pcm编码
-
2023年3月16日发(作者：铁路调图)PCM编译码的实验报告
篇一：实验十一：PCM编译码实验报告
实验报告
哈尔滨工程大学教务处制
实验十一PCM编译码实验
一、实验目的
1.掌握PCM编译码原理。
2.掌握PCM基带信号的形成过程及分接过程。
3.掌握语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及
测量方法。
二、实验仪器
1.双踪示波器一台2.通信原理Ⅵ型实验箱一台
3.M3:PCM与ADPCM编译码模块和M6数字信号源模块4.麦克风和
扬声器一套
三、实验步骤
1．实验连线
关闭系统电源，进行如下连接：
非集群方式
2.熟悉PCM编译码模块，开关K1接通L1，翻开电源开关。3．用
示波器观察TA、TB，将其幅度调至2V。
4.用示波器观察PCM编码输出信号。
当采用非集群方式时：
测量A通道时：将示波器CH1接LA〔示滤波器扫描周期不超过LA
的周期，
以便观察到一个完整的帧信号〕，CH2接PCMAOUT，观察编码后的
数据与时隙同步信号的关系。
测量B通道时：将示波器CH1接LB，〔示滤波器扫描周期不超过
LB的周期，
以便观察到一个完整的帧信号〕，CH2接PCMBOUT，观察编码后的
数据与时隙同步信号的关系。
当采用集群方式时：将示波器CH1接L0，〔示滤波器扫描周期不
超过L0的周期，
以便观察到一个完整的帧信号〕，CH2分别接LA、PCMAOUT、LB、
PCMBOUT以及PCM_OUT，观察编码后的数据所处时隙位置与时隙同步信
号的关系以及PCM信号的帧结构〔注意：本实验的帧结构中有29个时
隙是空时隙，L0、LA及LB的脉冲宽度等于一个时隙宽度〕。开关2分
别接通L1、L2、L3、L4，观察PCM基群帧结构的变化情况。
5.用示波器观察PCM译码输出信号
示波器的CH1接TA，CH2接RA，观察这两个信号波形是否相同(有
相位差)。
示波器的CH1接TB，CH2接RB，观察这两个信号波形是否相同(有
相位差)。
6.用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围。
将低失真低频信号发生器输出的1KHZ正弦信号从TA-IN输入到
MC145503编码器。示波器的CH1接TA〔编码输入〕，CH2接RA〔译码
输出〕。将信号幅度分别调至大于5VP-P、等于5VP-P，观察过载和满
载时的译码输出波形。再将信号幅度分别衰减10dB、20dB、30dB、
40dB、45dB，观察译码输出波形。
篇二：pcm编译码实验报告
工程二
实验十一PCM编译码实验
一、实验目的
1.掌握PCM编码原理。
2.掌握PCM基带信号的形成过程及分接过程。
3.掌握语音信号PCM编译码系统的动态范围和频率特性的定义及
测量方法。
二、实验仪器
1.双踪示波器一台
2.通信原理VI型实验箱一台
3.M3：PCM与ADPCM编译码模块和M6数字信号源模块
4.麦克风和扬声器一套
三、实验原理及根本内容
脉冲编码调制〔PCM〕技术与增量调制〔△M〕技术已经在数字通
信系统中得到广泛应用。当信道噪声较小时一般用PCM，否那么一般用
△M。目前速率在155MB以下的准同步数字系列〔PDH〕中，国际上存
在A律和u律两种编译码标准系列，在155MB以上的同步数字系列
〔DH〕中，将这两个系列统一起来，在同一个等级上两个系列的码速
率相同,而△M在国际上无统一标准，但它在通信环境比较恶劣时显示
了巨大的优越性。
点到点PCM多路电路通信原理可用11—1表示。对于基带通信系
统，广义信道包括传输媒质、收滤波器、发滤波器等。对于频带系统，
广义信道包括传输媒质、调制器、解调器、发滤波器、收滤波器等。
编译模块原理
本模块的原理方框图及电路图如图11-2及图11-3所示。
BPCM基群时钟信号〔位同步〕测试点
L0PCM基群第0个时隙同步信号
LA信号A的抽样信号及时隙同步信号测试点
LB信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点
RB信号B译码输出信号测试点
TA输入到编码器A的信号测试点
TB输入到编码器B的信号测试点
PCM_OUTPCM基群信号输出点
PCM_INPCM基群信号输入点
PCMAOUT信号A编码结果输出点
PCMBOUT信号B编码结果输出点
PCMAIN信号A编码结果输入点
PCMBIN信号B编码结果输入点
本模块上有2这个拔码开关，用来选择LB信号为时隙同步信号L1、
L3、L5、L6中的任一个。
图11-2各单元与图11-3中的元器件之间的对应关系如下：
晶振某1：4.096MHZ晶振
分频器1/2U1：74L193;U6：74HC4060
抽样信号产生器U5：74HC73;U2：74HC164
PCM编译器AU10：PCM编译码集成电路MC145503
PCM编译器BU11：PCM编译码集成电路MCL45503
帧同步信号产生器U3：8位数据产生器74HC151;U4：A:与门7408
复接器U9：或门74L32
晶振、分频器1、分频器2及抽样信号〔时隙同步信号〕产生器构
成一个定时器，为两个PCM编译码提供2.048MHZ的时钟信号和8KHZ
的时隙同步信号。在实际通信系统中，译码器的时钟信号〔即位同步
信号〕及时隙信号〔即帧同步信号〕应从接收到的数据流中提取，方
法如实验五及实验六所述。此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步
信号直接送给译码器。
由于时钟频率为2.048MHZ，抽样频率为8KHZ，故PCM-A及PCM-B
的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中一个时隙为PCM编
码数据，另外31个时隙都是空时隙。
PCM信号码速率也是2.048MB，一帧中的32个时隙有29个是空时
隙，第0个时隙为帧同步码〔某1110010〕时隙，第2个时隙为信号A
的时隙，第1〔或第3、第5、或第6—由拔码开关2控制〕时隙为信
号B的时隙。
本实验产生的PCM信号类似于PCM基群信号，但第16个时隙没有
信令信号，第0时隙中的信号与PCM基群的第0时隙的信号也不完全
相同。
由于两个PCM编译码器用同一个时钟信号，因而可以对他们进行
同步复接。又由于两个编码器输出数据处于不同时隙，故可对PCM-A
和PCM-B进行线或。本模块中用或门74L32对PCM-A、PCM-B及帧同步
信号进行复接。在译码之前，不需要对PCM进行分接处理，译码器的
时隙同步信号实际上起到了对信号的分路作用。
在通信工程中，主要用动态范围和频率特性来说明PCM编译码器
的性能。
动态范围的定义是译码器输出信噪比大于25db时允许编码器输入
信号幅度的变化范围。PCM编译码器的动态范围应大于图11-6所示的
CCITT建议框架。
当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载噪声，故编
码输入信号幅度超过大时量化信噪比急剧下降。MC145503编译码系统
输入信号的最大幅度为5V。
由于采用对数压扩技术，PCM编译码系统可以改善小信号的信噪比，
MC145503可采用A律13折线对信号进行压扩。当信号处于某一段时，
量化噪声不变，因此在同一段落内量化噪声比随信号幅度减小而下降。
13折线压扩特性曲线将正负信号分为8段，第1段信号最小，第8段
信号最大。当信号处于第一，二段时，量化噪声不随信号幅度变化，
因此噪声不随信号幅度变化，因此信号太小时，量化信噪比会小于
25db，这是动态范围的下限。MC145503编译码系统动态范围内输入信
号最小幅度约为0.025Vpp。
常用1KHZ的正弦信号作为输入信号来测量PCM编译码器的动态范
围。
语音信号的抽样信号频率为8KHZ，为了不发生频谱混叠，常将语
音信号经截止频率为3.4khz的低通滤波器处理后在进行A/D处理。语
音信号的最低频率一般为300hz。MC145503编码器的低通滤波器和高
通滤波器决定了编译码系统的频率特性，当输入信号频率超过这两个
频率范围时，译码输出信号幅度迅速下降。这就是PCM编译码系统频
率特性的含义。
四、实验步骤
1.实验连线
关闭系统电源，进行如下连接：
3.用示波器观察TA、TB，将其幅度调至2V。
4.用示波器观察PCM编码输出信号。
当采用非集群方式时：
测量A通道时：将示波器CH1接LA,CH2接PCMAOUT,观察编码后的
数据与时隙同步信号的关系。
测量B通道时：将示波器CH1接LB，CH2接PCMBOUT，观察编码后
的数据与时隙同步信号的关系。
当采用非集群方式时：将示波器CH1接L0，CH2分别接LA、
PCMAOUT、LB、PCMBOUT以及PCM_OUT，观察编码后的数据所处时隙同
步信号的关系以及PCM信号的帧结构。开关分别接通L1、L2、L3、L4
观察PCM基群帧结构的变化情况。
5．用示波器观察PCM译码输出信号
示波器的CH1接TA，CH2接RA,观察这两个信号波形是否相同〔相
位差〕。示波器的CH1接TB，CH2接RB,观察这两个信号波形是否相同
〔相位差〕。
6.用示波器定性观察PCM编译码器的动态范围。
将低失真频信号发生器输出的1khz正弦信号从TA-IN输入到
MC145503编码器。示波器的CH1接TA，CH2接RA。将信号幅度分别调
至大于5Vpp、等于5Vpp，观察过载和满载时的译码输出波形。在将信
号幅度分别减至10db、20db、30db、40db、45db、50db，观察译码输
出波形。
7.两人通话实验
本模块提供两个人的通话信道。由于麦克风输出的信号幅度比较
小，需放大到2Vpp左右再由TA和TB输入到两个编码器。译码器输出
信号由RA和RB输出，将幅度较大，需衰减到适当值后再送给扬声器。
在话筒输入放大电路中，可以通过调整可调电阻R18来改变输出
增益。
在语音输出放大电路中，可以通过调整可调电阻R12和R22来改
变输出音量。在实验时，只需将话筒输出信号从MIC_OUT端口连接到
TA,再将译码后的语音信号从RA连接到MIC_IN即可，但需将TA或TB
端口的原有连接去除。
五、实验记录与分析
1.用示波器观察TA、TB，将其幅度调至2V。
实验中，从示波器中可以读出，输入编码器的信号频率存在fA=fB，
且频率等于1Khz,幅度等于2V。
2.用示波器观察PCM编码输出信号。
分析如下：
L0是PCM基群的时隙同步信号，信号A,B信号插入到相应的时隙，
编码输出的位置仍在相应的时隙。编码输出总会延迟与输入。其中第2
个时隙是A信号，2,5,7时隙
篇三：32路PCM帧结构
为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输往往采用多路
复用通信的方式。这里所谓的多路复用通信方式通常是指：在一个信
道上同时传输多个话音信号的技术，有时也将这种技术简称为复用技
术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时分复用以及码分复
用等。
频分复用是将所给的信道带宽分割成互不重叠的许多小区间，每
个小区间能顺利通过一路信号，在一般情况下可以通过正弦波调制的
方法实现频分复用。频分复用的多路信号在频率上不会重叠，但在时
间上是重叠的。
时分复用是建立在抽样定理根底上的。抽样定理使连续(模拟)的
基带信号有可能被在时间上离散出现的抽样脉冲值所代替。这样，当
抽样脉冲占据较短时间时，在抽样脉冲之间就留出了时间空隙，利用
这种空隙便可以传输其他信号的抽样值。因此，这就有可能沿一条信
道同时传送假设干个基带信号。
码分复用是一种以扩频技术为根底的复用技术，在第九章中将详
细地进行介绍。
6.3.1PAM时分复用原理
为了便于分析时分复用(TDM)技术的根本原理，这里假设有3路
PAM信号进行时
分多路复用，其具体实现方法如图6-27所示：
图6-273路PAM信号时分复用原理方框图
从图6-27可以看到，各路信号首先通过相应的低通滤波器，使输
入信号变为带限信号。然后再送到抽样开关(或转换开关)，转换开关
(电子开关)每秒将各路信号依次抽样一次，这样3个抽样值按先后顺
序错开纳入抽样间隔之内。合成的复用信号是3个抽样消息之和，如
图6-28所示。由各个消息构成单一抽样的一组脉冲叫做一帧，一帧中
相邻两个抽样脉冲之间的时间间隔叫做时隙，未能被抽样脉冲占用的
时隙局部称为防护时间。
图6-283路时分复用合成波形
多路复用信号可以直接送入信道传输，或者加到调制器上变换成
适于信道传输的形式后再送入信道传输。
在接收端，合成的时分复用信号由分路开关依次送入各路相应的
重建低通滤波器，恢复出原来的连续信号。在TDM中，发送端的转换
开关和接收端的分路开关必须同步。所以在发端和收端都设有时钟脉
冲序列来稳定开关时间，以保证两个时钟序列合拍。
根据抽样定理可知，一个频带限制在范围内的信号，最小抽样频
率值为2，这时就可利用带宽为的理想低通滤波器恢复出原始信号来。
对于频带都是的N路复用信号，它们的独立抽样频率为，如果将信道
表示为一个理想的低通形式，那么为了防止组合波形丧失信息，
传输带宽必须满足
6.3.2时分复用的PCM系统〔TDM—PCM〕
PCM和PAM的区别在于PCM要在PAM的根底上经过量化和编码，把
PAM中的一个抽样值量化后编为k位二进制代码。图6-29表示一个只
有3路PCM
复用的方框图。
图6-293路时分复用PCM原理方框图
图
6-29(a)表示发端原理方框图。话音信号经过放大和低通滤波后得
到
、和，再经过抽样得到3路PAM信号、和，它们在
时间上是分开的，由各路发送的定时取样脉冲进行控制，然后将3
路PAM信号一起加到量化和编码器内进行量化和编码，每个PAM信号
的抽样脉冲经量化后编为k位二进制代码。编码后的PCM代码经码型
变换，变为适合于信道传输的码型〔例如HDB3码〕，最后经过信道传
到接收端。
图6-29(b)为接收端的原理方框图。当接收端收到信码后，首先经
过码型变换，然后加到译码器进行译码。译码后得到的是3路合在一
起的PAM信号，再经过别离电路把各路PAM信号区分开来，最后经过
放大和低通滤波复原为话音信号。
TDM—PCM的信号代码在每一个抽样周期内有个，这里N表示复用
路数，k
表示每个抽样值编码的二进制码元位数。因此，二进制码元速率
可以表示为，也就是。但实际码元速率要比大些。因为，在PCM数据
帧当中，除了话音信号的代码以外，还要参加同步码元、振铃码元和
监测码元等。
6.3.332路PCM的帧结构
图6-30PCM30/32路帧和复帧结构
从图6-30中可以看到，在PCM30/32路的制式中，一个复帧由16
帧组成；一帧由32个时隙组成；一个时隙为8位码组。时隙l～15，
17～3l共30个时隙用来作话路，传送话音信号，时隙0(T0)是“帧定
位码组〞，时隙16(T16)用于传送各话路的标志信号码。
从时间上讲，由于抽样重复频率为8000Hz，因此，
抽样周期为，这也就是PCM30/32的帧周期；一复帧由16个帧组
成，这样复帧周期为2m；一帧内要时分复用32路，那么每路占用的时
隙为；每时隙包含8位码组，因此，每位码元占488n。
从传码率上讲，也就是每秒钟能传送8000帧，而每帧包含32某8
＝256bit，因此，总码率为256比特/帧某8000帧/秒＝2048kb/。对
于每个话路来说，每秒钟要传输8000个时隙，每个时隙为8bit，所以
可得每个话路数字化后信息传输速率为8某8000＝64kb/。
从时隙比特分配上讲，在话路比特中，第l比特为极性码，第2～
4比特为段落码，第5～8比特为段内码。对于T0和T16时隙比特分配
将分别予以介绍。T0时隙比特分配。为了使收发两端严格同步，每帧
都要传送一组特定标志的帧同步码组或监视码组。帧同步码组为
“0011011〞，占用偶帧T0的第2～8码位。第l比特供国际通信用，
不使用时发送“1〞码。在奇帧中，第3位为帧失步告警用，同步时送
“0〞码，失步时送“1〞码。为防止奇T0的第2～8码位出现假同步
码组，第2位码规定为监视码，固定为“1〞，第4～8位码为国内通
信用，目前暂定为“1〞。
T16时隙用于传送各话路的标志信号码，标志信号按复帧传输，即
每隔2m传输一次，一个复帧有16个帧，即有16个“T16时隙〞(8位
码组)。除了F0之外，其余Fl～F15用来传送30个话路的标志信号。
如图6-29所示，每帧8位码组可以传送2个话路的标志信号，每路标
志信号占4个比特，以a、b、c、d表示。T16时隙的F0为复帧定位码
组，其中第一至第四位是复帧定位码组本身，编码为“0000〞，第六
位用于复帧失步告警指示，失步为“l〞；同步为“0〞，其余3比特
为备用比特，如不用那么为“l〞。需要说明的是标志信号码a、b、c、
d不能为全“0〞，否那么就会和复帧定位码组混淆了。
6.3.4PCM的高次群
目前我国和欧洲等国采用PCM系统，以2048kb/传输30/32路话音、
同步和状态信息作为一次群。为了能使如电视等宽带信号通过PCM系
统传输，就要求有较高的码率。而上述的PCM基群(或称一次群)显然
不能满足要求，因此，出现了PCM高次群系统。
在时分多路复用系统中，是由假设干个低次群通过数字复用设备
汇总而成的。对于PCM30/32路系统来说，其基群的速率为2048kb/。
其二次群那么由4个基群汇总而成，速率为8448kb/，话路数为4某
30＝120话路。对于速率更高、路数更多的三次群以上的系统，目前在
国际上尚无统一的建议标准。作为一个例子，图6-31介绍了欧洲地区
采用的各个高次群的速率和话路数。我国邮电部也对PCM高次群作了
规定，根本上和图6-31相似，区别只是我国只规定了一次群至四次群，
没有规定五次群。
PCM系统所使用的传输介质和传输速率有关。基群PCM的传输介质
一般采用
三次群以上的传输需要采用同轴电缆或毫米波波导等，它可传送
彩色电视信号。
图6-31PCM的高次群
目前传输媒介向毫米波开展，其频率可高达30～300GHz。例如地
下波导线路传输，速率可达几十吉比特/秒(Gb/)，可开通30万路PCM
话路。采用光缆、卫星通信那么可以得到更大的话路数量。