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編譯碼系統的動態範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

關閉系統電源，進行如下連接：

非集羣方式

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。

當採用非集羣方式時：

測量A通道時：將示波器CH1接SLA（示濾波器掃描週期不超過SLA的週期，

以便觀察到一個完整的幀信號），CH2接PCM A OUT，觀察編碼後的數據與時隙同步信號的關係。

測量B通道時：將示波器CH1接SLB，（示濾波器掃描週期不超過SLB的週期，

以便觀察到一個完整的幀信號），CH2接PCM B OUT，觀察編碼後的數據與時隙同步信號的關係。

當採用集羣方式時：將示波器CH1接SL0，（示濾波器掃描週期不超過SL0的週期，

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，觀察編碼後的數據所處時隙位置與時隙同步信號的關係以及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的脈衝寬度等於一個時隙寬度）。開關S2分別接通SL1、SL2、SL3、SL4，觀察PCM基羣幀結構的變化情況。

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編譯碼器的動態範圍。

將低失真低頻信號發生器輸出的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於5VP-P、等於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編譯碼系統的動態範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

脈衝編碼調製（PCM）技術與增量調製（△M）技術已經在數字通信系統中得到廣泛應用。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以上的同步數字系列（SDH）中，將這兩個系列統一起來，在同一個等級上兩個系列的碼速率相同,而△M在國際上無統一標準，但它在通信環境比較惡劣時顯示了巨大的優越性。

點到點PCM多路電路通信原理可用11—1表示。對於基帶通信系統，廣義信道包括傳輸媒質、收濾波器、發濾波器等。對於頻帶系統，廣義信道包括傳輸媒質、調製器、解調器、發濾波器、收濾波器等。

本實驗模塊可以傳輸兩路話音信號。採用MC145503編譯器，它包括了圖11—1中的收、發低通濾波器及PCM編譯碼器。編碼器輸入信號可以是本實驗系統內部產生的正弦信號，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。

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基羣時鐘信號（位同步）測試點

SL0 PCM基羣第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基羣信號輸出點

PCM_IN PCM基羣信號輸入點

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信號爲時隙同步信號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係如下：

晶振 X1：4.096MHZ晶振

分頻器1/2U1：74LS193; U6： 74HC4060

抽樣信號產生器 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

幀同步信號產生器 U3：8位數據產生器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）產生器構成一個定時器，爲兩個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）應從接收到的數據流中提取，方法如實驗五及實驗六所述。此處將同步器產生的時鐘信號及時隙同步信號直接送給譯碼器。

由於時鐘頻率爲2.048MHZ，抽樣頻率爲8KHZ，故PCM-A及PCM-B的碼速率都是2.048MB，一幀中有32個時隙，其中一個時隙爲PCM編碼數據，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個時隙爲幀同步碼（X1110010）時隙，第2個時隙爲信號A的時隙，第1（或第3、第5、或第6—由拔碼開關S2控制）時隙爲信號B的時隙。

本實驗產生的PCM信號類似於PCM基羣信號，但第16個時隙沒有信令信號，第0時隙中的信號與PCM基羣的第0時隙的信號也不完全相同。

由於兩個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。又由於兩個編碼器輸出數據處於不同時隙，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，主要用動態範圍和頻率特性來說明PCM編譯碼器的性能。

動態範圍的定義是譯碼器輸出信噪比大於25db時允許編碼器輸入信號幅度的變化範圍。PCM編譯碼器的動態範圍應大於圖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範圍時，出現過載噪聲，故編碼輸入信號幅度超過大時量化信噪比急劇下降。MC145503編譯碼系統輸入信號的最大幅度爲5V。

由於採用對數壓擴技術，PCM編譯碼系統可以改善小信號的信噪比，MC145503可採用A律13折線對信號進行壓擴。當信號處於某一段時，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爲8段，第1段信號最小，第8段信號最大。當信號處於第一，二段時，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，量化信噪比會小於25db，這是動態範圍的下限。MC145503編譯碼系統動態範圍內輸入信號最小幅度約爲0.025Vpp。

常用1KHZ的正弦信號作爲輸入信號來測量PCM編譯碼器的動態範圍。

語音信號的抽樣信號頻率爲8KHZ，爲了不發生頻譜混疊，常將語音信號經截止頻率爲3.4khz的低通濾波器處理後在進行A/D處理。語音信號的最低頻率一般爲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的頻率特性，當輸入信號頻率超過這兩個頻率範圍時，譯碼輸出信號幅度迅速下降。這就是PCM編譯碼系統頻率特性的含義。

四、 實驗步驟

1. 實驗連線

關閉系統電源，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。

當採用非集羣方式時：

測量A通道時：將示波器CH1接SLA,CH2接PCM A OUT,觀察編碼後的數據與時隙同步信號的關係。

測量B通道時：將示波器CH1接SLB，CH2 接PCM B OUT，觀察編碼後的數據與時隙同步信號的關係。

當採用非集羣方式時：將示波器CH1接SL0，CH2分別接SLA、PCM A OUT、SLB、PCM B OUT以及PCM_OUT，觀察編碼後的數據所處時隙同步信號的關係以及PCM信號的幀結構。開關分別接通SL1、SL2、SL3、SL4觀察PCM基羣幀結構的變化情況。

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編譯碼器的動態範圍。

將低失真頻信號發生器輸出的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於5Vpp、等於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。由於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，需衰減到適當值後再送給揚聲器。

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,再將譯碼後的語音信號從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，且頻率等於1Khz,幅度等於2V。

2. 用示波器觀察PCM編碼輸出信號。

分析如下：

SL0是PCM基羣的時隙同步信號，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

爲了提高通信系統信道的利用率，話音信號的傳輸往往採用多路複用通信的方式。這裏所謂的多路複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爲複用技術。複用技術有多種工作方式，例如頻分複用、時分複用以及碼分複用等。

頻分複用是將所給的信道帶寬分割成互不重疊的許多小區間，每個小區間能順利通過一路信號，在一般情況下可以通過正弦波調製的方法實現頻分複用。頻分複用的多路信號在頻率上不會重疊，但在時間上是重疊的。

時分複用是建立在抽樣定理基礎上的。抽樣定理使連續(模擬)的基帶信號有可能被在時間上離散出現的抽樣脈衝值所代替。這樣，當抽樣脈衝佔據較短時間時，在抽樣脈衝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。

碼分複用是一種以擴頻技術爲基礎的複用技術，在第九章中將詳細地進行介紹。

在這部分中，將在分析時分複用(TDM)技術的基礎上，研究並說明PCM時分多路數字電話系統的原理和相關參數。

6.3.1 PAM時分複用原理

爲了便於分析時分複用(TDM)技術的基本原理，這裏假設有3路PAM信號進行時

分多路複用，其具體實現方法如圖6-27所示：

圖6-27 3路PAM信號時分複用原理方框圖

從圖6-27可以看到，各路信號首先通過相應的低通濾波器，使輸入信號變爲帶限信號。然後再送到抽樣開關(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個抽樣值按先後順序錯開納入抽樣間隔之內。合成的複用信號是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衝叫做一幀，一幀中相鄰兩個抽樣脈衝之間的時間間隔叫做時隙，未能被抽樣脈衝佔用的時隙部分稱爲防護時間。

圖6-28 3路時分複用合成波形

多路複用信號可以直接送入信道傳輸，或者加到調製器上變換成適於信道傳輸的形式後再送入信道傳輸。

在接收端，合成的時分複用信號由分路開關依次送入各路相應的重建低通濾波器，恢復出原來的連續信號。在TDM中，發送端的轉換開關和接收端的分路開關必須同步。所以在發端和收端都設有時鐘脈衝序列來穩定開關時間，以保證兩個時鐘序列合拍。

根據抽樣定理可知，一個頻帶限制在範圍內的信號，最小抽樣頻率值爲2，這時就可利用帶寬爲的理想低通濾波器恢復出原始信號來。對於頻帶都是的N路複用信號，它們的獨立抽樣頻率爲，如果將信道表示爲一個理想的低通形式，則爲了防止組合波形丟失信息，

傳輸帶寬必須滿足

6.3.2 時分複用的PCM系統（TDM—PCM）

PCM和PAM的區別在於PCM要在PAM的基礎上經過量化和編碼，把PAM中的一個抽樣值量化後編爲k位二進制代碼。圖6-29表示一個只有3路PCM

複用的方框圖。

圖6-29 3路時分複用PCM原理方框圖

圖

6-29 (a)表示發端原理方框圖。話音信號經過放大和低通濾波後得到

、和，再經過抽樣得到3路PAM信號、和，它們在

時間上是分開的，由各路發送的定時取樣脈衝進行控制，然後將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信號的抽樣脈衝經量化後編爲k位二進制代碼。編碼後的PCM代碼經碼型變換，變爲適合於信道傳輸的碼型（例如HDB3碼），最後經過信道傳到接收端。

圖6-29 (b)爲接收端的原理方框圖。當接收端收到信碼後，首先經過碼型變換，然後加到譯碼器進行譯碼。譯碼後得到的是3路合在一起的PAM信號，再經過分離電路把各路PAM信號區分開來，最後經過放大和低通濾波還原爲話音信號。

TDM—PCM的信號代碼在每一個抽樣週期內有個，這裏N表示複用路數，k

表示每個抽樣值編碼的二進制碼元位數。因此，二進制碼元速率可以表示爲，也就是。但實際碼元速率要比大些。因爲，在PCM數據幀當中，除了話音信號的代碼以外，還要加入同步碼元、振鈴碼元和監測碼元等。

6.3.3 32路PCM的幀結構

對於多路數字電話系統，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，並規定國際通信時，以A律壓擴特性爲準(即以30/32路制式爲準)，凡是兩種制式的轉換，其設備接口均由採用μ律特性的國家負責解決。因此，我國規定採用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；一個時隙爲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) 用於傳送各話路的標誌信號碼。

從時間上講，由於抽樣重複頻率爲8000Hz，因此，

抽樣週期爲，這也就是PCM 30/32的幀週期；一復幀由16個幀組成，這樣復幀週期爲2ms；一幀內要時分複用32路，則每路佔用的時隙爲；每時隙包含8位碼組，因此，每位碼元佔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，總碼率爲256比特/幀×8000幀/秒＝2048kb/s。對於每個話路來說，每秒鐘要傳輸8000個時隙，每個時隙爲8bit，所以可得每個話路數字化後信息傳輸速率爲8×8000＝64kb/s。

從時隙比特分配上講，在話路比特中，第l比特爲極性碼，第2～4比特爲段落碼，第5～8比特爲段內碼。對於TS0和TS16時隙比特分配將分別予以介紹。 TS0時隙比特分配。爲了使收發兩端嚴格同步，每幀都要傳送一組特定標誌的幀同步碼組或監視碼組。幀同步碼組爲“0011011”，佔用偶幀TS0的第2～8碼位。第l比特供國際通信用，不使用時發送“1”碼。在奇幀中，第3位爲幀失步告警用，同步時送“0”碼，失步時送“1”碼。爲避免奇TS0的第2～8碼位出現假同步碼組，第2位碼規定爲監視碼，固定爲“1”，第4～8位碼爲國內通信用，目前暫定爲“1”。

TS16時隙用於傳送各話路的標誌信號碼，標誌信號按復幀傳輸，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，其餘Fl～F15用來傳送30個話路的標誌信號。如圖6-29所示，每幀8位碼組可以傳送2個話路的標誌信號，每路標誌信號佔4個比特，以a、b、c、d表示。TS16時隙的F0爲復幀定位碼組，其中第一至第四位是復幀定位碼組本身，編碼爲“0000”，第六位用於復幀失步告警指示，失步爲“l”；同步爲“0”，其餘3比特爲備用比特，如不用則爲“l”。需要說明的是標誌信號碼a、b、c、d不能爲全“0”，否則就會和復幀定位碼組混淆了。

6.3.4 PCM的高次羣

目前我國和歐洲等國採用PCM系統，以2048kb/s傳輸30/32路話音、同步和狀態信息作爲一次羣。爲了能使如電視等寬帶信號通過PCM系統傳輸，就要求有較高的碼率。而上述的PCM基羣(或稱一次羣)顯然不能滿足要求，因此，出現了PCM高次羣系統。

在時分多路複用系統中，是由若干個低次羣通過數字複用設備彙總而成的。對於PCM 30/32路系統來說，其基羣的速率爲2048kb/s。其二次羣則由4個基羣彙總而成，速率爲8448kb/s，話路數爲4×30＝120話路。對於速率更高、路數更多的三次羣以上的系統，目前在國際上尚無統一的建議標準。作爲一個例子，圖6-31介紹了歐洲地區採用的各個高次羣的速率和話路數。我國郵電部也對PCM高次羣作了規定，基本上和圖6-31相似，區別只是我國只規定了一次羣至四次羣，沒有規定五次羣。

PCM系統所使用的傳輸介質和傳輸速率有關。基羣PCM的傳輸介質一般採用

市話對稱電纜，也可以在市郊長途電纜上傳輸。基羣PCM可以傳輸電話、數據或1MHz可視電話信號等。

二次羣速率較高，需採用對稱平衡電纜，低電容電纜或微型同軸電纜。二次羣PCM可傳送可視電話、會議電話或電視信號等。

三次羣以上的傳輸需要採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的高次羣

目前傳輸媒介向毫米波發展，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。採用光纜、衛星通信則可以得到更大的話路數量。