PCM编译码实验报告

PCM?译码的实验报告

实验原理及基本内容

点到点pc幄路电话通信原理

脉冲编码调制技术与增量调制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否则一般用△ M目前速率 在155M电下的准同步数字系列中，国际上存在A律和u律两种编译 码标准系列，在155M羽上的同步数字系列中，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PC哆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。

本实验模块可以传输两路话音信号。采用 MC14550魏译器，它包 括了图11 — 1中的收、发低通滤波器及PC输译码器。编码器输入信 号可以是本实验系统内部产生的正弦信号， 也可以是外部信号源的正 弦信号或电话信号。本实验模块中不含电话机和混合电路， 广义信道 时理想的，即将复接器输出的 PCM言号直接送给分接器。

PCM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。

BSPCMM群时钟信号测试点

SL0

PCM基群第0个时隙同步信号

SLA

信号A的抽样信号及时隙同步信号测试点

SLB

信号B的抽样信号及时隙同步信号测试点

SRB

信号B译码输出信号测试点

STA输入到编码器A的信号测试点

STB输入到编码器B的信号测试点

PCM_OUTPCM群信号输出点

PCM_IN

PCM基群信号输入点

PCM

A

OUT

信号A编码结果输出点

PCM

B

OUT

信号B编码结果输出点

PCM

A

IN

信号A编码结果输入点

PCM

B

IN

信号B编码结果输入点

本模块上有S2这个拔码开关，用来选择 SLB信号为时隙同步信号

SL1、SL& SL5 SL6 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

X1 : 4.096MHZ!振

分频器 1/2U1: 74LS193;

U6 :

74HC4060

抽样信号产生器

U5 : 74HC73;

U2 : 74HC164

PCM编译器A

U10 : PC编译码集成电路 MC145503

PCM编译器B

U11 : PC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I、T 74LS32

晶振、分频器1、分频器2及抽样信号产生器构成一个定时器，为 两个PC编译码提供2.048MHZ的时钟信号和8KHZ勺时隙同步信号。

　在实际通信系统中，译码器的时钟信号及时隙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-戒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2.048MR 一帧中的32个时隙有29个是空时 隙，第0个时隙为帧同步码时隙，第2个时隙为信号A的时隙，第1 时隙为信号B的时隙。

本实验产生的PCM言号类似于PC曜群信号，但第16个时隙没有 信令信号，第0时隙中的信号与PChM群的第0时隙的信号也不完全 相同。

由于两个PC输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-Affi

PCM-E^行线或。本模块中用或门 74LS32对PCM-A PCM-成帧同步 信号进行复接。在译码之前，不需要对 PCMffi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基础上的。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 同时传送若干个基带信号。

码分复用是一种以扩频技术为基础的复用技术， 在第九章中将详细 地进行介绍。

在这部分中，将在分析时分复用（TDM戒术的基础上，研究并说明 PCM寸分多路数字电话系统的原理和相关参数。

6.3.1

PAM时分复用原理

为了便于分析时分复用（TDM戒术的基本原理，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 6-27

3路PAMW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

的时隙部分称为防护时间。

图 6-28

3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 tdm4\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，一个频带限制在个理想的低通形式，则为了防 止组合波形丢失信息，

传输带宽必须满足

6.3.2

时分复用的PC嶙统

PCM和PAM勺区别在于PC腰在PAM勺基础上经过量化和编码，把 PA的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 6-29

3路时分复用PCMM理方框图

图

6-29

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言号、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言号一起加到量化和编码器内进行量化和编码， 每个PAM言号 的抽样脉冲经量化后编为k位二进制代码。编码后的PChK码经码型 变换，变为适合于信道传输的码型，最后经过信道传到接收端。

图 6-29

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言号，再经过分离电路把各路 PAM言号区分开来，最后经过放大

和低通滤波还原为话音信号。

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 PCMK据帧

当中，除了话音信号的代码以外，还要加入同步码元、振铃码元和监 测码元等。

6.3.3

32路PCM勺帧结构

对于多路数字电话系统，国际上已建议的有两种标准化制式，即

PCM

30/32路（A律压扩特性）制式和PCM

24路（v律压扩特性）制式，并规定国际通信时，以 A律压扩特性 为准（即以30/32路制式为准），凡是两种制式的转换，其设备接口均 由采用肩聿特性的国家负责解决。因此，我国规定采用 PCM

30/32路制式，其帧和复帧结构如图6-30所示。

图 6-30

PCM

30/32路帧和复帧结构

从图6-30中可以看到，在PCM

30/32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, 17~31共30个时隙用来作话路， 传送话音信号，时隙0(TS0)是“帧定位码组”，时隙16(TS16)

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PCM

30/32的帧周期；一复帧由16个帧组成，这样复帧周期为2ms 一 帧内要时分复用32路，则每路占用的时隙为；每时隙包含8位码组， 因此，每位码元占488ns。

从传码率上讲，也就是每秒钟能传送 8000帧，而每帧包含32 X 8 =256bit，因此，总码率为 256比特/帧X 8000帧/秒=2048kb/s。

　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 8X 8000= 64kb/s。

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TS0和TS16时隙比特 分配将分别予以介绍。

TS0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“ 001101T,占用

偶帧TS0的第2?8码位。第l比特供国际通信用，不使用时发送“T 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“T码。为避免奇TS0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“ T,第4?8位码为国内通信用，目前暂定 为“T。

TS16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2ms传输一次，一个复帧有16个帧，即有16个“TS16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。TS16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，如不用则为“ l ”。需要说明的是标志信号码 a、b、c、d不能为全“0”，否则就会和复帧定位码组混淆了。

6.3.4

PCM的高次群

目前我国和欧洲等国采用 PC娘统，以2048kb/s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^统传输，就要求有较高的码率。而上述的 PC曜群（或称一次

群）显然不能满足要求，因此，出现了 PCMH次群系统。

在时分多路复用系统中，是由若干个低次群通过数字复用设备汇总

而成的。对于PCM

30/32路系统来说，其基群的速率为2048kb/s。其二次群则由4个 基群汇总而成，速率为8448kb/s,话路数为4X 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PCMW次群作了规定，基本上和 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勺传输介质

一般采用

市话对称电缆，也可以在市郊长途电缆上传输。

　基群PCMMS以传输 电话、数据或IMHzRT视电话信号等。

二次群速率较高，需采用对称平衡电缆，低电容电缆或微型同轴电 缆。二次群PCM^传送可视电话、会议电话或电视信号等。

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 6-31

PCM的高次群

目前传输媒介向毫米波发展，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/s)，可开通30万路 PCM舌路。采用光缆、卫星通信则可以得到更大的话路数量。

PCM编译码的实验报告