通信原理實(shí)驗(yàn)指導(dǎo)書(shū)—正文

1、實(shí)驗(yàn)一 抽樣定理實(shí)驗(yàn)一、 實(shí)驗(yàn)?zāi)康?、了解抽樣信號(hào)和抽樣保持信號(hào)的形成。2、驗(yàn)證抽樣定理。3、了解多路抽樣路際串話的原因。二、 實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、時(shí)鐘信號(hào)和定位定時(shí)信號(hào)。 7、抽樣信號(hào)的恢復(fù)。2、抽樣窄脈沖8KHz信號(hào)波形。 8、濾波幅頻特性。3、多路抽樣信號(hào)。 9、抽樣定理驗(yàn)證。4、同步測(cè)試信號(hào)源的波形和頻率。 10、抽樣保持信號(hào)的失真。5、抽樣信號(hào)波形。 11、多路抽樣的路際串話。6、抽樣保持信號(hào)波形。三、 概述在通信技術(shù)中為了獲取最大的經(jīng)濟(jì)效益，就必須充分利用信道的傳輸能力，擴(kuò)大通信容量。因此，采取多路化是極為重要的通信手段。最常用的多路復(fù)用體制是頻分多路復(fù)用（FDM）通信系統(tǒng)和時(shí)分多路復(fù)用（

2、TDM）通信系統(tǒng)，頻分多路技術(shù)是利用不同頻率的正弦載波對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行調(diào)制，把各路基帶信號(hào)頻譜搬移到不同的頻段上，在同一信道上傳輸。而時(shí)分多路系統(tǒng)中則是利用不同時(shí)序的脈沖對(duì)基帶信號(hào)進(jìn)行抽樣，把抽樣后的脈沖按時(shí)序排列起來(lái)，在同一信道中傳輸。利用抽樣脈沖把一個(gè)連續(xù)信號(hào)變?yōu)殡x散時(shí)間樣值的過(guò)程稱為“抽樣”，抽樣后的信號(hào)稱為脈沖調(diào)幅（PAM）信號(hào)，在滿足抽樣定理的條件下，抽樣信號(hào)保留了原信號(hào)的全部信息。并且，從抽樣信號(hào)中可以無(wú)失真恢復(fù)出原信號(hào)。抽樣定理在通信系統(tǒng)、信息傳輸理論方面占有十分重要的地位。數(shù)字通信系統(tǒng)是以此定理作為理論基礎(chǔ)的。在工作設(shè)備中，抽樣過(guò)程是模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到整

3、個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。作為例子圖1示意地畫(huà)出傳輸一路語(yǔ)音信號(hào)的PCM系統(tǒng)。從圖中可以看出要實(shí)現(xiàn)對(duì)語(yǔ)音的PCM編碼，首先就要對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行抽樣，然后才能進(jìn)行量化和編碼。因此，抽樣過(guò)程是語(yǔ)音數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)，也是一切模擬數(shù)字化的重要環(huán)節(jié)。為了讓實(shí)驗(yàn)者形象的觀察抽樣過(guò)程，加深對(duì)抽樣定理的理解，本實(shí)驗(yàn)提供了一種典型的抽樣電路。此外，本實(shí)驗(yàn)還模擬了兩路PCM通信系統(tǒng)，從而幫助實(shí)驗(yàn)者初步了解時(shí)分多路的通信方式。通過(guò)本實(shí)驗(yàn)，學(xué)生應(yīng)達(dá)到以下要求：1、驗(yàn)證抽樣定樣；2、觀察了解PAM信號(hào)形成過(guò)程，平頂展寬解調(diào)過(guò)程；3、了解時(shí)分多路系統(tǒng)中的路際串話現(xiàn)象。圖1 PCM系統(tǒng)示意圖四、實(shí)驗(yàn)原理和電路說(shuō)明1、抽樣定理抽樣定理

4、指出，一個(gè)頻帶受限信號(hào)m（t），如果它的最高頻率為fh（即m（t）的頻譜中沒(méi)有fh以上的分量），可以唯一地由頻率大于2fh的樣值序列所決定。因此，對(duì)于一個(gè)最高頻率為3400Hz的語(yǔ)音信號(hào)m（t），可以用頻率大于或等于6800Hz的樣值序列來(lái)表示，抽樣頻率fs和語(yǔ)音信號(hào)m（t）的頻譜如圖2和圖3所示。由頻譜可知，用截止頻率為fh的理想低通濾波器可以無(wú)失真地恢復(fù)原始信號(hào)m（t），這就說(shuō)明了抽樣定理的正確性。實(shí)際上，考慮到低通濾波器特性不可能理想，對(duì)最高頻率為3400Hz的語(yǔ)言信號(hào)，通常采用8KHz抽樣頻率，這樣可以留出1200Hz的防衛(wèi)帶。見(jiàn)圖4。如果fs2fh，就會(huì)出現(xiàn)頻譜混迭的現(xiàn)象，如圖5所示

5、。在驗(yàn)證抽樣定理的實(shí)驗(yàn)中，我們用單一頻率fh的正弦波來(lái)代替實(shí)際的語(yǔ)音信號(hào)。采用標(biāo)準(zhǔn)抽樣頻率fs8KHz。改變音頻信號(hào)的頻率fh，分別觀察不同頻率時(shí)，抽樣序列和低通濾波器的輸出信號(hào)，體會(huì)抽樣定理的正確性。驗(yàn)證抽樣定理的實(shí)驗(yàn)方框圖如圖6所示。連接實(shí)驗(yàn)箱中（8）和（14），就構(gòu)成了抽樣定理實(shí)驗(yàn)電路。抽樣電路采用場(chǎng)效應(yīng)晶體管開(kāi)關(guān)電路。抽樣門(mén)在抽樣脈沖的控制下以每秒千次的速度開(kāi)關(guān)，T3為結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管，T2為驅(qū)動(dòng)三極管。當(dāng)抽樣脈沖沒(méi)來(lái)時(shí)，9012.3DK2都處于飽和導(dǎo)通狀態(tài)，12V電壓加在場(chǎng)效應(yīng)管柵極，使其處于夾斷狀態(tài)，輸出信號(hào)“0”。抽樣脈沖到來(lái)時(shí)，9012.3DK2處于截止?fàn)顟B(tài)，場(chǎng)效應(yīng)管柵極電壓升

6、高，使其處于導(dǎo)通狀態(tài)。這樣，抽樣脈沖期間模擬電路負(fù)載是一個(gè)電阻，因此抽樣門(mén)的輸出端能得到一串脈沖信號(hào)。此脈沖信號(hào)的幅度與抽樣時(shí)輸入信號(hào)的瞬時(shí)值成正比例，脈沖的寬度與抽樣脈沖的寬度相同。這種脈沖信號(hào)就是脈沖調(diào)幅信號(hào)。當(dāng)抽樣脈沖寬度遠(yuǎn)小于抽樣周期時(shí)，電路輸出的結(jié)果接近于理想抽樣序列。由圖6可知。用一低通濾波器即可實(shí)現(xiàn)對(duì)模擬信號(hào)的恢復(fù)。為了便于觀察，解調(diào)電路由射隨、低通濾波器和放大器組成，低通濾波器的截止頻率為3400Hz。2、多路脈沖調(diào)幅系統(tǒng)中的路際串話多路脈沖調(diào)幅的實(shí)驗(yàn)方框圖如圖7所示。連接實(shí)驗(yàn)箱中（8）和（11）、（13）和（14）就構(gòu)成了多路脈沖調(diào)幅實(shí)驗(yàn)電路。分路抽樣電路的作用是：將在時(shí)間上

7、連續(xù)的語(yǔ)音信號(hào)經(jīng)脈沖抽樣形成時(shí)間上離散的脈沖調(diào)幅信號(hào)。N路抽樣脈沖在時(shí)間上是互不交叉、順序排列的。各路的抽樣信號(hào)在多路匯接的公共負(fù)載上相加便形成合路的脈沖調(diào)幅信號(hào)。本實(shí)驗(yàn)設(shè)置了兩路分路抽樣電路。多路脈沖調(diào)幅信號(hào)進(jìn)入接收端后，由分路選通脈沖分離成n路，亦即還原出單路PAM信號(hào)。發(fā)送端分路抽樣與接收端分路選通是一一對(duì)應(yīng)的，這是依靠他們所使用的定時(shí)脈沖的對(duì)應(yīng)關(guān)系決定的。為簡(jiǎn)化實(shí)驗(yàn)系統(tǒng)，本實(shí)驗(yàn)的分路選通脈沖直接利用該路的分路抽樣脈沖經(jīng)適當(dāng)延遲獲得。接收端的選通電路也采用結(jié)型場(chǎng)效應(yīng)晶體管作開(kāi)關(guān)元件，但輸出負(fù)載不是電阻而是電容。采用這種類似與平頂抽樣的電路是為了解決PAM解調(diào)信號(hào)的幅度問(wèn)題。由于時(shí)分多路的

8、需要，分路脈沖的寬度S是很窄的。當(dāng)占空比為STS的圖7 多路脈沖調(diào)幅實(shí)驗(yàn)框圖脈沖通過(guò)話路低通濾波器后，低通濾波器輸出信號(hào)的幅度很小。這樣大的衰減帶來(lái)的后果是嚴(yán)重的。但是，在分路選通后加入保持電容，可使分路后的PAM信號(hào)展寬到100的占空比，從而解決信號(hào)幅度衰減大的問(wèn)題。但我們知道平頂抽樣將引起固有的頻率失真。PAM信號(hào)在時(shí)間上是離散的，但在幅度上卻是連續(xù)的。而在PCM系統(tǒng)里，PAM信號(hào)只有在被量化和編碼后才有傳輸?shù)目赡?。本?shí)驗(yàn)僅提供一個(gè)PAM系統(tǒng)的簡(jiǎn)單模式。路際串話是衡量多路系統(tǒng)的重要指標(biāo)之一。路際串話是指在同一時(shí)分多路系統(tǒng)中，某一路或某幾路的通話信號(hào)串?dāng)_到其它話路上去，這樣就產(chǎn)生了同一端機(jī)中

9、各路通話之間的串話。串話分可懂串話和不可懂串話，前者造成失密或影響正常通話；后者等于噪聲干擾。對(duì)路標(biāo)話必須設(shè)法防止。一個(gè)實(shí)用的通話系統(tǒng)必須滿足對(duì)路標(biāo)串話規(guī)定的指標(biāo)。在一個(gè)理想的傳輸系統(tǒng)中，各路PAM信號(hào)應(yīng)是嚴(yán)格地限制在本路時(shí)隙中的矩形脈沖。但是如果傳輸PAM信號(hào)的通道頻帶是有限的，則PAM信號(hào)就會(huì)出現(xiàn)“拖尾”的現(xiàn)象。當(dāng)“拖尾”嚴(yán)重，以至入侵鄰路時(shí)隙時(shí)，就產(chǎn)生了路際串話。在考慮通道頻帶高頻譜時(shí)，可將整個(gè)通道簡(jiǎn)化為圖9所示的低通網(wǎng)絡(luò)，它的上截止頻率為：f1=1/(2R1C1)圖9 通道的低通等效網(wǎng)絡(luò)為了分析方便，設(shè)第一路有幅度為V的PAM脈沖，而其它路沒(méi)有。當(dāng)矩形脈沖通過(guò)圖9（a）所示的低通網(wǎng)絡(luò)，

10、輸出波形如圖9（b）所示。脈沖終了時(shí)，波形按R1C1時(shí)間常數(shù)指數(shù)下降。這樣，就有了第一路脈沖在第二路時(shí)隙上的殘存電壓串話電壓。這種由于信道的高頻響應(yīng)不夠引起的路際串話就叫高頻串話。當(dāng)考慮通道頻帶的低頻端時(shí)，可將通道簡(jiǎn)化為圖10所示的高通網(wǎng)絡(luò)。它的下截止頻率為：f2=1/(2R2C2)，由于R2C2，所以當(dāng)脈沖通過(guò)圖10(a)所示的高通網(wǎng)絡(luò)后，輸出波形如圖10(b)所示，長(zhǎng)長(zhǎng)的“拖尾”影響到相隔很遠(yuǎn)的時(shí)隙。若計(jì)算某一話路上的串話電壓，則需要計(jì)算前n路以這一路分別產(chǎn)生的串話電壓，積累起來(lái)才是總的串話電壓。這種由于信道的低頻響應(yīng)不夠引起的路際串話就叫做低頻串話。解決低頻串話是一項(xiàng)很困難的工作。圖10

11、 通道的高頻等效網(wǎng)絡(luò)限于實(shí)驗(yàn)條件，本實(shí)驗(yàn)只模擬高頻串話的信道。五、實(shí)驗(yàn)儀器抽樣定理實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)雙蹤同步示波器 1臺(tái)數(shù)字頻率計(jì) 1臺(tái)低頻信號(hào)發(fā)生器 1臺(tái)毫伏表 1臺(tái)直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備工作：1、按實(shí)驗(yàn)板上所標(biāo)的電源電壓開(kāi)機(jī)，調(diào)準(zhǔn)所需電壓，然后關(guān)機(jī)；2、把實(shí)驗(yàn)板電源連接線接好接好；3、開(kāi)機(jī)注意觀察電流表正電流 I<180mA 負(fù)電流 I<60mA 若與上述電流差距太大，要迅速關(guān)機(jī)，檢查電源線有無(wú)接錯(cuò)或其它原因。(一)抽樣和分路脈沖的形成用示波器和頻率計(jì)觀察并核對(duì)各脈沖信號(hào)的頻率，波形及脈沖寬度，并記錄相應(yīng)的波形頻率，示波器工作方式置“CHOP”1、在P1觀察主振脈沖信號(hào)，

12、P2觀察位定時(shí)信號(hào)。2、用A線觀察分路抽樣脈沖（12）8KH2。用B線觀察分路抽樣脈沖（22）8KH2。3、觀察（6）同步測(cè)試信號(hào)源的波形和頻率。(二)抽樣信號(hào)和PAM信號(hào)的形成K1接2、3 即處于單路工作狀態(tài)。K3接1、2 即處于抽樣保持工作狀態(tài)。1、同步正弦信號(hào)（6）接（4）輸入，示波器A線接（4），B線接（8）。記錄波形，然后A線接（12）。記錄波形，觀察取樣信號(hào)的波形。2、（12）接（12），（8）接（11）， A線接（13）， B線接（8），觀察抽樣保持的波形并作記錄。(三)抽樣信號(hào)的恢復(fù)在(二)工作狀態(tài)下：1、把（13）接（14），A線接（13），B線接（15），觀察取樣保持信號(hào)經(jīng)

13、過(guò)濾波還原的信號(hào)，比較（4）和（15）的波形、頻率。2、斷開(kāi)（14）和（13）連接，音頻信號(hào)發(fā)生器信號(hào)接入（14），幅度1V，測(cè)量濾波器的頻率特性并作記錄，畫(huà)出幅頻特性曲線。（14）1V300Hz1KHz2KHz3KHz3.4 KHz4 KHz6 KHz8 KHz(15)幅度(四)驗(yàn)證抽樣定理K1接2、3 K3接1、21、斷開(kāi)（6）和（4）連接，（8）接（11），（13）接（14），（12）接（12）2、外接音頻信號(hào)輸入（4），幅度約1V，A線接（4），B線接（15），改變音頻信號(hào)發(fā)生器的頻率，觀察（15）的波形和頻率并與（4）比較，核對(duì)信號(hào)頻率和取樣頻率的關(guān)系，重點(diǎn)觀察300Hz、1KHz、

14、2KHz、3KHz、3.4 KHz、4 KHz、6 KHz、8 KHz信號(hào)的波形和幅度，并畫(huà)出系統(tǒng)頻響特性，觀察抽樣保持的失真現(xiàn)象。(五)多路抽樣的路際串話K1接1、2 即處于多路抽樣工作狀態(tài)。K3接1、2 即處于抽樣保持工作狀態(tài)。K5接1、2 即模擬信道有串話傳輸特性。1、（6）接（4），（8）接（11），外接音頻信號(hào)1V 300Hz，輸入（5）。2、當(dāng)（12）接（12）時(shí)，A線接（6），B線接（13），在（13）選通的是（6）輸入的1KHz信號(hào)。3、當(dāng)（22）接（12）時(shí)，A線接（5），B線接（13），在（13）選通的是300Hz信號(hào)，不會(huì)發(fā)生串話。4、（8）接（9），（10）接（11），

15、即信道有積分特性時(shí)，（22）接（12）比較（5）（13），（6）（13）波形，有第一路的（6）1KHz信號(hào)，串入第二路300Hz信號(hào)，即發(fā)生了串話。5、把K5改接2、3，即加大積分傳輸特性，重做4。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1、整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)，畫(huà)出相應(yīng)的曲線和波形。2、本實(shí)驗(yàn)在（8）和（13）得到的是哪一類抽樣波形？從理論上對(duì)理想抽樣、自然抽樣和平頂抽樣進(jìn)行對(duì)比和說(shuō)明。3、對(duì)實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（二）（三）進(jìn)行討論，當(dāng)fS2fh和fS2fh時(shí)，低通濾波器輸出的波形是什么？試總結(jié)一般規(guī)律。4、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容（五）中的2、3、4項(xiàng)內(nèi)容有什么區(qū)別？分析影響串話的主要因素。根據(jù)本實(shí)驗(yàn)電路的元件數(shù)據(jù)計(jì)算信道上的截止頻率。5、對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)內(nèi)

16、容和電路有什么建議？實(shí)驗(yàn)二 PCM編解碼單路多路實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解PCM編譯碼的基本工作原理及實(shí)現(xiàn)過(guò)程。2. 了解語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化技術(shù)的主要技術(shù)指標(biāo)，學(xué)習(xí)并掌握相應(yīng)的測(cè)試方法。3. 初步了解通信專用集成電路的工作原理和使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 信號(hào)源實(shí)驗(yàn) 1) 取樣脈沖、定時(shí)時(shí)鐘實(shí)驗(yàn) 2) 同步測(cè)試信號(hào)源實(shí)驗(yàn) 2. PCM單路編碼實(shí)驗(yàn) 1) 極性碼編碼實(shí)驗(yàn) 2) 段內(nèi)電平碼編碼實(shí)驗(yàn)3) 段落碼編碼實(shí)驗(yàn)3. PCM單路譯碼實(shí)驗(yàn) 4. PCM多路編譯碼實(shí)驗(yàn)5. 學(xué)生常犯的測(cè)量錯(cuò)誤三、基本原理圖1.1模擬信號(hào)數(shù)字化可以用數(shù)種方式實(shí)現(xiàn)。脈沖編碼調(diào)制(PCM)技術(shù)在數(shù)字通信系統(tǒng)中得到了廣泛的應(yīng)用

17、。脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)的原理方框圖如圖1.1所示。模擬信號(hào)經(jīng)濾波后頻帶受到了限制。限帶信號(hào)被抽樣后形成PAM信號(hào)。PAM信號(hào)在時(shí)間上是離散化的，但是幅度取值卻是連續(xù)變化的。編碼器將PAM信號(hào)規(guī)定為有限種取值，然后把每個(gè)取值用二進(jìn)制碼組表示并傳送出去。接收端收到二進(jìn)制編碼信號(hào)后經(jīng)譯碼還原為PAM信號(hào)，再經(jīng)濾波器恢復(fù)為模擬信號(hào)。經(jīng)理論分析可知，人的語(yǔ)音信號(hào)的幅度概率密度為拉普拉斯分布。這是一種負(fù)指數(shù)分布，小幅度時(shí)概率密度大，而大幅度時(shí)概率密度小。因此，語(yǔ)言編碼必須設(shè)法提高小信號(hào)時(shí)的信噪比。如果既要考慮到語(yǔ)音信號(hào)的幅度變化范圍約有40一5OdB，又要考慮到在小信號(hào)時(shí)有足夠好的通話質(zhì)量，則至少需要11位至

18、12位的線性編碼。通常，一路信號(hào)的抽樣頻率為8kHz。這樣，當(dāng)采用線性編碼時(shí)傳輸一路PCM符號(hào)約需1OOkbit/s的傳信率。但是非線性編碼卻可以用7位至8位的編碼使通話質(zhì)量令人滿意，而相應(yīng)的一路PCM信號(hào)的傳信率為64kbit/s。因此實(shí)用的PCM編譯碼器都是非線性的。 非線性編碼器具有特定的壓縮特性，這種特性是為了使編碼結(jié)果與信號(hào)幅度相匹配，以最大限度地減小量化噪聲功率。目前得到廣泛使用的是兩種對(duì)數(shù)形式的壓縮特性，即A 和律對(duì)數(shù)線近似。這兩種體制均己成為國(guó)際建議。實(shí)驗(yàn)選用的集成化PCM編譯碼器CC2914片具有13折線逼近的對(duì)數(shù)壓縮特性。編碼器與譯碼器的壓縮特性如圖1.2和圖1.3所示。圖

19、1.2中，每一個(gè)折線段各自被劃分為16個(gè)分層電平。二相段落的分層按步階1/2遞減分段，而每個(gè)段落內(nèi)的分層都是均勻的。模擬信號(hào)經(jīng)分段分層處理后被編成二進(jìn)制碼組，碼組的形式為折疊二進(jìn)制。在A律l3折線的編碼方式中，國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定最大量化輸人為2048個(gè)量化單位，各段量化間隔。由于采用非線性編碼，碼組中每位電平碼的權(quán)重是變化的。以上編碼規(guī)律可用表1.1、表1.2詳細(xì)說(shuō)明。這里對(duì)應(yīng)模擬信號(hào)為正值的情況，若輸入為負(fù)，則PCM碼字的最高位“符號(hào)位”由“1”改為“0”，其他規(guī)律不變。1. 逐次反饋比較編碼 所謂編碼， 就是將抽樣后的樣值信號(hào)變換成二進(jìn)碼序列的方法， 用的最多的是逐次反圖1.4饋編碼方案。圖1.

20、4是逐次反饋編碼方框圖。編碼的工作原理與天平稱量物體重量的方法相似。圖1.4 逐次反饋比較編碼方框圖(1) 判定值(權(quán)值)的提供與編碼方法 逐次反饋編碼相當(dāng)于天平稱物，要提供一套大小不同的判定值(砝碼)來(lái)作標(biāo)準(zhǔn)權(quán)值。當(dāng)稱量(比較)一次后，如果物體重量(相當(dāng)于信號(hào)的抽樣值)重于砝碼(相當(dāng)于設(shè)備中提供的判定值)時(shí)，下一次稱量需保留原砝碼外再增加一個(gè)砝碼(換一個(gè)較大的判定值)，反之若發(fā)現(xiàn)物體重量輕于砝碼重量時(shí)，則需更換一個(gè)較小的砝碼，逐次反饋比較編碼方式就是仿此概念而來(lái)的。 確定A律13折線8位碼的判定值的方法是：極性碼的判決不需要判定值(嚴(yán)格講，其判定值為零)，它根據(jù)輸入信號(hào)(電流值0的極性來(lái)決定

21、。即 幅度碼的位數(shù)是7位，需要個(gè)判定值，它們分別是：第1段 0、1、2、3 15共15種第2段 16、17、18 31共16種第3段 32、34、36 62共16種第4段 64、68、72 124共16種第5段 128、136、144248共16種第6段 256、272、288496共16種第7段 512、544、576 992共16種第8段 1024、1088、11521984共16種實(shí)際上沒(méi)有必要產(chǎn)生這127種判定值(否則設(shè)備太復(fù)雜)，根據(jù)13折線壓擴(kuò)特性是通過(guò)圖中本地解碼電路中7/11變換來(lái)實(shí)現(xiàn)，即將壓縮后7位非線性碼變換成11位線性碼，也就是只需要利用這11位線性碼所對(duì)應(yīng)的權(quán)值作為判定

22、值即可?？紤]到量化段為8段，其對(duì)分點(diǎn)為7個(gè)，它們是、 、。再考慮到每一段中均勻分為16個(gè)量化級(jí)，它們的對(duì)分點(diǎn)是4個(gè)，即 、?？刹捎眠@11種對(duì)分點(diǎn)作為判定值。這樣11種判定值可以組合成以上所需的127種判定值。下面舉例來(lái)介紹編碼方法。假設(shè)輸入抽樣值(電流值) ，按A律13折線編8位碼。第一次比較：，說(shuō)明信號(hào)為正, 第二次比較：樣值取絕對(duì)值，因?yàn)樾盘?hào)的極性已由確定，判定值表示編出碼的判定值。，是第14量化段和第58量化段的對(duì)分點(diǎn)。 (信號(hào)在第58段)第三次比較：前一次比較結(jié)果，表示判定值小了，這次比較時(shí)，應(yīng)使判定值增加。反之，要減小判定值。表示信號(hào)在第58段，而正好是第56段和第78段的對(duì)分點(diǎn)。

23、(信號(hào)在第56段)，第四次比較： 表示信號(hào)在第56段，正好是第5段和第6段的對(duì)分點(diǎn) (信號(hào)在第6段)三次比較結(jié)果，段落碼為101，表示信號(hào)在第6段，第6段起點(diǎn)電平。段內(nèi)碼的判定值的提供，可用下列表示 (2.27) 第五次比較：第六次比較：按式(2.27)，第七次比較：第八次比較：結(jié)果編碼碼字為11011011。編碼又稱逐次漸近型編碼。圖1.5是以為例畫(huà)出逐次反饋編碼的時(shí)間波形圖。(2) 極性判決與全波整流話音信號(hào)是具有正、負(fù)的雙極性信號(hào)輸入的話音信號(hào)，分別送入極性判決和全波整流電路，一方面將正或負(fù)信號(hào)編成碼或碼，另一方面將雙極性信號(hào)整流成單極性“正”信號(hào)再送入編碼器編碼。對(duì)編碼用的全波整流器的

24、要求是： 對(duì)大、小信號(hào)都能整流，同時(shí)具有良好的線性特性。對(duì)于普通二極管整流器來(lái)講，由于二極管的結(jié)電壓以及伏安特性的非線性。上述兩點(diǎn)要求均無(wú)法實(shí)現(xiàn)為此常采用運(yùn)算放大器的折疊放大電路來(lái)組成全波整流電路。(3) 比較器比較器是一種模數(shù)變換部件，它是雙端模擬輸入單端數(shù)字輸出的三端器件，如圖1.6(a)所示，對(duì)于理想的電壓或(電流)比較器，其輸入與輸出的轉(zhuǎn)移特性如圖(b)所示。如果在正端輸入樣值；負(fù)端接判定值，顯然USUR時(shí)，輸出 (“1”碼)；當(dāng)時(shí)，輸出為低電平 (“0”碼)。但這種理想比較器是不可能做到的，實(shí)際比較器的轉(zhuǎn)移性如圖(c)所示，它在后才轉(zhuǎn)換，而在區(qū)間是不轉(zhuǎn)換的，這區(qū)間稱為模糊區(qū)。在模糊區(qū)

25、內(nèi)不能肯定是“1”碼還是“0”碼。而比較器的靈敏度是從輸出“0”碼轉(zhuǎn)換成“1”碼所需要的差值來(lái)衡量的，大時(shí)，比較器靈敏度就低，而小時(shí)，比較器靈敏度就高，顯然圖(c)的靈敏度為，從要求比較器靈敏度高的條件，希望模糊區(qū)越小越好。圖1.5 逐次反饋比較編碼時(shí)間圖(一種方案)對(duì)轉(zhuǎn)移特性影響較大的還有比較器輸入失調(diào)電壓，它不僅使靈敏度降低，而且失調(diào)電壓的不穩(wěn)定會(huì)形成比較器工作點(diǎn)漂移，嚴(yán)重時(shí)會(huì)引起編碼誤差，所謂失調(diào)即不等，如圖(d)所示。解決辦法可采用自動(dòng)穩(wěn)零路如圖(e)所示。這樣可使模糊區(qū)的中點(diǎn)對(duì)準(zhǔn) 稱為穩(wěn)零。圖1.6 比較器7比特串并變換及記億電路如由圖1.7所示。圖1.7 7比特串并變換及記憶電路(

26、4) 本地解碼器圖1.4 所示的方框圖中，輸入經(jīng)保持的PAM信號(hào)分作兩路，一路送入極性判決電路，在時(shí)刻進(jìn)行判決，信號(hào)為正極性或負(fù)極性時(shí)，分別用或表示。另一路經(jīng)全波整流后與本地解碼器輸出的判決值比較，在位脈沖時(shí)隙比較后，形成碼字。本地解碼器的作用就是將除極性碼以外的碼逐位反饋經(jīng)串并變換，并存貯在記億電路中，記億電路輸出分別為，再將這7位非線性碼變換為11位線性碼(又稱7/11變換)，再經(jīng)11位線性解碼網(wǎng)絡(luò)，就可得到11種判定值()。所以本地解碼器包括7比特串并變換及記億電路、7/11變換電路及11比特線性解碼網(wǎng)絡(luò)。 7比特串并變換及記憶電路每個(gè)樣值開(kāi)始比較前，下權(quán)脈沖將置于1，同時(shí)將清0，由于，

27、正好是第5量化段的起點(diǎn)電平，它等于，用這個(gè)和輸入經(jīng)保持的PAM值比較。當(dāng)PAM值(以表示)大于時(shí)，經(jīng)非門(mén)后，然后反饋至 (與非門(mén))的一個(gè)輸入端，在這時(shí)反饋用脈沖同時(shí)加到的另一端，輸出高電位，即，時(shí)，保留，另外在這同時(shí)又將置1，結(jié)果，正好是第7段的起點(diǎn)電平，它等于。下一次比較時(shí)， 。當(dāng)PMA值()小于時(shí)，經(jīng)非門(mén)后，反饋至的一個(gè)輸入端，同時(shí)加至的另一輸入端，這時(shí)被清零即，同時(shí)將置1，結(jié)果，這正好是第3段起點(diǎn)電平，它等于，下一次比較時(shí)。 7/11變換電路7/11變換又稱非線性碼/線性碼變換，即將非線性7位幅度碼變換成線性11位幅度碼它們的變換關(guān)系可用表1.3表示。表1.3 A律13折線非線性碼與線性

28、碼的關(guān)系其中為第段的“段落標(biāo)志”，即表示是第1個(gè)量化段，于是有，根據(jù)表1.3可得出與之間的邏輯表達(dá)式。例如線性碼的權(quán)為，哪幾種情況要求出的權(quán)值呢? 對(duì)應(yīng)于的非線性碼有4種情況。第一種是第8量化段()時(shí)的；即；第二種是第7段()的時(shí)；第三種是第6段()的時(shí);第四種是第5段()時(shí)。均表示求變換后的線性碼根據(jù)公式227可寫(xiě)出下列7/11變換邏輯表達(dá)式：式中“+”表示“或”運(yùn)算；相乘表示“與”運(yùn)算，標(biāo)“*”者為收端解碼用。 線性解碼網(wǎng)絡(luò)線性解碼網(wǎng)絡(luò)用于線性碼的數(shù)/模轉(zhuǎn)換，它的特點(diǎn)是變換后電流(電壓)值，對(duì)應(yīng)著每一位幅度碼權(quán)值的總和。圖1.8是11位線性型解碼網(wǎng)絡(luò)。該電路是某集成電路(11位幅度碼)的解

29、碼網(wǎng)絡(luò)，其特點(diǎn)如下：圖1.8 11位線碼解碼器a、網(wǎng)絡(luò)中電阻僅兩種，容易滿足精度要求，也有利于集成化;b、不論幅度碼碼時(shí)的或碼時(shí)的不等于零，而且兩者的電流近似相等，(因運(yùn)算放大器輸入端為虛地)；c、從任一節(jié)點(diǎn)(111點(diǎn))向右看進(jìn)去的阻抗都為 (如圖所示)，因此每個(gè)支路中的電流自左向右以1/2系數(shù)逐漸遞減。每個(gè)支路電流分別為： 而送到運(yùn)放輸入端的總電流，決定于幅度碼的狀態(tài)，即當(dāng)時(shí)，才送到運(yùn)放輸人端，因此總電流為： (2.28)設(shè)，則(2.28)式可寫(xiě)成： 由此可見(jiàn)，梯形網(wǎng)絡(luò)利用電流的1/2遞減系數(shù)起到使電流(電壓)幅值依次減半的作用。7/11變換后的11位線性碼分別控制開(kāi)關(guān)，各幅度碼的總和就是變

30、換后的電流(電壓)值。(5) A律13折線解碼解碼的作用是把接收到的PCM 信碼還原成相應(yīng)的PAM 信號(hào)，即數(shù)/模(D/A)變換。 A律13折線解碼器的方框圖如圖1.9 所示，它與圖1.4中本地解碼電路很相似，又有不同點(diǎn)： 增加了極性控制部分：根據(jù)接收到的PCM信號(hào)的極性碼是“1”碼還是“0”碼，來(lái)辨別PAM信號(hào)的極性，極性碼的狀態(tài)在記億寄存器中，由，或來(lái)控制“極性控制電路，使解碼后的PAM信號(hào)的極性得以恢復(fù)成與發(fā)送端相同的極性。 邏輯壓擴(kuò)部分由原7/11變換改為7/12變換：由7/11變換變成7/12變換是使變換后輸出的線性碼增加一個(gè)碼位，其目的是使解碼輸出的信號(hào)值，對(duì)應(yīng)于量化編碼時(shí)的每一量

31、化間隔的中間值，就是說(shuō)可保證解碼后的量化誤差不會(huì)超過(guò)。舉例說(shuō)明如前所述某抽樣值，經(jīng)過(guò)A律13折線編碼后，其碼字為11011011。從減小量化誤差這概念來(lái)講，量化值應(yīng)取量化級(jí)(量化間隔)的中間值。而，是在第6量化段中第12個(gè)量化級(jí)中，量化間隔為，按理說(shuō)量化值取中間值為時(shí)圖1.9 13折線(A線)解碼器方框圖其量化誤差最小。 但從編碼 11011011 解碼后的電平來(lái)看是 ， 這樣的結(jié)果量化誤差為，大于，如果在解碼后固定加一個(gè)，則量化誤差為，這樣量化誤差就小于半個(gè)量化級(jí)，因此，在解碼后固定加入一個(gè)，就可保證解碼后的量化誤差小于。表1.3中各相應(yīng)段的1*加入后，相當(dāng)于補(bǔ)加了一個(gè)，第6段中的1*是，即

32、解碼后第6段要固定加上。 寄存器讀出是接收端解碼器中所特有的，它的作用是把輸入信號(hào)(PCM信號(hào))寄存起來(lái)(相當(dāng)于一個(gè)棧房)，在一定的時(shí)刻一齊輸出到解碼網(wǎng)絡(luò)去。(6) 時(shí)分復(fù)用以上是對(duì)單路PCM編譯碼過(guò)程的說(shuō)明。由于脈沖編碼調(diào)制傳送的是量化后消息信號(hào)的抽樣值，因此可以采用時(shí)分復(fù)用的方法來(lái)實(shí)現(xiàn)多路通信。這一方式廣泛地應(yīng)用于電話通信。目前國(guó)際上采用脈沖編碼調(diào)制傳送多路電話的制式有兩種，一種是以24路作為一個(gè)基群，另一種是以32路作為一個(gè)基群。在這兩種基群基礎(chǔ)上，脈沖編碼調(diào)制時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)己發(fā)展成為系列。隨著傳信率的提高，分別稱為基群(或一次群)、二次群、三次群、四次群等。在時(shí)分多路通信系統(tǒng)中各路信

33、號(hào)占據(jù)了不同的時(shí)間間隔，為了在接收時(shí)能正確地區(qū)分各路信號(hào)的順序，必須傳送同步信號(hào)。此外，由于通信的需要還必須傳送一些控制信號(hào)。這些輔助信號(hào)也要占據(jù)一定的時(shí)間間隔。所有的信號(hào)按一定的格局在時(shí)間上排列起來(lái)形成特定的數(shù)碼結(jié)構(gòu)。32路基群的數(shù)碼結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單示意圖如圖1.10所示。發(fā)端定時(shí)脈沖波形圖如圖1.11，標(biāo)準(zhǔn)電話信號(hào)的頻帶為3003400Hz，抽樣頻率為8000Hz，因此每隔1/8000s(125us)送一個(gè)抽樣值。把125us稱為一幀。一幀由32個(gè)時(shí)間間隔(路時(shí)隙)組成。將每個(gè)路時(shí)隙從0到31序編號(hào)，分別記作，其中至和至這30路時(shí)隙用來(lái)傳送30路電話信號(hào)。TS0分配給幀同步，專用于傳送控制信號(hào)。每

34、路時(shí)隙包含8位碼，占時(shí)3.9lus，每位碼占488ns，一幀共含256個(gè)碼元。幀同步碼組0011011，它是每隔一幀插入的固定碼組，接收端識(shí)別出幀同步碼組后即可建立確定的路序。集中編碼方式PCM30/32方框圖如圖1.12。圖1.11 PCM30/32發(fā)端定時(shí)脈沖時(shí)間波形圖附錄：?jiǎn)纹蒔CM編解碼器早期的編解碼器模擬部分電路采用雙極工藝，數(shù)字部分電路要用MOS工藝；因而要由兩塊芯片組成一個(gè)編解碼器。隨著生產(chǎn)工藝的改進(jìn)和MOS電路性能指標(biāo)的提高，己可以全部用MOS工藝在一塊芯片上制成單片單路編解碼器。其中，CMOS工藝制成的電路利于降低功耗，但工藝過(guò)程較復(fù)雜；而采用NMOS工藝的電路耗電量較高

35、，但工藝較簡(jiǎn)單，權(quán)衡利弊，從目前美、日等國(guó)商品來(lái)看，大多采用CMOS工藝。話路濾波器是 PCM 編解碼器不可缺少的部件， 在話音信號(hào)的抽樣之前， 先通過(guò)低通濾波器(截止頻率為3400Hz)，將3400Hz以上的成分濾掉，以防止用8kHz抽樣頻率抽樣后產(chǎn)生折疊噪聲，這個(gè)濾波器要采用5階橢圓函數(shù)有源濾波器來(lái)實(shí)現(xiàn)。另外PCM解碼后輸出的是階梯形的PAM信號(hào)，為了防止高頻失真，需加入一個(gè)具有x/sinx函數(shù)的均衡低通濾波器，以補(bǔ)償高頻成份。七十年代前音頻濾波器是采用LC分立元件組成，七十年代出現(xiàn)了實(shí)用的RC有源濾波器以及薄膜混合電路，七十年代末，采用MOS工藝技術(shù)，成功地制成一種新型的音頻話路濾波器一

36、一MOS開(kāi)關(guān)電容濾圖1.12 集中編碼方式PCM30/32方框圖波器，由于這種MOS開(kāi)關(guān)電容濾波器可以采用NMOS或CMOS工藝實(shí)現(xiàn)，這樣就可能在同一塊硅片上利用大規(guī)模集成電路技術(shù)將話路濾波器和編解碼器集成在一起成為單片PCM編解碼器。A、單片開(kāi)關(guān)電容話路濾波器1. 開(kāi)關(guān)電容代替電阻用開(kāi)關(guān)電容替代電阻，十分適合于大規(guī)模集成工藝，因?yàn)樵诠杵现谱鲾U(kuò)散電阻不僅面積大，而且精度較難保證。開(kāi)關(guān)電容濾波器由開(kāi)關(guān)、電容和運(yùn)算放大器組成，首先介紹開(kāi)關(guān)電容等效電阻的基本原理，如圖1.13(a)所示。圖中表示開(kāi)關(guān)，它是由兩個(gè)MOS晶體管來(lái)實(shí)現(xiàn)的，如圖(b)所示，同頻反相的信號(hào)接于兩管柵極以保證兩管交替導(dǎo)通，等效

37、于開(kāi)關(guān)左右接通的作用。開(kāi)關(guān)以一定的頻率在和之間接換，當(dāng)與接通時(shí)，電容上儲(chǔ)存的電荷通過(guò)一次切換，在周期內(nèi)由端送往端的電荷等于 (1.1)這就等效于在端和端有一電流通過(guò)，其數(shù)值為只有開(kāi)關(guān)頻率比、端信號(hào)的最高頻率還要高得多，開(kāi)關(guān)切換過(guò)程中、之間可認(rèn)為不變，那么電流也基本維持不變，則、之間可等效于一個(gè)電阻，如圖(c)所示。其阻值為 (1.2)由(1.2)式說(shuō)明電阻與電容的容量和開(kāi)關(guān)頻率有關(guān)，一旦兩個(gè)因素確定，也隨之確定。圖1.13開(kāi)關(guān)電容代替電阻B、電容陣列式解碼網(wǎng)絡(luò)單片集成編解碼器內(nèi)部電路的核心部分是解碼網(wǎng)絡(luò)(D/A變換)，為適應(yīng)大規(guī)模集成工藝制造的特點(diǎn)，解碼網(wǎng)絡(luò)的構(gòu)成方式已不同于分立元件或小規(guī)模集

38、成電路，目前用的最多的是電容陣列式解碼網(wǎng)絡(luò)。典型的適用于MOS工藝的解碼網(wǎng)絡(luò)是電容陣列式(電荷分布式)解碼網(wǎng)絡(luò)，它是利用MOS電容存儲(chǔ)電荷的原理，由一組具有二倍比的電容陣列受開(kāi)關(guān)控制，使其電荷再分布來(lái)實(shí)現(xiàn)解碼。圖1.14是電容陣列式解碼網(wǎng)絡(luò)MOS開(kāi)關(guān)(，本例中)由位二進(jìn)制數(shù)字控制，當(dāng)時(shí)，接參考基準(zhǔn)電源；當(dāng)時(shí)，接地。初始時(shí)，開(kāi)關(guān)接地，受數(shù)字位控制，此時(shí)點(diǎn)充有電荷，在點(diǎn)的電荷： (1.3)隨后開(kāi)關(guān)倒向懸空位置，并使所有開(kāi)關(guān)全部接地，若運(yùn)放輸入阻抗足夠大無(wú)漏電， 圖1.14 電容陣列式解碼網(wǎng)絡(luò)此時(shí)點(diǎn)電位等于： (1.4)式1.4中的為點(diǎn)對(duì)地總電容，設(shè)運(yùn)放增益為，則運(yùn)放在輸出電壓為; (1.5)可以看

39、出輸出電壓與送入的二進(jìn)制數(shù)字信息有著對(duì)應(yīng)的關(guān)系從而實(shí)現(xiàn)了D/A轉(zhuǎn)換功能。四、實(shí)驗(yàn)原理實(shí)驗(yàn)電路由定時(shí)部分，編、譯碼部分，同步測(cè)試信號(hào)原部分，譯碼功效四大部分組成。方框原理圖如圖1.15所示。五、實(shí)驗(yàn)儀器PCM編解碼單路多路實(shí)驗(yàn)箱 1臺(tái)雙蹤同步示波器 1臺(tái)數(shù)字頻率計(jì) 1臺(tái)低頻信號(hào)發(fā)生器 1臺(tái)毫伏表 1臺(tái)直流穩(wěn)壓電源 1臺(tái)學(xué)生自帶小型FM收音機(jī)（備耳機(jī)插孔）圖1.15 PCM編譯碼實(shí)驗(yàn)原理圖六、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容準(zhǔn)備工作：1、按實(shí)驗(yàn)板上所標(biāo)的電源電壓開(kāi)機(jī)，調(diào)準(zhǔn)所需電壓，然后關(guān)機(jī)；2、把實(shí)驗(yàn)板電源連接線接好；示波器探頭1：10，嚴(yán)禁1：1。3、開(kāi)機(jī)注意觀察電流表 正電流 I<180mA ， 負(fù)電流 I&l

40、t;60mA 若與上述電流差距太大，要迅速關(guān)機(jī)，檢查電源線有無(wú)接錯(cuò)或其它原因。實(shí)驗(yàn)前請(qǐng)認(rèn)真閱讀八：學(xué)生常犯的測(cè)量錯(cuò)誤。 (一) 時(shí)鐘部分1. 用示波器線接，測(cè)量晶振波形。線接測(cè)量位定時(shí)波形應(yīng)為對(duì)稱方波。2. 用頻率計(jì)測(cè)量晶振頻率和測(cè)量位定時(shí)頻率應(yīng)分別為4.096MHz和2.048MHz。3. 用示波器線接，線接測(cè)量其波形均應(yīng)為窄脈沖系列。用頻率計(jì)測(cè)量、兩點(diǎn)頻率都應(yīng)為8KHz, 、兩點(diǎn)信號(hào)相位差別180º。是多路編碼的取樣脈沖，是多路編碼的信鈴時(shí)隙。 (二) 同步測(cè)試信號(hào)源部分開(kāi)關(guān)位置，接觸3.41. 示波器接測(cè)量應(yīng)為正弦波，用頻率計(jì)測(cè)量其頻率應(yīng)為2KHz。信號(hào)是專門(mén)為實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的同步測(cè)

41、試信號(hào)源。請(qǐng)注意的峰峰值應(yīng)小于，否則有可能損壞IC2914。2. 測(cè)波形、調(diào)整, 為連續(xù)可變的正弦波。然后用毫伏表測(cè)量的幅度，應(yīng)調(diào)整到剛好為1000Mv(有效值)。3. 示波器線接,線接, 4個(gè)取樣脈沖(單路工作取樣脈沖)。有兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)正弦波峰頂。另兩個(gè)對(duì)準(zhǔn)正弦波信號(hào)過(guò)零點(diǎn)。如果不在此位置上，可調(diào)整。一般由指導(dǎo)老師調(diào)整，建議學(xué)生不要調(diào)整。并作好記錄。(三) PCM單路編，譯碼實(shí)驗(yàn) 開(kāi)關(guān)位置接3、4，即選同步測(cè)試信號(hào)源2KH；接2、3 即選擇單路編碼工作狀態(tài)接1、3 即功放輸出接假負(fù)載1. 示波器線接,線接，示波器工作方式(MODE)開(kāi)關(guān)置Chop(斷續(xù))位置。在低電位期間，輸出PCM 8位編碼值

42、。改變示波器掃描頻率，使熒光屏可以顯示到5個(gè)取樣周期。觀察碼位時(shí)，示波器同步信號(hào)必須以作觸發(fā)。仔細(xì)觀察這5個(gè)取樣值的編碼碼型。第一個(gè)和第5個(gè)取樣點(diǎn)的碼型是完全一樣的。即完成了正弦波的一個(gè)周期。要注意的是，編碼器2914輸出的是ADI碼，即偶位碼“0”碼變“1”碼，“1”碼變“0”碼。記錄下這5個(gè)取樣點(diǎn)的碼型。a、觀察第一位極性碼，4個(gè)取樣點(diǎn)中，有兩個(gè)取樣點(diǎn)第一位碼為正，另兩個(gè)取樣點(diǎn)第一位碼為負(fù)。把線改接與線比較，并且把2914片內(nèi)開(kāi)關(guān)電容濾波時(shí)延和反相也考慮進(jìn)去。你會(huì)發(fā)現(xiàn)信號(hào)正半周時(shí)第一位碼本應(yīng)編為“1”碼，而實(shí)際編為“0”碼。信號(hào)負(fù)半周時(shí)，第一位碼本應(yīng)編為“0”碼，而實(shí)際編為“1”碼。這是由

43、于開(kāi)關(guān)電容濾波后，實(shí)際的取樣信號(hào)與反相的緣故。b、觀察段落碼。把信號(hào)減小至40mv左右。記錄下4個(gè)取樣點(diǎn)的編碼值，并與a、的記錄結(jié)果進(jìn)行比較。大信號(hào)的段落碼落在第7、8段。而小信號(hào)的段落碼落在第3、4段。在作較大范圍變化時(shí)，其段落碼才開(kāi)始發(fā)生變化。c、觀察段內(nèi)電平碼。信號(hào)40 mv (有效值)。線接, 線接，微調(diào)，觀察每個(gè)取樣點(diǎn)第5、6、7、8碼位變化。你會(huì)發(fā)現(xiàn)，只要作極其微小的變動(dòng)其段內(nèi)電平碼也是不一樣的。從這里看出PCM的編碼精度是比較高的。記錄9mv，l0mv(有效值)的編碼值。d、動(dòng)態(tài)觀察編碼輸出。調(diào)整，使信號(hào)在1000mv一40mv之間變化。觀察輸出的碼型變化（不記錄）。e、觀察靜態(tài)

44、輸出碼型。接1、2(即無(wú)信號(hào)輸入時(shí))，PCM編碼本應(yīng)輸出全0碼，但輸出變?yōu)?、0交替碼。這是根據(jù)國(guó)際電報(bào)委員會(huì)規(guī)定。編碼器輸出偶位翻轉(zhuǎn)（ADI）以利于傳輸時(shí)鐘提取，與P3比較碼位有閃動(dòng)的是哪一位信號(hào)。f、觀察解碼輸出。輸出1、0交替碼時(shí)，把線改接。此時(shí)解碼器無(wú)信號(hào)輸出。再把線改接，此時(shí)無(wú)信號(hào)輸入。然后，接3.4，調(diào)整，隨著幅度增大，輸出同步增長(zhǎng)。幅度減小時(shí)，輸出同步減小。并且輸出波形較好。g、觀察功放輸出。把線改接，打開(kāi)音量電位器，可看到放大了的信號(hào)，把接2、4，喇叭會(huì)有2KHz音頻信號(hào)。2、試聽(tīng)譯碼還原信號(hào)FM收音機(jī)接收電臺(tái)信號(hào)用耳機(jī)連接線接FM收音機(jī)和實(shí)驗(yàn)板，接1.2，示波器A線接，調(diào)，使

45、觀察到音頻信號(hào)為最大，音量電位器開(kāi)置最大，示波器B線接，接2、4，細(xì)觀察試聽(tīng)還原的信號(hào)。(四) PCM多路編、譯碼實(shí)驗(yàn)開(kāi)關(guān)位置：接1、2，即送外非同步信號(hào)；接1、2，即選擇多路編譯碼工作狀態(tài) 接1、3，即功放輸出接假負(fù)載1. 觀察靜態(tài)時(shí)多路PCM編碼輸出波形線接, 線接取樣脈沖8KHz，把示波器掃描頻率轉(zhuǎn)至較低時(shí)，兩個(gè)窄脈沖間就是PCM基群的一幀時(shí)間。把示波器掃描頻率轉(zhuǎn)至較高的位置，A線有穩(wěn)定的1、0交替碼輸出，從往后數(shù)八位碼，這就是一幀的一個(gè)時(shí)隙。把線改接，靜態(tài)時(shí)無(wú)解碼信號(hào)輸出。注意，這里未加入同步時(shí)隙(請(qǐng)參考圖1.12)。2. 觀察有信號(hào)時(shí)多路PCM編碼輸出波形接3、4，送入2 KHz音頻

46、信號(hào)，這時(shí)編碼輸出波形立即變?yōu)榇a位發(fā)生模糊，這就表明已經(jīng)編了碼，看不到碼元變化是由于信號(hào)每次取樣值都不一樣，其編碼碼型不同，在示波器顯示同一位置，有時(shí)為“1“碼，有時(shí)為“0”碼，由于示波器平均余輝作用，我們只能觀察到兩條線。3. 接3、4，線接，線接，調(diào)節(jié)大小，與同步增大或減小。4. 接2、4，接1、2，把電位器調(diào)至較大，用收音機(jī)接收調(diào)頻信號(hào)，用耳機(jī)連接線連接收音機(jī)和實(shí)驗(yàn)板耳機(jī)插孔，打開(kāi)音量電位器，試聽(tīng)編碼、譯碼還原的信號(hào)，用示波器觀察和的音頻信號(hào)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告1. 整理實(shí)驗(yàn)記錄，畫(huà)出相應(yīng)的曲線和波形，標(biāo)時(shí)序相位關(guān)系。2. PCM編譯碼系統(tǒng)由哪些部分構(gòu)成?各部分的作用是什么?3. 對(duì)PCM和系

47、統(tǒng)的系統(tǒng)性能進(jìn)行比較，總結(jié)它們各自的特點(diǎn)。4. 在實(shí)際的通信系統(tǒng)中收端(譯碼)部分的定時(shí)信號(hào)是怎樣獲取的?5. 對(duì)改進(jìn)實(shí)驗(yàn)有什么建議?八、學(xué)生常犯的測(cè)量錯(cuò)誤1. 學(xué)生只單獨(dú)測(cè)量、畫(huà)出某點(diǎn)波形，沒(méi)有標(biāo)出PCM嚴(yán)格的時(shí)序關(guān)系。且使用ALT測(cè)量擋。正確測(cè)量方法，示波器選Chop擋（斷續(xù)），標(biāo)出輸入輸出及各測(cè)量點(diǎn)嚴(yán)格時(shí)序關(guān)系。2. 測(cè)量時(shí)鐘、編碼信號(hào)、抽樣脈沖時(shí)，把示波器Y衰減置mv檔測(cè)量，觀察到的是感應(yīng)高頻信號(hào)，并非真實(shí)信號(hào)波形。正確測(cè)量方法是示波器Y衰減置0.2V檔，探頭置×10檔，即每格為2VP-P進(jìn)行測(cè)量。實(shí)驗(yàn)三 HDB3編譯碼實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康牧私庥啥M(jìn)制單極性碼變換為AMI碼HDB

48、3碼的編碼譯碼規(guī)則，掌握它的工作原理和實(shí)驗(yàn)方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容 1偽隨機(jī)碼基帶信號(hào)實(shí)驗(yàn)2AMI碼實(shí)驗(yàn)1）AMI碼編碼實(shí)驗(yàn)2) AMI碼譯碼實(shí)驗(yàn)3) AMI碼位同步提取實(shí)驗(yàn)3HDB3編碼實(shí)驗(yàn)4HDB3譯碼實(shí)驗(yàn)5HDB3位同步提取實(shí)驗(yàn)6AMI和HDB3位同步提取比較實(shí)驗(yàn)三、基本原理:PCM信號(hào)基帶傳輸線路碼型PCM信號(hào)在電纜信道中傳輸時(shí)一般采用基帶傳輸方式，盡管是采用基帶傳輸方式，但也不是將PCM編碼器輸出的單極性碼序列直接送入信道傳輸，因?yàn)閱螛O性脈沖序列的功率譜中含有豐富的直流分量和較多的低頻分量，不適于直接送人用變壓器耦合的電纜信道傳輸，為了獲得優(yōu)質(zhì)的傳輸特性，一般是將單數(shù)性脈沖序列進(jìn)行碼型變換

49、，以適應(yīng)傳輸信道的特性。(一)傳輸碼型的選擇在選擇傳輸碼型時(shí)，要考慮信號(hào)的傳輸信道的特性以及對(duì)定時(shí)提取的要求等。歸結(jié)起來(lái)， 傳輸碼型的選擇，要考慮以下幾個(gè)原則:1傳輸信道低頻截止特性的影響在電纜信道傳輸時(shí)，要求傳輸碼型的頻譜中不應(yīng)含有直流分量，同時(shí)低頻分量要盡量少。原因是PCM端機(jī)，再生中繼器與電纜線路相連接時(shí)，需要安裝變壓器，以便實(shí)現(xiàn)遠(yuǎn)端供電(因設(shè)置無(wú)人站)以及平衡電路與不平衡電路的連接。圖3.1是表示具有遠(yuǎn)端供電時(shí)變壓器隔離電源的作用，以保護(hù)局內(nèi)設(shè)備。圖3.1變壓器的隔離作用 由于變壓器的接入，使信道具有低頻截止特性，如果信碼流中存在直流和低頻成分，則無(wú)法通過(guò)變壓器，否則將引起波形失真。2

50、碼型頻譜中高頻分量的影響一條電纜中包含有許多線對(duì)，線對(duì)間由于電磁輻射而引起的串話是隨著頻宰的升高而加劇，因此要求頻譜中高頻分量盡量少，否則因串話會(huì)限制信號(hào)的傳輸距離或傳播容量。3定時(shí)時(shí)鐘的提取碼型頻譜中應(yīng)含有定時(shí)時(shí)鐘信息，以便再生中繼器接收端提取必需的時(shí)鐘信息。4碼型具有誤碼檢測(cè)能力若傳輸碼型有一定的規(guī)律性，那么就可根據(jù)這一規(guī)律性來(lái)檢測(cè)傳輸質(zhì)量，以便做到自動(dòng)監(jiān)測(cè)。5.碼型變換設(shè)備簡(jiǎn)單，易于實(shí)現(xiàn) (二)常用的傳輸碼型1單極性碼單極性碼是一種最簡(jiǎn)單、最基本的碼型。圖3.2(a)是全占空(占空比100%)單極性碼(NRZ)及其頻譜，圖(b)是半占空(占空比50%)單極性碼及其頻譜。單極性碼的直流成分

51、，信號(hào)能量大部分集中在低頻部分，另外占空比越大，則直流成分也越大，信號(hào)能量越集中在低頻部分。由于單極性碼存在上述缺點(diǎn)，它不適合于作為信道傳輸碼型，但在設(shè)備內(nèi)部的傳輸多采用單極性碼。為了減少碼間干擾和便于時(shí)鐘提取，常采用含有時(shí)鐘頻率的單極性半占空碼。2傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼(AMI碼)圖3.2(c)所示是雙極性半占空碼，由于傳號(hào)碼(“1”碼)的極性是交替反轉(zhuǎn)的，所以又稱傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼，簡(jiǎn)稱AMI，AMI碼與二進(jìn)碼序列的關(guān)系是：二進(jìn)碼序列中“0”仍編為“0”；而二進(jìn)碼序列中的“1”碼則交替地變?yōu)椤?1”碼及“-1”碼，例如：二進(jìn)碼序列： 1 1 0 1 0 0 0 0 1 1 AMI序列： +1 -1 0

52、 +1 0 0 0 0 1 +1 由于AMI碼的傳號(hào)碼前后交替反轉(zhuǎn)，所以該碼沒(méi)有直流分量，高頻、低頻成分也較少，而且能量集中在fB/2處，但無(wú)時(shí)鐘頻率fB成分(這無(wú)關(guān)緊要，可在接收端采用全波整流方法。將AMI碼還原成單極性半占空碼，就可提取時(shí)鐘信息)。從頻譜中可以看出它有以下優(yōu)點(diǎn):無(wú)直流成分，低頻成分也少，有利于采用變壓器進(jìn)行遠(yuǎn)供電源的隔離，而且對(duì)變壓器的要求(如體積)也可以降低。高頻成分少，不僅可節(jié)省信道頻帶，同時(shí)也可以減少串話，因信碼能量集中在fB/2處，所以通常以fB/2頻率來(lái)衡量信道的傳輸質(zhì)量。碼型提供了一定的檢錯(cuò)能力，因?yàn)閭魈?hào)碼的極性是交替反轉(zhuǎn)的，如果發(fā)現(xiàn)傳號(hào)碼的極性不是交替反轉(zhuǎn)的，

53、就一定出現(xiàn)誤碼，因而可以檢出單個(gè)誤碼。碼型頻譜中，雖無(wú)時(shí)鐘頻率成分，但AMI碼經(jīng)過(guò)非線性處理(全波整流)，變換單極性碼后，就會(huì)有時(shí)鐘fB成分由于上述優(yōu)點(diǎn)，AMI碼廣泛使用于PCM系統(tǒng)中，它是CCITT建議采用的碼型之一。AMI序列的電路及其對(duì)應(yīng)的波形如圖3.3所示。AMI編碼的缺點(diǎn)是二進(jìn)制序列中的“0”碼變換后仍然是“0”碼，如原二進(jìn)制序列中連“0”碼過(guò)多，則變換后AMI序列中仍然是連“0”過(guò)多，這就不利于定時(shí)信息的提取，為了克服這一缺點(diǎn)又提出了采用HDB3碼的方案。3三階高密度雙極性碼(HDB3碼)HDB3碼是三階高密度雙極性碼簡(jiǎn)稱，HDB3碼保留了AMI碼所有優(yōu)點(diǎn)，還可將連“0”碼限制在3

54、 個(gè)以內(nèi)，它克服了AMI碼對(duì)“0”碼個(gè)數(shù)無(wú)法限制的缺點(diǎn)。HDB3碼序列的頻譜如圖3.2(c)所示。圖3.2 傳輸碼型及其頻譜HDB3碼編碼規(guī)則:二進(jìn)制序列變換為HDB3碼按下列規(guī)則進(jìn)行：(1)HDB3是偽三進(jìn)碼，它的三個(gè)狀態(tài)可用+1，-1和0來(lái)表示；(2)二進(jìn)制信號(hào)序列中的“0”碼在HDB3碼中仍編為“0”碼，但對(duì)出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼時(shí)應(yīng)按特殊規(guī)律編碼；(3)二進(jìn)制信號(hào)中“1”碼，在HDB3碼中應(yīng)交替地成+1和-1碼(信號(hào)交替反轉(zhuǎn)），但在編四個(gè)連“0”碼時(shí)要引入傳號(hào)交替反轉(zhuǎn)碼的“破壞點(diǎn)”V碼(V碼本身就是“1”碼，可正、可負(fù))；(4)二進(jìn)制序列中四個(gè)連“0”按以下規(guī)則編碼：(a)信碼中出現(xiàn)四個(gè)連“0”碼時(shí)，要將這四個(gè)連“0”碼用000V或B00V取代節(jié)來(lái)代替。(B也是“1”碼，可正、可負(fù))。B、V為附加的