输出，用于内部设置增益。(18)VFXI-传输输入放大器的反向输入。(19)VFXI+传输输入放大器的同向输入。(20)VBB负电源引脚。VBB=-5V±5%。 定时部分TP3067编译码器所需的定时脉冲均由定时部分提供。这里只需要主时钟2048KHz和帧定时8KHz信号。为了简化实验内容，本实验系统的编译码部分公用一个定时源以确保发收时隙的同步。在实际的PCM数字电话设备中，必须有一个同步系统来保证发收同步的。四、实验仪器双踪同步示波器≥20MHz1台直流稳压电源+5V-5V+12V1台低频信号发生器输出频率范围满足50Hz-8KHz输出电压范围满足0--5V（峰峰值）1台失真度测试仪QZ4121测量频率范围满足50Hz-8KHz测量信噪比范围0---50dB1台杂音计HF5151A1台PCM实验箱1台数字频率计测量频率范围50Hz—10MHz1台万用表1台 五、实验内容(一)时钟部分主振频率为4096KHz，经分频后得到2048KHz的位定时和128KHz的定时，再经分频分相后得到8KHz的主同步时钟和路时钟。用示波器在测试点(1)观察主振波形，用频率计测量其频率。同样在(2)、(3)和(4)观察并测量其它时钟信号,并记录各点波形的频率和幅度。(二)PCM编译码器音频信号（fH=1KHZ,幅度2VP-P）从(5)--（5’）输入，其中（5）为GND，（5’）为信号输入端。输入信号的频率为1KHz，幅度为2Vp-p，在(6)可观察到PCM编码输出的码流。注：由于我们只在一个时隙上工作，而标准的基群信号中包括32个时隙，由于没有在其他时隙进行编码，因此编码器只在一个时隙有输出，然后慢慢衰落，这样从表面上看起来PCM输出码流象一个衰减振荡。连接(6)—（7），则在测试点(8)可观察到经译码和接收低通滤波器恢复出的输出音频信号，记录各测试点的波形参数。 (三)系统性能测试系统性能测试有三项指标，即动态范围、信噪比特性和频率特性。1、动态范围在满足一定信噪比(S/N)条件下，编译码系统所对应的音频信号的幅度范围定义为动态范围。通常规定音频信号的频率为800Hz(或1000Hz)。动态范围应大于CCITT(国际电报、电话咨询委员会)建议的框架(样板值)，如图所示。PCM编译码系统动态范围样板值 动态范围测试框图-10dB-20dB-30dB-40dB-50dBVin(mv)p-p500015005001505015VoutKNS/N(dB)在原理部分已经提到，PCM编译码器允许输入信号的最大幅度为4.36V。为了确保器件的安全使用，本实验在进行动态范围这一指标测试时，不再对输入信号的临界过载进行验证。取输入信号的最大幅度为5VP-P(注意：信号要由小至大调节)，测出此时的S/N值。 2、信噪比特性在上一项测试中选择出最佳编码电平(S/N最高)，在此电平下测试不同频率下的信噪比值。频率选择在信噪比特性测试数据记录于下表。信噪比特性(Vin=2VP-P)f(Hz)50010001500200025003000VoutKNS/N(dB)3、频率特性选一合适的输入电平(Vin=2VP-P)，改变输入信号的频率，在(TP8)逐频率点测出译码输出信号的电压值,频率特性测试数据记录于下表。f(Hz)2505001000200030003400Vout 六、实验报告1、整理实验记录，画出相应的曲线和波形。2、PCM编译码系统由哪些部分构成？各部分的作用是什么？3、对PCM和△M系统的系统性能进行比较，总结它们各自的特点。4、在实际的通信系统中收端(译码)部分的定时信号是怎样获取的？5、对改进实验有什么建议？