两路模拟信号的PCM编译码设计

两路模拟信号的PCM编译码设计 通信原理课程设计

目录

一、 二、

1. 2. 3.

总体方案 ................................................................................................................... 1 单元电路模块 ........................................................................................................... 2 帧同步电路模块 ....................................................................................................... 2 时钟电路模块 ........................................................................................................... 3 分频电路模块 ........................................................................................................... 4 1) 二分频电路 ....................................................................................................... 4 2) 十六分频电路 ................................................................................................... 5 3) 三十二分频电路 ............................................................................................... 5 抽样信号产生模块 ................................................................................................... 5 时分复用原理 ........................................................................................................... 6 时分复用基本原理 ................................................................................................... 6 时分复用的实现 ....................................................................................................... 7 32路PCM帧结构 ................................................................................................... 8 系统仿真 ................................................................................................................. 10 A路信号PCM编码和译码 .................................................................................. 10 B路信号PCM编码和译码 .................................................................................. 12 时分复用仿真总图 ................................................................................................. 15 系统调试及结果 ..................................................................................................... 15 心得体会 ................................................................................................................. 19 附录（总电路原理图） ......................................................................................... 20 参考文献 ................................................................................................................. 21

4. 三、

1. 2. 3. 四、

1. 2. 3. 五、 六、 七、 八、

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一、 总体方案

PCM时分复用数字基带传输，是各路信号在同一信道上占有不同的时间间隙进行通信。它把模拟信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，这些都靠编码器来实现，然后在位同步和帧同步信号的控制下通过复接器实现复接，复接后的信号通过信道传输，分接器在同步信号的作用下把接收到的信号进行分路，分路后的信号通过PCM译码、低通滤波器还原出输入的模拟语音信号。同步技术是时分复用数字通信的又一个重要特点。位同步是最基本的同步，是实现帧同步的前提。它的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能正确判断和接收发送端送来的每一个码元。帧同步是为了保证收、发各对应的话路在时间上保持一致，这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号。

晶振、分频器1、分频器2及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定时器，为两个PCM编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz的时隙同步信号。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，抽样信号频率为8KHz，故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB，一帧中有32个时隙，其中1个时隙为PCM编码数据，另外31个时隙都是空时隙。

PCM时分复用系统的系统框图如图1.1所示：

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图1.1 PCM时分复用系统的系统框图

二、 单元电路模块 1. 帧同步电路模块

在时分复接系统中，要保证接受端分路系统能和发送端一致，必须要有一个同步系统，以实现发送端与接受端的帧同步。实现帧同步的基本方法是在发送端预先规定的时隙，在这个帧同步码时隙，插入一组特殊码型的帧同步码组。S1,S2,S3从A、B、C端输入，在PCM30/32基群终端中，帧同步码采用×0011011码组（其中×表示任意）。帧同步码产生电路由一个74LS151八选一数据选择器和一个与门组成。其电路图如图2.1.1所示，其帧同步码组波形见图2.1.2所示。

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5v

74LS151

图2.2.1帧同步电路模块

图2.1.2 帧同步码组波形

S1256KHzS2512KHzS31024KHz

2. 时钟电路模块

不同的数字信号复接，都有各自的定时脉冲，但在同一系统之内它们之间必定要满足一种固定的关系，才能正常通信。多谐振荡器就足以满足大多数数字系统对频率稳定度的要求。在许多应用场合下都对多谐振荡器的振荡频率稳定性有严格的要求，因此，在对频率稳定性有较高的要求时，必须采取稳频措施。目前，普遍采用的一种稳频方法是在多谐振荡器电路中接入石英晶体，组成石英晶体振荡器。

系统时钟模块由TTL电路74LS04与石英晶体等组成，石英晶体的频率为4096KHZ，电路如图2.2.1所示：

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U3E

U3B4096k HZ

15p

图2.2.1时钟电路模块

3. 分频电路模块

在此单元中采用三个分频器进行分频。CLK信号由一个2分频电路实现，帧同步码组产生脉冲S1、S

2、S3信号由一个16分频电路得到，时隙同

S4步脉冲S4信号由一个四位二进制计数器和一个2分频器组成的电路产生，

送入抽样信号产生电路形成时隙同步信号。

1) 二分频电路

在二进制数字通信中，主时钟的一个周期称为1bit，由此可知PCM30/32路基群的时钟为2.048MHz。由于主时钟电路输出的是频率为4096KHz的方波, 所以需要将输出频率进行二分频，分频后的信号就成PCM编译码器的时钟信号CLK。由于D触发器相当于一个二进制计数器，在电路中二分频可以采用74LS74双上升沿D触发器来实现。如图2.3.1所示：

图2.3.1 二分频电路模块

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2) 十六分频电路

帧同步码组产生脉冲S1、S2、S3，频率分别为1024KHz、512 KHz 、256 KHz，与4096 KHz正好成4倍、8倍、16倍的关系，利用一个74LS193四位二进制同步加/减计数器就可以实现。74LS193的三个输出端QB、QC、QD分别实现了4、8、16分频，如图2.3.2所示：

U5

图2.3.2 十六分频电路模块

3) 三十二分频电路

分频器2的输出为256KHz，S4信号的频率为8KHz，它们之间32倍的关系，所以采用32分频就可以实现，如图2.3.3所示：

图2.3.3 三十二分频电路模块

4. 抽样信号产生模块

抽样就是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。缩短时间间隔会导致数据量增加，所以缩短时间间隔必须适可而止。

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时间间隔可以根据信号所包含的最高频率成分的值来确定。如果取样频率大于或者等于模拟信号中最高频率的2倍，就能够无失真地恢复出原信号，这就是取样定理。

在电话中传送声音信号的频率范围为300～3400Hz，所以在1秒钟内只需要以2×3400＝6800次以上的速率取样就能满足取样定理，再留点余量每秒进行8000次取样。

抽样信号产生电路由两个74LS123双可重触发单稳态触发器、一个74LS164八位移位寄存器组成，如图2.4.1所示：

U8A

U8B

图2.4.1 抽样信号模块

74LS123有稳态和暂态两个不同的工作状态，在外界触发脉冲作用下，能从稳态翻转到暂态，在暂态维持一段时间后再返回稳态，暂态维持时间的长短取决于电路的参数，与触发脉冲无关，利用它的这些特性，将暂态的维持时间设定为3.91 s，则输出信号W为一脉冲宽度为3.91 s，频率为8KHz的脉冲序列。74LS164是一个八位移位寄存器，其输入输出特性为串行输入并行输出，在触发脉冲的作用下，移位寄存器将信号W并行输出,Q0 Q7分别对应着TS0 TS8时隙，采用五个74LS164，每一级的Q7接下一级的Q0，最后一级的Q0经一个非门后接第一级的CLR端。

三、 时分复用原理 1. 时分复用基本原理

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为了提高信道利用率，使多路信号互不干扰地在同一信道上传输的方式称为多路复用。

时分多路复用建立在抽样定理基础上，因为抽样定理使连续的基带信号变成在时间上离散的抽样脉冲，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。

2. 时分复用的实现

如图3.2.1为时分复用系统示意图及其波形，图(a)为时分复用系统示意图，发送端低通滤波器(LPF)的作用是保证调制信号A0+m(t)的频带是带限的，最高角频率为ωm,加到m(t)上的直流电压A0的作用是使抽样出来的脉冲具有单极性。各路信号加到发送转换开关的相应位置上，转换开关每隔Ts秒顺序地接通各路信号一次，亦即对N路信号顺序的分别抽样一次。已抽样信号，都是单极性的PAM信号，合成多路PAM信号是N路抽样信号的总和，如图(d)所示。在一个抽样周期Ts内，由各路信号的一个抽样值所组成的一组脉冲叫做一帧，对于每一路信号，一帧所占的时间称为一个路时隙，用T1表示。为了防止邻路抽样脉冲相互重叠或连在一起，要求在相邻脉冲间由一定的防护时隙τg，所以每路占有时间为

或者说，对于、每一路抽样脉冲的宽度τ应满足

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图3.2.1 分复用系统示意图及其波形

转换开关一般是电子开关。为了使各路信号接收准确，接收端的抽样转换开关必须与发送端的抽样转换开关严格同步。一种简单的同步方法是安排一定的时隙，发送端周期性的送出一个已知的比任何其他抽样脉冲的幅度都大的脉冲，被接收端所识别并取出，用来控制接收端的时钟电路，达到发送与接收两方同步。

3. 32路PCM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(μ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μ律特性的国家负责解决。因此，我国规定采用其帧和复帧结构如图3.3.1所示：

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图3.3.1 32路

PCM帧结构

从图中可以看到，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～15，17～3l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，抽样周期为1/8000=125μs，这也就是PCM30/32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125μs/32=3.9μs；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32×8＝256bit，因此，总码率为256比特/帧×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8×8000＝64kb/s。

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“0011011”，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“1”码。在奇帧中，第3位为帧失步告警

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用，同步时送“0”码，失步时送“1”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“1”，第4～8位码为国内通信用，目前暂定为“1”。

四、 系统仿真

1. A路信号PCM编码和译码

PCM编码器模块主要由信源输入端子、低通滤波器、瞬时压缩器、A/D转换器、并/串转换器、输出端子构成，信号从21模块输入，下图4.1.1为PCM编码：

图4.1.1 A路PCM编码仿真模块

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图4.1.2 A路信号编码结果PCM译码：

PCM译码器是实现PCM编码的逆系统。 PCM译码器模块主要由PCM数据输入端子、串/并转换器、锁存器、D/A转换器、瞬时扩张器、低通滤波器构成。如图4.2.1所示：

图4.1.3 A路PCM译码仿真模块

下面是输入信号波形图4.2.2 和PCM译码译出的波形图4.2.3对比：

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图4.1.4 A路输入信号

图4.1.5 A路译出信号

2. B路信号PCM编码和译码

PCM编码：

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图4.2.1 B路信号编码模块

图4.2.2 B路信号的编码结果

下面的是B路PCM译码模块，原理和A路的一样。

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图4.2.3 B路信号的PCM译码模块

下载面的是B路信号和它的译码波形：

图 4.2.4 B路输入信号

图4.2.5 B路信号的译出波形

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3. 时分复用仿真总图

时分复用系统实现模型总图如图4.4.1所示：

图4.4.1 时分复用仿真总图

通过输入输出的时域观测窗口，我们得到仿真结果，经过PCM编码后时分复用传输再经过解时分复用PCM译码后的信号与原始语音信号对比，波形失真小，但是有一定的延迟。

五、 系统调试及结果

输入信号波形如图5.1和图5.2所示:

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图5.1 输入信号

A

图5.2 输入信号B

PCM编码输出信号，见图5.3和图5.4，编码结果如图5.5所示：

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图5.3 帧同步信号

图5.4 抽样信号及时隙同步信号

图5.5 信号A，B的编码结果

PCM基群帧结构见图5.6所示：

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图5.6 基群信号PCM

PCM译码输出信号波形。如图5.7和图5.8所示

;

图5.7 信号A的译码

图5.8 信号B的译码

通过对仿真和调试比较可以知道，虽然输入的信号与输入的波形有一定的失真和延迟，但是帧码是对的，即设计是正确的。

本文来源：https://www.bwwdw.com/article/vp2q.html