通信原理實(shí)驗(yàn)--鄧國輝

1、1通通信信原原理理實(shí)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)內(nèi)內(nèi)容容2目目 錄錄 實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 常用信號(hào)的觀察常用信號(hào)的觀察 .3實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 信號(hào)的抽樣與恢復(fù)信號(hào)的抽樣與恢復(fù).4實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 ASK 調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn).8實(shí)驗(yàn)四實(shí)驗(yàn)四 FSK 調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn).11實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)脈沖編碼調(diào)制與解調(diào).143實(shí)驗(yàn)一實(shí)驗(yàn)一 常用信號(hào)的觀察常用信號(hào)的觀察一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?了解常用信號(hào)的波形和特點(diǎn)；2了解相應(yīng)信號(hào)的參數(shù)；3學(xué)習(xí)示波器的應(yīng)用；二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備二、實(shí)驗(yàn)設(shè)備1THBCC-1 型 信號(hào)與系統(tǒng)控制理論及計(jì)算機(jī)控制技術(shù)試驗(yàn)平臺(tái)。2雙蹤慢掃描示波器 1 臺(tái)。3PC 機(jī)（安裝數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的

2、軟件） ，串口通信線一根。三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容三、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察常用信號(hào)，如：正弦波、方波、三角波、鋸齒波及一些組織函數(shù)波形如)cos()sin(mxnxy2、用示波器測量信號(hào)，讀出信號(hào)的幅度和頻率，并用坐標(biāo)紙記錄信號(hào)的波形四、實(shí)驗(yàn)原理說明四、實(shí)驗(yàn)原理說明描述信號(hào)有多種方法，可是是數(shù)學(xué)表達(dá)式（時(shí)間的函數(shù)） ，也可以是函數(shù)圖形（即為信號(hào)的波形）對(duì)于各種信號(hào)可分為周期信號(hào)和非周期信號(hào)；連續(xù)信號(hào)和離散信號(hào)。五、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)步驟1.連接數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的串口通信線，打開數(shù)字信號(hào)發(fā)生器的電源。2.運(yùn)行上位機(jī)的波形發(fā)生器軟件，選擇串口和波特率，然后選擇波形，點(diǎn)擊發(fā)送數(shù)據(jù)，用示波器觀察輸出的波形3.選擇不同的頻

3、率，觀察輸出波形的變化五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告五、實(shí)驗(yàn)報(bào)告根據(jù)實(shí)驗(yàn)測得的數(shù)據(jù)，繪出各種信號(hào)波形圖，并寫出相應(yīng)數(shù)學(xué)函數(shù)表達(dá)式。4實(shí)驗(yàn)二實(shí)驗(yàn)二 信號(hào)的抽樣與恢復(fù)信號(hào)的抽樣與恢復(fù)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?. 了解電信號(hào)的抽樣方法與過程以及信號(hào)恢復(fù)的方法。2. 觀察連續(xù)時(shí)間信號(hào)經(jīng)抽樣后的波形圖，了解其波形特點(diǎn)。3. 驗(yàn)證抽樣定理并恢復(fù)原信號(hào)。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1. 用示波器觀察不同的抽樣頻率抽樣得到的抽樣信號(hào)。2. 用示波器觀察各抽樣信號(hào)經(jīng)低通濾波器恢復(fù)后的信號(hào)并驗(yàn)證抽樣定理。三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器1. 信號(hào)與系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)箱 一臺(tái)2. 3000XH-5 實(shí)驗(yàn)?zāi)K 一塊3. 雙蹤示波器或虛擬示波器 一臺(tái)4. 連

4、接線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理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?xiàng)l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)中可以無失真的恢復(fù)出原始信號(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)。抽樣過程是模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步，抽樣性能的優(yōu)劣關(guān)系到通信設(shè)備整個(gè)系統(tǒng)的性能指標(biāo)。抽樣定理指出：一個(gè)頻帶受限信號(hào) m(t)，如果它的最高頻率為 fh，則可以唯一的由頻率等于或大于 2fh的樣值序列所決定。抽樣信號(hào)的時(shí)域與頻域變化過程如圖 3-1 所示：5 -s -m 0 m s

5、 t22 圖圖 2-1 抽樣信號(hào)的時(shí)域與頻域變化過程抽樣信號(hào)的時(shí)域與頻域變化過程信號(hào)的抽樣與恢復(fù)方框圖和電路原理圖分別如圖 2-2、2-3 所示。Fs()f0(t)F0()6原信號(hào) 恢復(fù)后的信號(hào) 圖圖 2-2 信號(hào)的抽樣與恢復(fù)電路框圖信號(hào)的抽樣與恢復(fù)電路框圖圖圖 2-3 信號(hào)的抽樣與恢復(fù)電路原理圖信號(hào)的抽樣與恢復(fù)電路原理圖 抽抽 樣樣電電 路路低低 通通 濾波器濾波器抽抽 樣樣脈脈 沖沖7五、實(shí)驗(yàn)步驟五、實(shí)驗(yàn)步驟本實(shí)驗(yàn)使用 3000XH-5 實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的信號(hào)的抽樣與恢復(fù)部分。1. 熟悉信號(hào)的抽樣與恢復(fù)的工作原理。接好電源線，將 3000XH-5 實(shí)驗(yàn)?zāi)K固定于信號(hào)系統(tǒng)實(shí)驗(yàn)平臺(tái)上，連接好實(shí)驗(yàn)?zāi)K

6、電源，打開實(shí)驗(yàn)箱電源開關(guān)，按下模塊電源按鈕，檢查模塊燈亮，實(shí)驗(yàn)箱開始正常工作.2. 將同步信號(hào)源單元產(chǎn)生的 VPP2V、f01KHz 的正弦波和 f02KHz 的方波分別送入待抽樣信號(hào)輸入點(diǎn) S_IN 和抽樣脈沖信號(hào)輸入點(diǎn) SQU_IN，將 PAM_OUT 端信號(hào)送入LP_IN 端，用示波器分別觀察抽樣信號(hào)輸出點(diǎn) PAM_OUT 和恢復(fù)后的信號(hào)輸出點(diǎn)S_OUT 的波形并將實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)記錄下來（實(shí)驗(yàn)中低通濾波器的截止頻率 fC1KHz）。3. 改變抽樣脈沖信號(hào)的頻率，分別將 f08KHz、16KHz 的方波送入抽樣脈沖信號(hào)輸入點(diǎn) SQU_IN，重復(fù)實(shí)驗(yàn)步驟 2，比較在不同的抽樣頻率下恢復(fù)后的信號(hào)波形

7、之間的差別并得出結(jié)論。4. 將同步信號(hào)源單元產(chǎn)生的 VPP2V、f01KHz 的三角波作為待抽樣信號(hào)送入 S_IN，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)步驟。注：由于電路設(shè)計(jì)原因，本模塊輸出點(diǎn)波形含有一定量的直流分量。六、輸入、輸出點(diǎn)參考說明六、輸入、輸出點(diǎn)參考說明1. 輸入點(diǎn)參考說明S_IN：原信號(hào)（待抽樣信號(hào)）輸入點(diǎn)。LP_IN：恢復(fù)后的信號(hào)輸入點(diǎn)。SQU_IN：抽樣脈沖信號(hào)輸入點(diǎn)。2. 輸出點(diǎn)參考說明PAM_OUT：抽樣信號(hào)輸出點(diǎn)。S_OUT：恢復(fù)后的信號(hào)輸出點(diǎn)。七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理并繪出原信號(hào)、抽樣信號(hào)及恢復(fù)后的信號(hào)波形。2. 比較在幾種不同抽樣頻率情況下原信號(hào)與恢復(fù)后的信號(hào)波形，并得出

8、結(jié)論。1 比較原信號(hào)分別為正弦波和三角波，其抽樣信號(hào)波形的特點(diǎn)。8實(shí)驗(yàn)三實(shí)驗(yàn)三 ASK 調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊?、?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用鍵控法產(chǎn)生 ASK 信號(hào)的方法；2、掌握 ASK 非相干解調(diào)的原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察 ASK 調(diào)制信號(hào)波形；2、觀察 ASK 解調(diào)信號(hào)波形。三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)源模塊2、模塊 3、4、73、連接線 若干4、20M 雙蹤示波器 一臺(tái)四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理調(diào)制信號(hào)為二進(jìn)制序列時(shí)的數(shù)字頻帶調(diào)制稱為二進(jìn)制數(shù)字調(diào)制。由于被調(diào)載波有幅度、頻率、相位三個(gè)獨(dú)立的可控參量，當(dāng)用二進(jìn)制信號(hào)分別調(diào)制這三種參量時(shí)，就形成了二進(jìn)制振幅鍵控(2

9、ASK)、二進(jìn)制移頻鍵控（2FSK） 、二進(jìn)制移相鍵控(2PSK)三種最基本的數(shù)字頻帶調(diào)制信號(hào)，而每種調(diào)制信號(hào)的受控參量只有兩種離散變換狀態(tài)。1、2ASK 調(diào)制原理在振幅鍵控中載波幅度是隨著基帶信號(hào)的變化而變化的。使載波在二進(jìn)制基帶信號(hào) 1 或 0 的控制下通或斷，即用載波幅度的有或無來代表信號(hào)中的“1”或“0” ，這樣就可以得到 2ASK 信號(hào)，這種二進(jìn)制振幅鍵控方式稱為通斷鍵控（OOK） 。2ASK 信號(hào)的產(chǎn)生方法比較簡單。首先，因 2ASK 信號(hào)的特征是對(duì)載波的“通斷鍵控” ，用一個(gè)模擬開關(guān)作為調(diào)制載波的輸出通/斷控制門，由二進(jìn)制序列 s(t) 控制門的通斷, s(t) 1 時(shí)開關(guān)導(dǎo)通；

10、s(t)0 時(shí)開關(guān)截止，這種調(diào)制方式稱為通斷鍵控法。其次，2ASK 信號(hào)可視為 s(t) 與載波的乘積，故用模擬乘法器實(shí)現(xiàn) 2ASK 調(diào)制也是很容易想到的另一種方式，稱其為乘積法。2、2ASK 解調(diào)原理2ASK 解調(diào)有非相干解調(diào)（包絡(luò)檢波法）和相干解調(diào)（同步檢測法）兩種方法。9五、實(shí)驗(yàn)框圖五、實(shí)驗(yàn)框圖信號(hào)源CPLD隔離電路模擬開關(guān)4066NRZ64K同步正弦波(8K)（載波輸入）ASK載波ASK-OUTASK調(diào)制電路ASK-NRZ（基帶信號(hào)輸入）圖 3.1 ASK 調(diào)制原理輸出耦合電路低通濾波器抽樣判決器半波整流器ASK-OUT輸入ASKIN位同步信號(hào)（7號(hào)板）DIN輸入BS輸出輸入ASK-B

11、SASK解調(diào)電路TH1TH2輸出OUT1ASK-DOUT輸出圖 3.2 ASK 解調(diào)原理六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟（一）（一）ASK 調(diào)制實(shí)驗(yàn)調(diào)制實(shí)驗(yàn)1、將信號(hào)源模塊和模塊 3、4、7 固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2、按照下表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線： 源端口源端口目的端口目的端口連線說明連線說明信號(hào)源：PN（8K）模塊 3：ASK-NRZS4 撥為“1100” ，PN 是 8K 偽隨機(jī)碼信號(hào)源：64K 同步正弦波模塊 3：ASK 載波提供 ASK 調(diào)制載波，幅度為 4V* 檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源3、以信號(hào)輸入點(diǎn)“ASK-NRZ”的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用示波器觀察點(diǎn) “A

12、SK-OUT”輸出的波形，即為 PN 碼經(jīng)過 ASK 調(diào)制后的波形。4、通過信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān) S4 控制產(chǎn)生 PN 碼，改變送入的基帶信號(hào)，同時(shí)改變載波頻率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源。（二）（二）ASK 解調(diào)實(shí)驗(yàn)解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、接著上面 ASK 調(diào)制實(shí)驗(yàn)繼續(xù)連線： 源端口源端口目的端口目的端口連線說明連線說明模塊 3：ASK-OUT模塊 4：ASKINASK 解調(diào)輸入模塊 3：ASK-DOUT 模塊 7：DIN鎖相環(huán)法位同步提取信號(hào)輸入10模塊 7：BS模塊 4：ASK-BS提取的位同步信號(hào)* 檢查連線是否正確，檢查無誤后再次打開電源2、將模塊 7 上的撥碼開關(guān) S2 撥為“1000”

13、 ，觀察模塊 4 上信號(hào)輸出點(diǎn)“ASK-DOUT”處的波形，把電位器 W3 順時(shí)針擰到最大，并調(diào)節(jié)的電位器W1（改變判決門限） ，直到在“ASK-DOUT”處觀察到穩(wěn)定的 PN 碼。 3、觀察 ASK 解調(diào)輸出“OUT1”處波形，并與信號(hào)源產(chǎn)生的 PN 碼進(jìn)行比較。調(diào)制前的信號(hào)與解調(diào)后的信號(hào)應(yīng)相同，相位有一定偏移。4、通過信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān) S4 控制產(chǎn)生 PN 碼，改變送入的基帶信號(hào)，同時(shí)改變載波頻率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源，拆除連線，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與波形，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。 圖 3.3 部分試驗(yàn)結(jié)果圖七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求七、實(shí)驗(yàn)報(bào)告要求1. 整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)與波形，完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。11實(shí)驗(yàn)

14、四實(shí)驗(yàn)四 FSK 調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)調(diào)制與解調(diào)實(shí)驗(yàn)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握用鍵控法產(chǎn)生 FSK 信號(hào)的方法；2、掌握 2FSK 過零檢測解調(diào)的原理。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察 FSK 調(diào)制信號(hào)波形；2、觀察 FSK 解調(diào)信號(hào)波形；3、觀察 FSK 過零檢測解調(diào)器各點(diǎn)波形。三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)源模塊2、模塊 33、模塊 44、模塊 7 可選5、20M 雙蹤示波器 一臺(tái)6、連接線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理1、2FSK 調(diào)制原理2FSK 信號(hào)是用載波頻率的變化來表征被傳信息的狀態(tài)的，被調(diào)載波的頻率隨二進(jìn)制序列 0、1 狀態(tài)而變化，即載頻為 f0 時(shí)代表傳 0，載頻為 f1

15、時(shí)代表傳 1。顯然，2FSK 信號(hào)完全可以看成兩個(gè)分別以 f0 和 f1 為載頻、以 an 和 an 為被傳二進(jìn)制序列的兩種 2ASK信號(hào)的合成。2FSK 信號(hào)的產(chǎn)生通常有兩種方式：（1）頻率選擇法；（2）載波調(diào)頻法。在這里，我們采用的是頻率選擇法。2、2FSK 解調(diào)原理FSK 有多種方法解調(diào)，如包絡(luò)檢波法、相干解調(diào)法、鑒頻法、過零檢測法及差分檢波法等。這里采用的是過零檢測法對(duì) FSK 調(diào)制信號(hào)進(jìn)行解調(diào)。大家知道，2FSK 信號(hào)的過零點(diǎn)數(shù)隨不同載頻而異，故檢出過零點(diǎn)數(shù)就可以得到關(guān)于頻率的差異，這就是過零檢測法的基本思想。 12五、實(shí)驗(yàn)框圖五、實(shí)驗(yàn)框圖信號(hào)源CPLD隔離電路模擬開關(guān)1NRZ(8K

16、)（基帶信號(hào)輸入）(載波A輸入)模擬開關(guān)264K同步正弦波128K同步正弦波FSK載波A倒相電路相加器隔離電路FSK載波B(載波B輸入)FSK-NRZFSK-OUTFSK調(diào)制電路TH7圖 4.1 FSK 調(diào)試原理框圖單穩(wěn)1整形2整形1低通濾波器單穩(wěn)2相加器抽樣 判決位同步信號(hào)解調(diào)信號(hào)輸出調(diào)制信號(hào)輸入圖 4.2 FSK 解調(diào)原理框圖六、實(shí)驗(yàn)步驟六、實(shí)驗(yàn)步驟（一）（一）FSK 調(diào)制實(shí)驗(yàn)調(diào)制實(shí)驗(yàn)1、將信號(hào)源模塊和模塊 3、4、7 固定在主機(jī)箱上，將黑色塑封螺釘擰緊，確保電源接觸良好。2、按照下表進(jìn)行實(shí)驗(yàn)連線表 4.1 連線源端口源端口目的端口目的端口連線說明連線說明信號(hào)源：PN（8K）模塊 3：FS

17、K-NRZS4 撥為“1100”，PN 是 8K 偽隨機(jī)碼信號(hào)源：128K 同步正弦波模塊 3：載波 A提供 FSK 調(diào)制 A 路載波，幅度為 4V信號(hào)源：64K 同步正弦波模塊 3：載波 B提供 FSK 調(diào)制 B 路載波，幅度為 4V* 檢查連線是否正確，檢查無誤后打開電源3、將模塊 3 上撥碼開關(guān) S1 都撥上。以信號(hào)輸入點(diǎn)“FSK-NRZ”的信號(hào)為內(nèi)觸發(fā)源，用雙蹤示波器同時(shí)觀察點(diǎn)“ FSK-NRZ”和點(diǎn)“FSK-OUT”輸出的波形。4、單獨(dú)將 S1 撥為“01”或“10” ，在“FSK-OUT”處觀測單獨(dú)載波調(diào)制波形。5、通過信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān) S4 控制產(chǎn)生 PN 碼，改變送入的基

18、帶信號(hào)，13同時(shí)改變載波頻率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。6、實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源。（二）（二）FSK 解調(diào)實(shí)驗(yàn)解調(diào)實(shí)驗(yàn)1、接著上面 FSK 調(diào)制實(shí)驗(yàn)繼續(xù)連線：表 4.2 連線源端口源端口目的端口目的端口連線說明連線說明模塊 3：FSK-OUT模塊 4：FSKINFSK 解調(diào)輸入模塊 3：FSK-DOUT模塊 7：DIN鎖相環(huán)法位同步提取信號(hào)輸入模塊 7：BS模塊 4：FSK-BS提取的位同步信號(hào)* 檢查連線是否正確，檢查無誤后再次打開電源2、將模塊 7 上的撥碼開關(guān) S2 撥為“1000” ，觀察模塊 4 上信號(hào)輸出點(diǎn)“FSK-DOUT”處的波形，并調(diào)節(jié)模塊 4 上的電位器 W5（順時(shí)針擰到最大） ，直到在該

19、點(diǎn)觀察到穩(wěn)定的 PN 碼。3、用示波器雙蹤分別觀察模塊 3 上的“FSK-NRZ”和模塊四上的“OUT2”處的波形，將“OUT2”處 FSK 解調(diào)信號(hào)與信號(hào)源產(chǎn)生的 PN 碼進(jìn)行比較。4、通過信號(hào)源模塊上的撥碼開關(guān) S4 控制產(chǎn)生 PN 碼，改變送入的基帶信號(hào)，同時(shí)改變載波頻率，重復(fù)上述實(shí)驗(yàn)。5、實(shí)驗(yàn)結(jié)束關(guān)閉電源，拆除連線，整理實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)及波形完成實(shí)驗(yàn)報(bào)告。附：實(shí)驗(yàn)參考波形14實(shí)驗(yàn)五實(shí)驗(yàn)五 脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)一、實(shí)驗(yàn)?zāi)康囊弧?shí)驗(yàn)?zāi)康?、掌握脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)的原理；2、掌握脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)范圍和頻率特性的定義及測量方法；3、了解脈沖編碼調(diào)制信號(hào)的頻譜特性；4、了解大

20、規(guī)模集成電路 TP3067 的使用方法。二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容二、實(shí)驗(yàn)內(nèi)容1、觀察脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)的結(jié)果，分析調(diào)制信號(hào)與基帶信號(hào)之間的關(guān)系；2、改變基帶信號(hào)幅度，觀察脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)信號(hào)的信噪比的變化情況；3、改變基帶信號(hào)的頻率，觀察脈沖編碼調(diào)制與解調(diào)信號(hào)幅度的變化情況；4、改變位同步時(shí)鐘，觀測脈沖編碼調(diào)制波形。三、實(shí)驗(yàn)儀器三、實(shí)驗(yàn)儀器1、信號(hào)源模塊 一塊2、模塊 2 一塊3、20M 雙蹤示波器 一臺(tái)4、立體聲耳機(jī) 一副5、連接線 若干四、實(shí)驗(yàn)原理四、實(shí)驗(yàn)原理（一）基本原理（一）基本原理 模擬信號(hào)進(jìn)行抽樣后，其抽樣值還是隨信號(hào)幅度連續(xù)變化的，當(dāng)這些連續(xù)變化的抽樣值通過有噪聲的信道傳輸時(shí)，接收端就不能

21、對(duì)所發(fā)送的抽樣準(zhǔn)確地估值。如果發(fā)送端用預(yù)先規(guī)定的有限個(gè)電平來表示抽樣值，且電平間隔比干擾噪聲大，則接收端將有可能對(duì)所發(fā)送的抽樣準(zhǔn)確地估值，從而有可能消除隨機(jī)噪聲的影響。 脈沖編碼調(diào)制（PCM）簡稱為脈碼調(diào)制，它是一種將模擬語音信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的編碼方式。PCM 主要包括抽樣、量化與編碼三個(gè)過程。抽樣是把時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)；量化是把時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度離散的數(shù)字信號(hào)；編碼是將量化后的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制碼組輸出。國際標(biāo)準(zhǔn)化的 PCM 碼組（電話語音）是用八位碼組代表一個(gè)抽樣值。編碼后的 PCM 碼組，經(jīng)數(shù)字信道傳輸，在接收端，用二

22、進(jìn)制碼組重建模擬信號(hào)，在解調(diào)過程中，一般采用抽樣保持電路。15預(yù)濾波是為了把原始語音信號(hào)的頻帶限制在 300Hz3400Hz 左右，所以預(yù)濾波會(huì)引入一定的頻帶失真。在整個(gè) PCM 系統(tǒng)中，重建信號(hào)的失真主要來源于量化以及信道傳輸誤碼。通常，用信噪比 S/N 來表示。國際電報(bào)電話咨詢委員會(huì)（ITU-T）詳細(xì)規(guī)定了它的指標(biāo)，還規(guī)定比特率為 64kb/s，使用 A 律或律編碼律。1、量化1( ),1,2,3,kkkyQ xQ xxxykL (5.1)從數(shù)學(xué)上來看，量化就是把一個(gè)連續(xù)幅度值的無限數(shù)集合映射成一個(gè)離散幅度值的有限數(shù)集合。如圖 4-2 所示，量化器 Q 輸出 L 個(gè)量化值，k=1，2，3，

23、L。 yk 常稱為重建電平或量化電平。當(dāng)量化器輸入信號(hào)幅度x 落在 xk與 xk+1之間時(shí)，量化器輸出電平為 yk 。這個(gè)量化過程可以表達(dá)為：，這里 xk 稱為分層電平或判決閾值。通常稱為量化間隔。1kkkxx 均勻量化的主要缺點(diǎn)是，無論抽樣值大小如何，量化噪聲的均方根值都固定不變。因此，當(dāng)信號(hào)較小時(shí)，則信號(hào)量化噪聲功率比也就很小，這樣，對(duì)于弱信號(hào)時(shí)的量化信噪比就難以達(dá)到給定的要求。通常，把滿足信噪比要求的輸入信號(hào)取值范圍定義為動(dòng)態(tài)范圍，可見，均勻量化時(shí)的信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍將受到較大的限制。為了克服這個(gè)缺點(diǎn)，實(shí)際中，往往采用非均勻量化。非均勻量化是根據(jù)信號(hào)的不同區(qū)間來確定量化間隔的。對(duì)于信號(hào)取值小的

24、區(qū)間，其量化間隔也??；反之，量化間隔就大。它與均勻量化相比，有兩個(gè)突出的優(yōu)點(diǎn)。首先，當(dāng)輸入量化器的信號(hào)具有非均勻分布的概率密度（實(shí)際中常常是這樣）時(shí)，非均勻量化器的輸出端可以得到較高的平均信號(hào)量化噪聲功率比；其次，非均勻量化時(shí)，量化噪聲功率的均方根值基本上與信號(hào)抽樣值成比例。因此量化噪聲對(duì)大、小信號(hào)的影響大致相同，即改善了小信號(hào)時(shí)的量化信噪比。實(shí)際中，非均勻量化的實(shí)際方法通常是將抽樣值通過壓縮再進(jìn)行均勻量化。通常使用的壓縮器中，大多采用對(duì)數(shù)式壓縮。廣泛采用的兩種對(duì)數(shù)壓縮律是 壓縮律和 A 壓縮律。美國采用 壓縮律，我國和歐洲各國均采用 A 壓縮律，因此，本實(shí)驗(yàn)?zāi)K采用的 PCM 編碼方式也是

25、A 壓縮律。2、編碼所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：低速編碼和高速編碼。通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、混合型。本實(shí)驗(yàn)?zāi)K中的編碼芯片 TP3067 采用的是逐次比較型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的順序排列。下面結(jié)合 13 折線的量化來加以說明。 在 13 折線法中，無論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均按 8 段折線（8 個(gè)段落）進(jìn)行16編碼。若用

26、 8 位折疊二進(jìn)制碼來表示輸入信號(hào)的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位（第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段落碼，它的 8 種可能狀態(tài)來分別代表 8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的 16 種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的 16 個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣處理的結(jié)果，8 個(gè)段落被劃分成 27128個(gè)量化級(jí)?？梢姡鲜鼍幋a方法是把壓縮、量化和編碼合為一體的方法。（二）實(shí)驗(yàn)電路說明（二）實(shí)驗(yàn)電路說明本實(shí)驗(yàn)采用大規(guī)模集成電路 TP3067 對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行 PCM 編、解碼。TP3067 在一個(gè)芯片內(nèi)部集成了編碼電路和譯碼電路，是一個(gè)單路編譯碼器。其編碼速率為 2.048MHz，每一幀數(shù)據(jù)為 8 位，幀同步信號(hào)為 8KHz。模擬信號(hào)在編碼電路中，經(jīng)過抽樣、量化、編碼，最后得到 PCM 編碼信號(hào)。在單路編譯碼器中，經(jīng)變換后的 PCM 碼是在一個(gè)時(shí)隙中被發(fā)送出去的，在其他的時(shí)隙中編譯碼器是沒有輸出的，即對(duì)一個(gè)單路編譯碼器來說，它在一個(gè) PCM 幀（32個(gè)時(shí)隙）里，只在一個(gè)特定的時(shí)隙中發(fā)送編碼信號(hào)。同樣，譯碼電路也只是在一個(gè)特定的時(shí)隙（此時(shí)隙應(yīng)與發(fā)送時(shí)隙相同，否則接收不到 PCM 編碼信號(hào)）里才從外部接收 PCM 編碼信號(hào)，然后進(jìn)行譯碼，經(jīng)過帶通濾波器、放大器后輸出。五、實(shí)驗(yàn)框圖五、實(shí)驗(yàn)框圖圖 5.1 實(shí)驗(yàn)框圖六、實(shí)