PCM編譯碼的實驗報告
篇一：實驗十一：PCM編譯碼實驗報告
實驗報告
哈爾濱工程大學教務處 制
實驗十一 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、 實驗儀器
1. 雙蹤示波器一臺 2. 通信原理Ⅵ型實驗箱一臺
3. M3:PCM與ADPCM編譯碼模塊和M6數(shù)字信號源模塊 4. 麥克風和揚聲器一套
三、實驗步驟
1．實驗連線
關閉系統(tǒng)電源，進行如下連接：
非集群方式
2. 熟悉PCM編譯碼模塊，開關K1接通SL1，打開電源開關。 3．用示波器觀察STA、STB，將其幅度調至2V。
4. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號。
當采用非集群方式時：
測量A通道時：將示波器CH1接SLA（示濾波器掃描周期不超過SLA的周期，
以便觀察到一個完整的幀信號），CH2接PCM A OUT，觀察編碼后的數(shù)據(jù)與時隙同步信號的關系。
測量B通道時：將示波器CH1接SLB，（示濾波器掃描周期不超過SLB的周期，
以便觀察到一個完整的幀信號），CH2接PCM B OUT，觀察編碼后的數(shù)據(jù)與時隙同步信號的關系。
當采用集群方式時：將示波器CH1接SL0，（示濾波器掃描周期不超過SL0的周期，
以便觀察到一個完整的幀信號），CH2分別接SLA、PCM A OUT、SLB、PCM B OUT以及PCM_OUT，觀察編碼后的數(shù)據(jù)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S2分別接通SL1、SL2、SL3、SL4，觀察PCM基群幀結構的變化情況。
5. 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)。
示波器的CH1接STB，CH2接SRB，觀察這兩個信號波形是否相同(有相位差)。
6. 用示波器定性觀察PCM編譯碼器的動態(tài)范圍。
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MC145503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，觀察譯碼輸出波形。
篇二：pcm編譯碼實驗報告
項目二
實驗十一 PCM編譯碼實驗
一、 實驗目的
1. 掌握PCM編碼原理。
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、 實驗儀器
1. 雙蹤示波器一臺
2. 通信原理VI型實驗箱一臺
3. M3：PCM與ADPCM編譯碼模塊和M6數(shù)字信號源模塊
4. 麥克風和揚聲器一套
三、 實驗原理及基本內容
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（△M）技術已經(jīng)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到廣泛應用。當信道噪聲較小時一般用PCM，否則一般用△M。目前速率在155MB以下的準同步數(shù)字系列（PDH）中，國際上存在A律和u律兩種編譯碼標準系列，在155MB以上的同步數(shù)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△M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多路電路通信原理可用11—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。
本實驗模塊可以傳輸兩路話音信號。采用MC145503編譯器，它包括了圖11—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系統(tǒng)內部產(chǎn)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，廣義信道時理想的，即將復接器輸出的PCM信號直接送給分接器。
2.PCM編譯模塊原理
本模塊的原理方框圖及電路圖如圖11-2及圖11-3所示。
BSPCM基群時鐘信號（位同步）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
STB輸入到編碼器B的信號測試點
PCM_OUTPCM基群信號輸出點
PCM_IN PCM基群信號輸入點
PCM A OUT 信號A編碼結果輸出點
PCM B OUT 信號B編碼結果輸出點
PCM A IN 信號A編碼結果輸入點
PCM B IN 信號B編碼結果輸入點
本模塊上有S2這個拔碼開關，用來選擇SLB信號為時隙同步信號SL1、SL3、SL5、SL6中的任一個。
圖11-2各單元與圖11-3中的元器件之間的對應關系如下：
晶振 X1：4.096MHZ晶振
分頻器1/2U1：74LS193; U6： 74HC4060
抽樣信號產(chǎn)生器 U5：74HC73; U2：74HC164
PCM編譯器A U10：PCM編譯碼集成電路MC145503
PCM編譯器B U11：PCM編譯碼集成電路MCL45503
幀同步信號產(chǎn)生器 U3：8位數(shù)據(jù)產(chǎn)生器74HC151; U4：A:與門7408
復接器U9：或門74LS32
晶振、分頻器1、分頻器2及抽樣信號（時隙同步信號）產(chǎn)生器構成一個定時器，為兩個PCM編譯碼提供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）及時隙信號（即幀同步信號）應從接收到的數(shù)據(jù)流中提取，方法如實驗五及實驗六所述。此處將同步器產(chǎn)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，抽樣頻率為8KHZ，故PCM-A及PCM-B的碼速率都是2.048MB，一幀中有32個時隙，其中一個時隙為PCM編碼數(shù)據(jù)，另外31個時隙都是空時隙。
PCM信號碼速率也是2.048MB，一幀中的32個時隙有29個是空時隙，第0個時隙為幀同步碼（X1110010）時隙，第2個時隙為信號A的時隙，第1（或第3、第5、或第6—由拔碼開關S2控制）時隙為信號B的.時隙。
本實驗產(chǎn)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，因而可以對他們進行同步復接。又由于兩個編碼器輸出數(shù)據(jù)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的分路作用。
在通信工程中，主要用動態(tài)范圍和頻率特性來說明PCM編譯碼器的性能。
動態(tài)范圍的定義是譯碼器輸出信噪比大于25db時允許編碼器輸入信號幅度的變化范圍。PCM編譯碼器的動態(tài)范圍應大于圖11-6所示的CCITT建議框架。
當編碼器輸入信號幅度超過其動態(tài)范圍時，出現(xiàn)過載噪聲，故編碼輸入信號幅度超過大時量化信噪比急劇下降。MC145503編譯碼系統(tǒng)輸入信號的最大幅度為5V。
由于采用對數(shù)壓擴技術，PCM編譯碼系統(tǒng)可以改善小信號的信噪比，MC145503可采用A律13折線對信號進行壓擴。當信號處于某一段時，量化噪聲不變，因此在同一段落內量化噪聲比隨信號幅度減小而下降。13折線壓擴特性曲線將正負信號分為8段，第1段信號最小，第8段信號最大。當信號處于第一，二段時，量化噪聲不隨信號幅度變化，因此噪聲不隨信號幅度變化，因此信號太小時，量化信噪比會小于25db，這是動態(tài)范圍的下限。MC145503編譯碼系統(tǒng)動態(tài)范圍內輸入信號最小幅度約為0.025Vpp。
常用1KHZ的正弦信號作為輸入信號來測量PCM編譯碼器的動態(tài)范圍。
語音信號的抽樣信號頻率為8KHZ，為了不發(fā)生頻譜混疊，常將語音信號經(jīng)截止頻率為3.4khz的低通濾波器處理后在進行A/D處理。語音信號的最低頻率一般為300hz。MC145503編碼器的低通濾波器和高通濾波器決定了編譯碼系統(tǒng)的頻率特性，當輸入信號頻率超過這兩個頻率范圍時，譯碼輸出信號幅度迅速下降。這就是PCM編譯碼系統(tǒng)頻率特性的含義。
四、 實驗步驟
1. 實驗連線
關閉系統(tǒng)電源，進行如下連接：
3. 用示波器觀察STA、STB，將其幅度調至2V。
4. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號。
當采用非集群方式時：
測量A通道時：將示波器CH1接SLA,CH2接PCM A OUT,觀察編碼后的數(shù)據(jù)與時隙同步信號的關系。
測量B通道時：將示波器CH1接SLB，CH2 接PCM B OUT，觀察編碼后的數(shù)據(jù)與時隙同步信號的關系。
當采用非集群方式時：將示波器CH1接SL0，CH2分別接SLA、PCM A OUT、SLB、PCM B OUT以及PCM_OUT，觀察編碼后的數(shù)據(jù)所處時隙同步信號的關系以及PCM信號的幀結構。開關分別接通SL1、SL2、SL3、SL4觀察PCM基群幀結構的變化情況。
5．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（相位差）。 示波器的CH1接STB，CH2接SRB,觀察這兩個信號波形是否相同（相位差）。
6.用示波器定性觀察PCM編譯碼器的動態(tài)范圍。
將低失真頻信號發(fā)生器輸出的1khz正弦信號從STA-IN輸入到MC145503編碼器。示波器的CH1接STA，CH2接SRA。將信號幅度分別調至大于5Vpp、等于5Vpp，觀察過載和滿載時的譯碼輸出波形。在將信號幅度分別減至10db、20db、30db、40db、45db、50db，觀察譯碼輸出波形。
7.兩人通話實驗
本模塊提供兩個人的通話信道。由于麥克風輸出的信號幅度比較小，需放大到2Vpp左右再由STA和STB輸入到兩個編碼器。譯碼器輸出信號由SRA和SRB輸出，將幅度較大，需衰減到適當值后再送給揚聲器。
在話筒輸入放大電路中，可以通過調整可調電阻R18來改變輸出增益。
在語音輸出放大電路中，可以通過調整可調電阻R12和R22來改變輸出音量。 在實驗時，只需將話筒輸出信號從MIC_OUT端口連接到STA,再將譯碼后的語音信號從SRA連接到MIC_IN即可，但需將STA或STB端口的原有連接去除。
五、 實驗記錄與分析
1.用示波器觀察STA、STB，將其幅度調至2V。
實驗中，從示波器中可以讀出，輸入編碼器的信號頻率存在fA=fB，且頻率等于1Khz,幅度等于2V。
2. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號。
分析如下：
SL0是PCM基群的時隙同步信號，信號A,B信號插入到相應的時隙，編碼輸出的位置仍在相應的時隙。編碼輸出總會延遲與輸入。其中第2個時隙是A信號，2,5,7時隙
篇三：32路PCM幀結構
為了提高通信系統(tǒng)信道的利用率，話音信號的傳輸往往采用多路復用通信的方式。這里所謂的多路復用通信方式通常是指：在一個信道上同時傳輸多個話音信號的技術，有時也將這種技術簡稱為復用技術。復用技術有多種工作方式，例如頻分復用、時分復用以及碼分復用等。
頻分復用是將所給的信道帶寬分割成互不重疊的許多小區(qū)間，每個小區(qū)間能順利通過一路信號，在一般情況下可以通過正弦波調制的方法實現(xiàn)頻分復用。頻分復用的多路信號在頻率上不會重疊，但在時間上是重疊的。
時分復用是建立在抽樣定理基礎上的。抽樣定理使連續(xù)(模擬)的基帶信號有可能被在時間上離散出現(xiàn)的抽樣脈沖值所代替。這樣，當抽樣脈沖占據(jù)較短時間時，在抽樣脈沖之間就留出了時間空隙，利用這種空隙便可以傳輸其他信號的抽樣值。因此，這就有可能沿一條信道同時傳送若干個基帶信號。
碼分復用是一種以擴頻技術為基礎的復用技術，在第九章中將詳細地進行介紹。
在這部分中，將在分析時分復用(TDM)技術的基礎上，研究并說明PCM時分多路數(shù)字電話系統(tǒng)的原理和相關參數(shù)。
6.3.1 PAM時分復用原理
為了便于分析時分復用(TDM)技術的基本原理，這里假設有3路PAM信號進行時
分多路復用，其具體實現(xiàn)方法如圖6-27所示：
圖6-27 3路PAM信號時分復用原理方框圖
從圖6-27可以看到，各路信號首先通過相應的低通濾波器，使輸入信號變?yōu)閹扌盘�。然后再送到抽樣開關(或轉換開關)，轉換開關(電子開關)每秒將各路信號依次抽樣一次，這樣3個抽樣值按先后順序錯開納入抽樣間隔之內。合成的復用信號是3個抽樣消息之和，如圖6-28所示。由各個消息構成單一抽樣的一組脈沖叫做一幀，一幀中相鄰兩個抽樣脈沖之間的時間間隔叫做時隙，未能被抽樣脈沖占用的時隙部分稱為防護時間。
圖6-28 3路時分復用合成波形
多路復用信號可以直接送入信道傳輸，或者加到調制器上變換成適于信道傳輸?shù)男问胶笤偎腿胄诺纻鬏敗?/p>
在接收端，合成的時分復用信號由分路開關依次送入各路相應的重建低通濾波器，恢復出原來的連續(xù)信號。在TDM中，發(fā)送端的轉換開關和接收端的分路開關必須同步。所以在發(fā)端和收端都設有時鐘脈沖序列來穩(wěn)定開關時間，以保證兩個時鐘序列合拍。
根據(jù)抽樣定理可知，一個頻帶限制在范圍內的信號，最小抽樣頻率值為2，這時就可利用帶寬為的理想低通濾波器恢復出原始信號來。對于頻帶都是的N路復用信號，它們的獨立抽樣頻率為，如果將信道表示為一個理想的低通形式，則為了防止組合波形丟失信息，
傳輸帶寬必須滿足
6.3.2 時分復用的PCM系統(tǒng)（TDM—PCM）
PCM和PAM的區(qū)別在于PCM要在PAM的基礎上經(jīng)過量化和編碼，把PAM中的一個抽樣值量化后編為k位二進制代碼。圖6-29表示一個只有3路PCM
復用的方框圖。
圖6-29 3路時分復用PCM原理方框圖
圖
6-29 (a)表示發(fā)端原理方框圖。話音信號經(jīng)過放大和低通濾波后得到
、和，再經(jīng)過抽樣得到3路PAM信號、和，它們在
時間上是分開的，由各路發(fā)送的定時取樣脈沖進行控制，然后將3路PAM信號一起加到量化和編碼器內進行量化和編碼，每個PAM信號的抽樣脈沖經(jīng)量化后編為k位二進制代碼。編碼后的PCM代碼經(jīng)碼型變換，變?yōu)檫m合于信道傳輸?shù)拇a型（例如HDB3碼），最后經(jīng)過信道傳到接收端。
圖6-29 (b)為接收端的原理方框圖。當接收端收到信碼后，首先經(jīng)過碼型變換，然后加到譯碼器進行譯碼。譯碼后得到的是3路合在一起的PAM信號，再經(jīng)過分離電路把各路PAM信號區(qū)分開來，最后經(jīng)過放大和低通濾波還原為話音信號。
TDM—PCM的信號代碼在每一個抽樣周期內有個，這里N表示復用路數(shù)，k
表示每個抽樣值編碼的二進制碼元位數(shù)。因此，二進制碼元速率可以表示為，也就是。但實際碼元速率要比大些。因為，在PCM數(shù)據(jù)幀當中，除了話音信號的代碼以外，還要加入同步碼元、振鈴碼元和監(jiān)測碼元等。
6.3.3 32路PCM的幀結構
對于多路數(shù)字電話系統(tǒng)，國際上已建議的有兩種標準化制式，即PCM 30/32路(A律壓擴特性)制式和PCM 24路(μ律壓擴特性)制式，并規(guī)定國際通信時，以A律壓擴特性為準(即以30/32路制式為準)，凡是兩種制式的轉換，其設備接口均由采用μ律特性的國家負責解決。因此，我國規(guī)定采用PCM 30/32路制式，其幀和復幀結構如圖6-30所示。
圖6-30 PCM 30/32路幀和復幀結構
從圖6-30中可以看到，在PCM 30/32路的制式中，一個復幀由16幀組成；一幀由32個時隙組成；一個時隙為8位碼組。時隙l～15，17～3l共30個時隙用來作話路，傳送話音信號，時隙0(TS0)是“幀定位碼組”，時隙16(TS16) 用于傳送各話路的標志信號碼。
從時間上講，由于抽樣重復頻率為8000Hz，因此，
抽樣周期為，這也就是PCM 30/32的幀周期；一復幀由16個幀組成，這樣復幀周期為2ms；一幀內要時分復用32路，則每路占用的時隙為；每時隙包含8位碼組，因此，每位碼元占488ns。
從傳碼率上講，也就是每秒鐘能傳送8000幀，而每幀包含32×8＝256bit，因此，總碼率為256比特/幀×8000幀/秒＝2048kb/s。對于每個話路來說，每秒鐘要傳輸8000個時隙，每個時隙為8bit，所以可得每個話路數(shù)字化后信息傳輸速率為8×8000＝64kb/s。
從時隙比特分配上講，在話路比特中，第l比特為極性碼，第2～4比特為段落碼，第5～8比特為段內碼。對于TS0和TS16時隙比特分配將分別予以介紹。 TS0時隙比特分配。為了使收發(fā)兩端嚴格同步，每幀都要傳送一組特定標志的幀同步碼組或監(jiān)視碼組。幀同步碼組為“0011011”，占用偶幀TS0的第2～8碼位。第l比特供國際通信用，不使用時發(fā)送“1”碼。在奇幀中，第3位為幀失步告警用，同步時送“0”碼，失步時送“1”碼。為避免奇TS0的第2～8碼位出現(xiàn)假同步碼組，第2位碼規(guī)定為監(jiān)視碼，固定為“1”，第4～8位碼為國內通信用，目前暫定為“1”。
TS16時隙用于傳送各話路的標志信號碼，標志信號按復幀傳輸，即每隔2ms傳輸一次，一個復幀有16個幀，即有16個“TS16時隙”(8位碼組)。除了F0之外，其余Fl～F15用來傳送30個話路的標志信號。如圖6-29所示，每幀8位碼組可以傳送2個話路的標志信號，每路標志信號占4個比特，以a、b、c、d表示。TS16時隙的F0為復幀定位碼組，其中第一至第四位是復幀定位碼組本身，編碼為“0000”，第六位用于復幀失步告警指示，失步為“l(fā)”；同步為“0”，其余3比特為備用比特，如不用則為“l(fā)”。需要說明的是標志信號碼a、b、c、d不能為全“0”，否則就會和復幀定位碼組混淆了。
6.3.4 PCM的高次群
目前我國和歐洲等國采用PCM系統(tǒng)，以2048kb/s傳輸30/32路話音、同步和狀態(tài)信息作為一次群。為了能使如電視等寬帶信號通過PCM系統(tǒng)傳輸，就要求有較高的碼率。而上述的PCM基群(或稱一次群)顯然不能滿足要求，因此，出現(xiàn)了PCM高次群系統(tǒng)。
在時分多路復用系統(tǒng)中，是由若干個低次群通過數(shù)字復用設備匯總而成的。對于PCM 30/32路系統(tǒng)來說，其基群的速率為2048kb/s。其二次群則由4個基群匯總而成，速率為8448kb/s，話路數(shù)為4×30＝120話路。對于速率更高、路數(shù)更多的三次群以上的系統(tǒng)，目前在國際上尚無統(tǒng)一的建議標準。作為一個例子，圖6-31介紹了歐洲地區(qū)采用的各個高次群的速率和話路數(shù)。我國郵電部也對PCM高次群作了規(guī)定，基本上和圖6-31相似，區(qū)別只是我國只規(guī)定了一次群至四次群，沒有規(guī)定五次群。
PCM系統(tǒng)所使用的傳輸介質和傳輸速率有關�；篜CM的傳輸介質一般采用
市話對稱電纜，也可以在市郊長途電纜上傳輸。基群PCM可以傳輸電話、數(shù)據(jù)或1MHz可視電話信號等。
二次群速率較高，需采用對稱平衡電纜，低電容電纜或微型同軸電纜。二次群PCM可傳送可視電話、會議電話或電視信號等。
三次群以上的傳輸需要采用同軸電纜或毫米波波導等，它可傳送彩色電視信號。
圖6-31 PCM的高次群
目前傳輸媒介向毫米波發(fā)展，其頻率可高達30～300GHz。例如地下波導線路傳輸，速率可達幾十吉比特/秒(Gb/s)，可開通30萬路PCM話路。采用光纜、衛(wèi)星通信則可以得到更大的話路數(shù)量。
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