现代通信原理教师参考书 实验八 脉冲编码调制与解调实验
一、实验目的
1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。 3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
4、了解大规模集成电路TP3067的使用方法。
二、实验内容
1、观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系。 2、改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。 3、改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。 4、观察脉冲编码调制信号的频谱。
三、实验仪器
1、信号源模块
2、模拟信号数字化模块 3、终端模块（可选） 4、频谱分析模块（可选）
5、20M双踪示波器 一台 6、音频信号发生器（可选） 一台 7、立体声单放机（可选） 一台 8、立体声耳机 （可选） 一副 9、连接线 若干
四、实验原理
脉冲编码（PCM）调制解调原理框图
话音输入话音输出低通滤波器抽样量化编码信道低通滤波器解调解码再生
本实验采用大规模集成电路TP3067对语音信号进行PCM编、解码。TP3067在一个芯片内部集成
了编码电路和译码电路，是一个单路编译码器。其编码速率为2.048MHz，每一帧数据为8位，帧同步信号为8KHz。模拟信号在编码电路中，经过抽样、量化、编码，最后得到PCM编码信号。在单路编译码器中，经变换后的PCM码是在一个时隙中被发送出去的，在其他的时隙中编译码器是没有输出的，即对一个单路编译码器来说，它在一个PCM帧（32个时隙）里，只在一个特定的时隙中发送编码信号。同样，译码电路也只是在一个特定的时隙（此时隙应与发送时隙相同，否则接收不到PCM编码信号）里才从外部接收PCM编码信号，然后进行译码，经过带通滤波器、放大器后输出。具体电路图如下所示。
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现代通信原理教师参考书
五、实验步骤及注意事项
1、将信号源模块、模拟信号数字化模块小心地固定在主机箱中，确保电源接触良好。
2、插上电源线，打开主机箱右侧的交流开关，再分别按下二个模块中的相应开关POWER1、POWER2，对应的发光二极管LED01、LED02发光，按一下信号源模块的复位键，二个模块均开始工作。（注意，此处只是验证通电是否成功，在实验中均是先连线，后打开电源做实验，不要带电连线） 3、将信号源模块的拨码开关SW04、SW05设置为0000000 0000001。
4、将信号源模块产生的正弦波信号（频率为2.5KHz，峰-峰值为3V）从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块，将信号源模块的信号输出点“64K”、“8K”“BS”分别与模拟信号数字化模块的信号输入点“CLKB-IN”、“FRAMB-IN”、“2048K-IN”连接，观察信号输出点“PCMB-OUT”的波形。
5、连接“CLKB-IN”和“CLK2-IN”，“FRAMB-IN”和“FRAM2-IN”，连接信号输出点“PCMB-OUT”和信号输入点“PCM2-IN”，观察信号输出点“JPCM”输出的波形。
（因为是对随机信号进行编码，所以用模拟示波器无法同步信号输入点“PCM2-IN”，必须用数字存储示波器才能清楚观察到该点波形）
6、将信号输出点“PCMB-OUT”和 “JPCM”输出的波形分别引入频谱分析模块，观察输出信号的频谱，记录下来。（可选）
7、改变输入正弦信号的幅度，分别使其峰-峰值等于和大于5V，将示波器探头分别接在信号输出点“JPCM”和“PCMB-OUT”上，观察满载和过载时的脉冲幅度调制和解调的波形，并记录下来（应可观察到，当输入正弦波信号幅度大于5V时，PCM解码信号中带有明显的噪声。因为是对随机信号进行编码，所以用模拟示波器无法同步信号输出点“PCMB-OUT”，必须用数字存储示波器才能清楚观察到该点波形） 8、 改变输入正弦信号的频率，使其频率分别大于3400Hz或小于300Hz，观察点“JPCM”、“PCMB-OUT”
的输出波形，记录下来（应可观察到，当输入正弦波的频率大于3400Hz 或小于300Hz时，PCM解码信号的幅度急剧减小）。
六、实验结果
PCM输入信号：
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现代通信原理教师参考书 S—IN：2.5KHz ，Vp-p=3V的正弦波
CLKB—IN：信号源输出点64K输出的62.5KHz方波 FRAMB—IN：信号源输出点8K输出的7.8125KHz方波 2048K—IN：信号源输出点BS输出的2MHz方波
1、 PCMB—OUT测试点 2、 JPCM测试点
输出的波形（已调波） 输出的波形（解调后）
七、思考题答案
1、 TP3067PCM编码器输出的PCM数据的速率是多少？在本次实验系统中，为什么要给TP3067提
供2.048MHz的时钟？
答：64Kb/S，属于国际标准，由PCM帧结构知1帧共有32个路时隙，每路时隙8bit，每秒有8000帧，故30/32路PCM基群的数码率为：8000*32*8=2.048Mb/s，即发送端定时电路的时钟频率。
2、 为什么实验时观察到的PCM编码信号总是随时变化的？
答：由于采样频率和输入信号的频率不是有规律的整数倍关系，所以抽样的信号点时刻不是一样的，编码输出的信号也即不一样，实时观察的信号就是随时变化的。
3、 当输入正弦信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，分析脉冲编码调制和解调的波形。
答：TP3067集成芯片主要是针对音频信号的，内部有一个带通滤波器滤除，当输入正弦信号的频率大于3400Hz或小于300Hz时，没有信号输入，量化值为零，编码输出全零，解调也为无。
八、提问及解答
1、认真分析TP3067主时钟与8KHz帧收、发同步时钟的相位关系。
答：参考附录中TP3067芯片资料。
2、 什么是脉冲编码调制?在脉码调制中，选用折叠二进码为什么比选用自然二进码好？
答：将模拟信号的抽样量化值变换成代码，称为脉冲编码调制。采用折叠二进码可以大为简化编码的过程，而且在传输过程中如果出现误码，对小信号的影响较小。
3、脉冲编码调制系统的输出信噪比与哪些因素有关？
答：均匀量化器的输出信号量噪比为:
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现代通信原理教师参考书 S/Nq=M2
对于PCM系统，解码器中具有这个信号量噪比的信号还要通过低通滤波器。用N位二进制码进行编码时，上式可写为：
S/Nq=22N
上式表明，PCM系统的输出信号量噪比仅和编码位数N有关，且随N按指数规律增大。对于一个频带限制在f 的低通信号，按抽样定理，上式可改为：
S/Nq=22（B/f）
即PCM系统的输出信号量噪比随系统的带宽B按指数规律增长。
九、扩展实验
1、用单放机或音频信号发生器的输出信号代替信号源模块的正弦波，从点“S-IN”输入模拟信号数字化模块，重复上述操作和观察，并记录下来。
2、将信号输出点“JPCM”输出的信号引入终端模块，用耳机听还原出来的声音，与单放机直接输出的声音比较，判断该通信系统性能的优劣。
十、附录
图8-1为TP3067的内部结构方框图，图8-2是TP3067的管脚排列图。
图8-1 TP3067逻辑方框图
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图8-2 TP3067管脚排列图
1、TP3067管脚的功能
（1）VPO+：接收功率放大器的非倒相输出
（2）GNDA：模拟地，所有信号均以该引脚为参考点 （3）VPO-：接收功率放大器的倒相输出 （4）VPI：接收功率放大器的倒相输入 （5）VFRO：接收滤波器的模拟输出 （6）Vcc：正电源引脚，Vcc=+5V+5%
（7）FSR：接收帧同步脉冲，它启动BCLKR，于是PCM数据移入DR，FSR为8KHz脉冲序列。 （8）DR： 接收数据帧输入。PCM数据随着FSR前沿移入DR。
（9）BCLKR/CLKSEL： 在FSR的前沿把输入移入DR时位时钟，其频率可以从64KHz至2.048MHz。另
一方面它也可能是一个逻辑输入，以此为在同步模式中的主时钟选择频率1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz，BCLKR用在发送和接收两个方向。
（10）MCLKR/PDN：接收主时钟，其频率可以为1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz。它允许与MCLKx
异步，但为了取得最佳性能应当与MCLKx同步，当MCLKR连续连在低电位时，CLKx被选用为所有内部定时，当MCLKR连续工作在高电位时，器件就处于掉电模式。
（11）MCLKx：发送主时钟，其频率可以是1.536MHz、1.544MHz或2.048MHz，它允许与MCLKR异步，
同步工作能实现最佳性能。
（12）BCLKx：把PCM数据从Dx上移出的位时钟，其频率可以从64KHz至2.048MHz，但必须与MCLKx
同步。
（13）Dx：由FSx启动的三态PCM数据输出。
（14）FSx：发送帧同步脉冲输入，它启动BCLKx并使Dx上PCM数据移出到Dx上。 （15）TSx：开漏输出。在编码器时隙内为低脉冲。
（16）ANLB：模拟环路控制输入，在正常工作时必须置为逻辑“0”，当拉到逻辑“1”时，发送滤波
器和发送前置放大器输出的连接线被断开，而改为和接收功率放大器的VPO+输出连接。
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