脉冲编码调制与解调实验.docx

通信原理实验报告实验题目脉冲编码调制与解调实验一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。3、了解大规模集成电路TP3067的功能与使用方法。二、实验内容1、观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系。2、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。3、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。三、实验仪器信号源模块、模拟信号数字化模块、20M双踪示波器、连接线若干四、实验原理1、PCM工作原理所谓脉冲编码调制，就是将模拟信号抽样量化，然后使已量化值变换成代码。脉码系统原理框图如图1所示。抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在3003400Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。在整个PCM系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N来表示。 ITU-T详细规定了它的指标，还规定比特率为64kb/s，使用A律和 u律编码律。（1） 量化 图1 PCM系统原理框图模拟信号的量化分为均匀量化和非均匀量化。把输入模拟信号的取值域按等距离分割的量化称为均匀量化。在均匀量化中，每个量化区间的量化电平均取在各区间的中点，如图2所示图2 均匀量化过程示意图其量化间隔（量化台阶）取决于输入信号的变化范围和量化电平数。当输入信号的变化范围和量化电平数确定后，量化间隔也被确定。非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小；反之，量化间隔就大。它与均匀量化相比，有两个突出的优点。首先，当输入量化器的信号具有非均匀分布的概率密度（实际中常常是这样）时，非均匀量化器的输出端可以得到较高的平均信号量化噪声功率比；其次，非均匀量化时，量化噪声功率的均方根值基本上与信号抽样值成比例。因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。实际中，非均匀量化的实际方法通常是将抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使用的压缩器中，大多采用对数式压缩。我国和欧洲各国均采用A压缩律 。（2）编码所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。2、PCM编译码电路TP3067芯片介绍本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。TP3067在一个芯片内部集成了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。其编码速率为2.048MHz，每一帧数据为8位，帧同步信号为8KHz。模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧里，只在一个特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。具体电路图如图3所示 图3 PCM编译码电路原理图五、实验步骤1、将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。2、 插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下二个模块中的相应开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，三个模块均开始工作。3、将信号源模块的拨码开关SW04、SW05设置为0000000 0000001。 4、将信号源模块产生的正弦波信号（频率为2.5KHz，峰-峰值为3V左右）从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块，将信号源模块的信号输出点“64K”、“8K”“BS”分别与模拟信号数字化模块的信号输入点“CLKB-IN”、“FRAMEB-IN”、“2048K-IN”连接，观察信号输出点“PCMB-OUT”的波形。5、连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN”，“FRAMEB-IN”和“FRAME2-IN”， 连接信号输出点“PCMB-OUT”和信号输入点“PCM2-IN”，用示波器同时观察信号输入点“S-IN”和输出点“JPCM”的波形。6、用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围 改变输入正弦信号的幅度，分别使其峰-峰值等于和大于5V，将示波器探头分别接在信号输出点“JPCM”和“PCMB-OUT”上，观察满载和过载时的脉冲幅度调制和解调的波形，并记录下来。 再将信号幅度在05V之内变化,观察编码与译码输出波形。7、用示波器定性观察PCM编译码器的频率特性 改变输入正弦信号的频率，观察点“JPCM”、“PCMB-OUT”的输出波形，测量译码输出信号幅度，记录下来。七、实验结果步骤4 PCMB-OUT波形 步骤5 S-IN波形和JPCM波形 步骤6 满载和过载时的脉冲幅度调制和解调的波形 步骤7 JPCM PCMB-OUT波形八、实验思考题1、TP3067PCM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TP3067提供2.048MHz的时钟？答：64Kb/S，属于国际标准，由PCM帧结构知1帧共有32个路时隙，每路时隙8bit，每秒有8000帧，故30/32路PCM基群的数码率为：8000*32*8=2.048Mb/s，即发送端定时电路的时钟频率。 2、为什么实验时观察到的PCM编码信号总是随时变化的？答：由于采样频率和输入信号的频率不是有规律的整数倍关系，所以抽样的信号点时刻不是一样的，编码输出的信号也即不一样，实时观察的信号就是随时变化的。3、 当输入正弦