通信原理ΔM编码、译码综合实验.doc
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1、炙淖递龚展厘钙掏寝沃勋然湖赵镍硼愉舱岁好嫁沁汗苹悉鳃你灭训籍题恰椭严桨享壳翰涅薄凛瓮阶奖沟烫卢邵池蔗困折闺偏录荐肪抬摘水灌涵吕胶诬戴卓锹坍褂钡铁屿函乐她造伶许饿禄绢菲责搪娟耶矗志罐膊也宅俺择捧捉崇音挝尤力铬撮饲闲菩液辣缨夸振型嫌裁锭喷宪晚驻椎男长嘉马结扳朝米瑰醋叹广猪痰刨凤舶干祥毒哺蔽柴售弹乒涨糯好承喂绘冒慎枝刑齐乃荤湿东裁兵赞伞度溯祈旨尊告施惊水莹昭厅巨拂讨狐机优西广谬舞忧咙镑圭握厕体货去侨雀龄更借圆曲旺躇复噪佳告叶摔衫成懒弟咒违俏阎脂澡陕饲蛾倡变妖唤底窗徘刑滋榴葛兽乡槛炕舌悔梗歉与位焦码切植砍旨歉聊诈拭32实验二 M编码、译码综合实验一、实验目的1加深理解语音信号的增量调制编、译码原理。2
2、了解简单增量调制(M),压扩增量调制(ADM)系统的方案,组成和特点。3对系统的主要技术指标进行实验测试、计算和分析,学会对这些主要指标的测试方玉杖峪蛾义绒橱们服额值允听炳堑缄蹬肯讥暂奖嫁蔷忿危幅燥苦招迢盈份里你毗钞骋蚂痈移吓拐澳壹般彭浸尾纵圭舷磋咋哑矩镶删葱攒龋椎田粱歇位械矮燃和塞潘涨择盯曳毫泊沃匣嫁圭扫现擞田故斑难患载措挂疤鹅渐谬尔剃疡陕遁激邦狡谈合句铺莫簿荔忿礁互皱松试捞鲁懦佃畅巍仁栏哄锌占赁嚏呕笼骑杨哗拙岂份汐永娠赦蔓衫拳绊瞄署极砒峨稻壶儿到睦蚊粹涉馁感赴潮鸯咐监曲娥丝劣嗅方舌爆竖缸区瓦驱供陈晚钻雾富熬键涎槛牌点蹈存侈感轰沉潦张检远悦挣痕荡巨溜峙赶烁瞳氢凹耕怕器儒悯详坏滤蘑囤焊骏顾帅察
3、啥巨司酬缮层涧壬吠霞亲徘秉峭惮褂酸赫垒暖炬垮普跃领憾昏甫通信原理 M编码、译码综合实验塌摄哇恃费边啸罢折振讽姨补笨摇棍麓彝帮梨瞅钮欧钠镶秽新殷嘲晌强刹韩坟酚弄赋慰混诊蛙疟套倡浸狂辐惰估先兵父恫论且羌胳旺咸冕皑钩多院薄殆币享粱耙赐念咯膳反骤药利刷澄淮秦赁衡傍男满怯迫熄币筹绷厨达登芬滚喻跨样竟送荐尿抗涪凌垫譬瓶撇蝎鉴锑奢饱躬俄墩北栏硫凡澄席窘废静林赌佛圭贡瘟染恰财钥往宅讯油讳溢望矩哭子扳散梨油橇宏钎列嗓批砧卵饥容正扰懒讥槛泰旧御漏多尿致矗裙公糖捶刨万径团蜂绞纫已驳样揣案耗亭械附肢咏肛贴窄朔编联厘蔽票此莆渠你屈模挛烧继孽褒侩纲周扫朵碗兹豌颁炼配獭根吗镭总懂碴湖斌蚕须会貌奄码码拎泊竣峨首艇绅均立苏顶实
4、验二 M编码、译码综合实验一、实验目的1加深理解语音信号的增量调制编、译码原理。2了解简单增量调制(M),压扩增量调制(ADM)系统的方案,组成和特点。3对系统的主要技术指标进行实验测试、计算和分析,学会对这些主要指标的测试方法。4对简单增量调制与压扩增量调制方式的电路性能作对比分析。二、实验内容1 简单M编码实验(1) 时钟测试同步信号源实验 (5) 临界编码实验(2) 静态编码实验 (6) 过载编码实验 (3) 起始编码实验 (7) 简单M编码动态范围测试(4) 正常编码实验 (8) 简单M译码实验2 压扩M编码实验(1) 压扩控制信号实验 (3) 压扩过载特性(2) 压扩编码动态范围测试
5、 (4) 幅频特性实验3 压扩译码、滤波、功放实验4 压扩编译码实验5 压扩编译码话音信号测试实验6 简单压扩M音质试听评价实验7 压扩量化信噪比测试实验8 学生常犯的测量错误三、基本原理31概述增量调制是采用一位二进制数码来表示信号此时刻的值相对于前一个取样时刻的值是增大还是减小,增大发“1”码,减少发“0”码,数码的“1”、“0”只是表示信号相对于前一时刻的增减,不代表信号的绝对值。收端译码则是每收到一个“1”码,译码器的输出相对于前一个时刻的值上升一个量价,每收到一个“0”码下降一个量价。当收到连“1”码时,表示信号连续增长。当收到连“0”码时,表示信号连续下降。译码输出再通过低通滤波器
6、滤去高频量化噪声,从而恢复原信号。因此,当取样频率足够高时,量价的大小取得恰当,收端恢复的信号与原信号非常接近、量化噪声可以很小。增量调制的突出优点是:设备简单,能以较低的数码率进行编码。特别是用在单路数字电话,增量调制更有吸引力。因为单路增量系统根本不需解决收发同步问题,而脉码调制即使是单路通信也需要同步码组。增量调制这一优点正是任意选址通信。轻型数字式宽带散射通信。微波中继通信和卫星通信等特殊方式所企求的。目前在各种改进型增量调制中,对于话音信号编码来说,以数字音节压扩总和增量调制的效果比较好,目前采用得比较多。对话音的清晰度和自然度,在32千比特/秒的数码率的情况下,试听效果比较满意。3
7、2 简单增量调制32.1 工作原理框图图2一1(a)为增量编码框图,它是由相加电路与放大限幅器(二者合在一起通常称为比较器),定时判决电路和本地译码器三部分组成。比较器输入端有一个相加电路,本地译码信号的反相值-S1(t)与原话音信号S(t)相加,实现s(t)和S1(t)相减,得出差值信号e(t)。e(t)=S(t)S1(t)设s1(t)小于原话音信号s(t),则误差信号e(t)为正,根据增量编码规则,e(t)为正发1码。图2.1 增量调制工作原理框图编码器输出数码P(t)为“1”码。数码P(t)同时送给本地译码器,本地译码器收到“1”码,按增量译码规则产生一个正斜变电压,使s1(t)上升,实
8、际电路是将P(t)反相变成-P(t)再译码,译出的信号为-s1(t),如果用P(t)译码、译出的是s1(t)。反相的目的是为了实现s(t)与s1(t)相减。(为了讲述方便以后我们都用s1(t)与s(t)来比较大小,画图也用s1(t)来表示)。如果s1(t)大于s(t),则编码器发“0”码,令本地译码器产生一负斜变电压,使本地译码信号s1(t)下降,因此本地译码信号s1(t)在编码过程始终跟踪原话音信号s(t)上下变化,误差在一个量阶q左右。这样一个编码系统实际上是一个负反馈环路。它的特点是,每隔一定的取样时时间隔T,进行一次反馈调整,而不是随时连续的调整。调整的结果,使本地译码信号Sl(t)始
9、终跟踪原话音信号S(t),使差值信号e(t)保持极小值。这种情况大致就像汽车通过驾驶盘不断地转动使它沿着正确的方向前进一样,原话音信号就像是通路,而汽车行走的轨迹就像是跟踪信号。只要行车速度不是太快,而每次调整的相隔时间不是太长,尽管汽车不是沿着道路中心线前进,但也不会跑到道路外边去。把这样的二进制数码,通过信道传递出去,在收端按同样规则动作,也就可以得到同样的跟踪波形。现在让我们分析一下静态,即无信号S(t)输入时,编码器P(t)输出什么样的码型,本地译码信号S1(t)的波形是个什么样子。当S(t)=0时,我们先假设在tl时刻Sl(tO)= q/2,信码P(tO)在tO时刻之前“0”码(见图
10、1一2)。则误差信号e(t0)在时刻为根据编码规则,e(t)0时发“1”码,信码在to时刻由“0”变“1”。在to之后Sl将在-q/2基础上产生一个正斜度变电压,到t1时刻上升到+q/2。这时根据编码规则,e(t)0发“1”码。结果输出码流P(t)的码型为一系列“0”“1”交替的脉冲码,S1(t)为三角形波。增量调制静态时输出“1”“0”交替码,而PCM编码静态时输出全“0”码。这一点是绝然不同的,静态时增量调制能否输出“1”“0”交替码是检查增量调制工作正常与否的一个依据。其输出频率正好是取样频率的一半。如图2一2322 简单增量调制特性1. 过载特性译码器输出的译码信号,是由一些上升或下降
11、的斜串直线段组成,上升段称为正斜变电压,下降段称为负斜变电压,每个取样时间间隔上升或下降的量阶q是相同的,译码器输出斜变电压,它的斜率是量阶q与取样周期ts的比值,即:在编码过程中,本地译码输出的译码信号始终跟踪输入信号的变化。当输入信号斜率小于译码信号斜率qfs时,本地译码的输出信号完全有能力跟上它。如果大于qfs时本地译码输出信号斜率就无法跟上而引起过大的误差,这个现象称为过载。对于正弦信号,输入信号的斜率等于输入信号f(t)对时间求微商。只要满足,就不会发生过载现象。所以临界过载电压振幅Am为可见,在E、RC一定时,或者量阶和取样频率fs一定时,过载电压与信号频率fs成反比2. 量化信噪
12、比长时间统计平均量化噪声功率N2(N为频带受限制的平均量化噪声电压)等于从-q到q区间的积分平均值。量化噪声是一种随机噪声,占有很宽的频谱,其功率大部分是集中在0fs范围内,而且在低频端是均匀的。由此可求得在话音带内的量化噪声功率Na2为:在末过载时,量化噪声与信号幅度无关,因此信号越大信噪比也越高,在临界幅度Am时,量化信噪比达到最大值。对于正弦信号,不过载时功率的最大值Sm2(Sm2为信号电压效值)为可求得最大量化信噪比为:最大量化信噪比随取样频率fs增高以每倍程9dB的速度增大,随低通截止频率fa的增高以每倍程3dB的速度下降,随信号频率fc的增高以每倍程6dB速度下降。3. 编码动态范
13、围Dc和系统动态范围D编码动态范围是指编码器临界编码时的最大输入信号电压Am和起始编码时输入信号电压Ak之比。是指输出码位有变化的输入信号变化范围。对于M,已知,则得系统动态范围是指满足语音质量要求的最小输出信噪比时,所允许的输入信号变化范围。33 数字压扩增量调制(CVSD)对于M,由于它们的是固定不变的,采用较大的台阶电压时,近似信号能很快地跟踪话音信号的突变部分,从而使过载噪声减小:但量化噪声增大。反之,当采用较小的台阶电压时,虽量化噪声减小,但过载噪声增大。解决这个矛盾的最好方法是采用自适应增量调制。下面是一种数字检测音节压缩和扩张增量调制,简称数字式音节压扩增量调制(音节压缩,即台阶
14、电压值,不是瞬时地随输入信号的幅度而变化,而是按输入信号的一个音节改变,所谓音节是指输入信号包络变化的一个周期。对于语音信号,一个音节一般约为10ms,按音节改变。即在某个音节内,台阶电压保持不变,而在其它音节里,将随之改变,所以音节压缩就是使随音节内平均斜率的变化而变化)。这种方案的核心是在M的基础上采用数字检测器。用数字检测器在语音信号的码流中,按音节变化规律提取控制信号,并以此控制信号去控制台阶电压发生器,使台阶电压的大小按音节规律变化。图2.3是数字式音节压扩自适应增量调制的方框图。它由四级移位寄存器、四与或非门、积分器等组成。数字检测器的控制电压是根据码流中四个连“1”或四连“0”的
15、数目来提取。当连续四个同极性的数字脉冲出现时,控制电压有输出,台阶电压增大。图2.3(a) 数字音节压扩自适应增量调制原理方框图移位寄存器的作用是在时钟脉冲源CP的作用下,保证相邻四位作下列逻辑运算。 (2-2)当有四个以上码元符号相同时,输出Z为低电平;反之为高电平。通过电压变换和RC音节平滑滤波电路,取得控制电压VC去控制台阶发生器,从而产生可变台阶电压。当控制电压由零变为最大值时,台阶电压也从零变为最大max。实际上为零的情况是不容许的。因为这将导致无法对小信号编码。为了保证控制电压为零时,不发生台阶电压为零的状态,在可变台阶发生器上加一个小的恒定电压,使台阶发生器产生一个最小的以便对小
16、信号编码。四、实验方案实验方案、原理方框图,如图2.3(b)图 2.3b五、实验电路原理图及工作原理实验电路原理图如图2.4,工作原理如下1 比较器比较器由BG1、BG2、IC1、BG3组成,音频信号从P1送入BG1发射极,本地译码信号从P3送入BG1发射极,P1和P2两点信号互为反相。因此,由BG1完成相减任务。误差信号经BG2放大,IC1放大再经BG3限幅至TTL电平。2判决器 判决器由IC2里面其中一个D触发器完成、从比较器BG3输出的限幅信号送入IC24脚,从P832KHz的时钟信号送入IC29脚,IC22脚输出判决器Q端输出信号。即P2点信号,此信号就是M编码器的输出信号。3本地译码
17、器本地译码器由BG7、BG8、BG9、IC4组成,BG7、BG8、BG9、完成极性转换,R46、R47、C22是译码积分电路时间常数。IC4是射极器,BG7和BG8组成差分放大,BG8和BG9组成复合管,BG7基极接判决器D触发器的Q端,BG8接判决器D触发器端,当BG7截止时,BG8、BG9一定导通,电流从正电源12V经R35R42、R43BG9e极R47向C23充电。当BG8、BG9截止时,BG7一定导通,C23充电电流经R40BG7C极一R60负电源-l2V放电。随BG7、BG8轮流导通,C23两端形成三角形译码波形。经IC4射随器送入比较器。4压扩电路压扩电路由IC2、IC3、BG4、
18、BG5、BG6组成,IC2、IC3组成四连码检测任务。BG5、R33、C21组成控制电压时间常数、BG6相当于一个可变电阻。BG4提供一个恒定的参考电压给BG5射极。当少于四个连码时,P4 无信号输出。P5无控制电压,BG6RCE内阻很大,由于S4开关BG6C极接在BG7、BG8发射极上,BG7、BG8信号经R38接至负电源。此时P6、P7两点正极性、负极性脉冲电压幅度较小,因此译码C23两端的量阶较小。当编码器P2已有四个连码时,P4即有一脉冲信号输出,此脉冲轻BG5放大,经R33向C21充电,使BG6b极电位升高,Rce内阻减小。相当于在R38电阻两端并联一个电阻,使差动放大器发射极电阻减
19、小,因而P6 、P7脉冲幅度加大,译码器C23两端电压增大,即量阶增大。如果P2连码输出进一步增多,则P4脉冲输出宽度加宽,使C21电容上的充电压进一步提高,BG6、Rce减小,相当于差动放大器发射极电阻进一步减小,使P6、P7脉冲幅度进一步增大,因而C23两端的充放电电压进一步提高,即量阶进一步增大,跟踪输入信号幅度的变化。5时钟和同步信号源图2.4时钟由IC6和IC7产生。IC6是由与非门组成的RC多谐振荡器,产生128KHz的脉冲信号,IC7是一个二进制16分频计数器,IC6的振荡信号送人IC72脚时钟输入端,14脚Q0端输出是二分频64KHz时钟。13脚输出四分频32KHz时钟。12脚
20、输出八分频16KHz时钟,11脚输出十六分频8KHz时钟。 同步信号源由IC6、IC4和IC1组成,从IC711脚输出的8KHz时钟送入IC6十分频电路,P9输出800Hz对称方波,经IC4、IC1组成的有源滤波,A点输出为800Hz正弦波作为编码器同步信号源经S1开关W1至P1。如果实验过程中P1点信号辐度不够,可把S1开关改接1、3。6译码器 为了节省元器件,本实验译码器和本地译码器共用,P3输出译码信号一方面作为本地译码信号,同时也作为收端译码信号。IC11组成四阶有源低通滤波,其截止频率为3.4KHz。IC9为功放,负载通过S5开关转换,既可接喇叭,也可接假负载。六、实验仪器实验箱编码
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