1、实验三 PCM 编译码器一、实验原理抽样定理在通信系统、信息传输理论方面占有十分重要的地位。抽样过程是模拟信号数字化的第一步，抽样性能的优劣关系到通信设备整个系统的性能指标。利用抽样脉冲把一个连续信号变为离散时间样值的过程称为抽样，抽样后的信号称为脉冲调幅（PAM）信号。抽样定理指出，一个频带受限信号 m(t)，如果它的最高频率为 fh，则可以唯一地由频率等于或大于 2fh 的样值序列所决定。在满足抽样定理的条件下，抽样信号保留了原信号的全部信息。并且，从抽样信号中可以无失真地恢复出原始信号。通常将语音信号通过一个 3400 Hz 低通滤波器（或通过一个 3003400Hz 的带通滤波器） ，
2、限制语音信号的最高频率为 3400Hz，这样可以用频率大于或等于 6800 Hz 的样值序列来表示。实际上，设计实现的滤波器特性不可能是理想的，对限制最高频率为 3400Hz 的语音信号，通常采用 8KHz 抽样频率。这样可以留出一定的防卫带（1200Hz） 。当抽样频率 fs低于 2 倍语音信号的最高频率 fh，就会出现频谱混迭现象，产生混迭噪声，影响恢复出的话音质量。在抽样定理实验中，采用标准的 8KHz 抽样频率，并用函数信号发生器产生一个频率为 fh 的信号来代替实际语音信号。通过改变函数信号发生器的频率 fh，观察抽样序列和低通滤波器的输出信号，检验抽样定理的正确性。PCM 编译码模
3、块将来自用户接口模块的模拟信号进行 PCM 编译码，该模块采用MC145540 集成电路完成 PCM 编译码功能。该器件具有多种工作模式和功能，工作前通过显示控制模块将其配置成直接 PCM 模式（直接将 PCM 码进行打包传输） ，使其具有以下功能：1、对来自接口模块发支路的模拟信号进行 PCM 编码输出。2、将输入的 PCM 码字进行译码（即通话对方的 PCM 码字） ，并将译码之后的模拟信号送入用户接口模块。PCM 编译码器模块电路与 ADPCM 编译码器模块电路完全一样，由语音编译码集成电路 U502（MC145540 ） 、运放 U501（TL082） 、晶振 U503（20.48MH
4、z）及相应的跳线开关、电位器组成。各测试点的定义如下：1、 TP701：PAM 输入模拟信号2、 TP702：经滤波器输出的模拟信号3、 TP703：抽样序列4、 TP704：PAM 恢复模拟信号5、 TP501：PCM 发送模拟信号测试点6、 TP502：PCM 发送码字7、 TP503：PCM 编码器输入/ 输出时钟8、 TP504：PCM 编码抽样时钟9、 TP505：PCM 接收码字10、 TP506：接收模拟信号测试点二、实验仪器1、 JH5001 通信原理综合实验系统 一台2、 20MHz 双踪示波器 一台3、 函数信号发生器 一台三、实验目的1、 验证抽样定理2、 了解混迭效应形
5、成的原因3、 了解语音编码的工作原理，验证 PCM 编译码原理；4、 熟悉 PCM 抽样时钟、编码数据和输入 /输出时钟之间的关系；四、实验内容和实验结果（一）PAM 编码器准备工作：将交换模块内的抽样时钟模式开关 KQ02 设置在 NH 位置（右端） ，将测试信号选择开关 KQ01 设置在外部测试信号输入 2_3 位置（右端） 。1. 近似自然抽样脉冲序列测量（1） 首先将输入信号选择开关 K701 设置在 T（测试状态）位置，将低通滤波器选择开关 K702 设置在 F（滤波位置） ，为便于观测，调整函数信号发生器正弦波输出频率为 2001000Hz、输出电平为 2Vp-p 的测试信号送入信
6、号测试端口 J005 和J006（地） 。（2） 用示波器同时观测正弦波输入信号（J005）和抽样脉冲序列信号（TP703） ，观测时以 TP703 做同步。调整示波器同步电平和微调调整函数信号发生器输出频率，使抽样序列与输入测试信号基本同步。测量抽样脉冲序列信号与正弦波输入信号的对应关系。2. 平顶抽样脉冲序列测量将交换模块内的抽样时钟模式开关 KQ02 设置在 H 位置（左端） 。方法同 1 测量，请同学自拟测量方案。记录测量波形，与自然抽样测量结果做比较。3. 信号混迭观测（1） 当输入信号频率高于 4KHz（1/2 抽样频率）时，重建信号将出现混迭效应。观测时，将跳线开关 K702 设
7、置在 NF（无输入滤波器）位置。调整函数信号发生器正弦波输出频率为 6KHz7KHz 左右、电平为 2Vp-p 的测试信号送入信号测试端口 J005 和 J006（地） 。用示波器观测重建信号输出波形。缓慢变化测试信号输出频率，注意观察输入信号与重建信号波形的变化是否对应一致。分析解释测量结果。（二）PCM 编码器加电后，通过菜单选择“PCM”编码方式。此时，系统将 U502 设置为 PCM 模式。1. 输出时钟和帧同步时隙信号观测用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和输出时钟信号（TP503 ） ，观测时以TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码抽样时钟信号与输出时钟的对应关系（同
8、步沿、脉冲宽度等） 。2. 抽样时钟信号与 PCM 编码数据测量方法一：将跳线开关 K501 设置在 T 位置，用函数信号发生器产生一个频率为1000Hz、电平为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入信号测试端口 J005 和 J006（地） 。用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502 ） ，观测时以 TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码输出数据与抽样时钟信号（同步沿、脉冲宽度）及输出时钟的对应关系。方法二：将输入信号选择开关 K501 设置在 T 位置，将交换模块内测试信号选择开关K001 设置在内部测试信号 1_2 位置（左端） 。此时由该模块产生一
9、个 1KHz 的测试信号，送入 PCM 编码器。（1） 用示波器同时观测抽样时钟信号（TP504）和编码输出数据信号端口（TP502 ） ，观测时以 TP504 做同步。分析和掌握 PCM 编码输出数据与帧同步时隙信号、发送时钟的对应关系。（2） 将发通道增益选择开关 K502 设置在 T 位置（右端） ，通过调整电位器 W501改变发通道的信号电平。用示波器观测编码输出数据信号（TP502）随输入信号电平变化的关系。（三）PCM 译码器将跳线开关 K501 设置在 T 位置（右端） 、K504 设置在 LOOP 位置（右端） 。此时将PCM 输出编码数据直接送入本地译码器，构成自环。用函数信
10、号发生器产生一个频率为1004Hz、电平为 2Vp-p 的正弦波测试信号送入信号测试端口 J005 和 J006（地） 。1. PCM 译码器输出模拟信号观测（1） 用示波器同时观测解码器输出信号端口（TP506）和编码器输入信号端口（TP501 ） ，观测信号时以 TP501 做同步。定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。（2） 将测试信号频率固定在 1000Hz，改变测试信号电平，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。观测信噪比随输入信号电平变化的相关关系。将测试信号电平固定在 2Vp-p，调整测试信号频率，定性的观测解码恢复出的模拟信号质量。观测信噪比与输入信号频率变化的相关关系。五、实验报告（1） 记录实验波形和数据（2） 叙述 PCM 编解码的基本步骤（3） 叙述 PCM 的优缺点（4） 量化有没有反变换？对通信有何影响？从实验中看对波形影响有多大？（5） PCM 通信中为什么需要同步？需要哪些同步？实验中可不可以省去同步过程？（6） 对 PCM 可有什么改进，举出改进方式的例子。
