数字通信原理实验箱增量调制编译码系统实验

一、数字通信原理实验箱增量调制编译码系统实验目的
1.掌握增量调制编译码的基本原理，并理解实验电路的工作过程。
2.了解不同速率的编译码，以及低速率编译码时的输出波形。

二、实验电路工作原理
1.增量调制的编码实验
（一）电路组成
图7-1是增量调制编码器实验结构框图, 图7-4是电原理图。



图7-1  增量调制编码器实验结构框图

（二）电路工作原理
1.增量调制的工作原理
增量调制编码每次取样只编一位码，这一位编码不是表示信号抽样值的大小，而是表示抽样幅度的增量，即采用一位二进制数码“1”或“0”来表示信号在抽样时刻的值相对于前一个抽样时刻的值是增大还在减小，增大则输出“1”码，减小则输出“0”码。输出的“1”、“0”只是表示信号相对于前一个时刻的增减，不表示信号的幅值。
   2．大规模集成电路MC34115芯片功能引脚介绍略,详见所附光盘MC34115芯片。 
3．编码电路的工作过程
由图7-2可知，输入的音频信号，经过发送通道电路输出到电解电容E201，经过耦合至MC34115的模拟信号输入端，第1引脚，因为本实验是编码工作方式。因此，置高电平给U201（MC34115）的第15引脚。此时芯片内的模拟输入运算放大器与移位寄存器接通，从第1引脚（ANI）输入的模拟信号与第2引脚（ANF）输入的本地解码信号相减并放大得到误差信号，然后根据该信号极性编成数据信码从第9引脚（DOT）输出。该信码在片内经过3级或4级移位寄存器及检测逻辑电路。检测过去的3位或4位信码中是否为连续“1”或连续“0”的出现。一旦当移位寄存器各级输出为全“1”码或全“0”码时，表明积分运算放大器增益过小，检测逻辑电路从第11引脚（COIN端）输出负极性一致脉冲，经过外接音节平滑滤波器后得到量阶控制电压输入到第3引脚（SYL端），由内部电路决定，GC端电压与SYL端相同，这就相当于量阶控制电压加到GC端。
在没有音频模拟信号输入时，话路是空闲状态，则编码器应能输出稳定的“1”、“0”交替码，这需要一最小积分电流来实现，该电流可通过增大调节电位器来获得。由于极性开关的失配，积分运算放大器与模拟输入运算放大器的电压失调，此电流不能太小，否则无法得到稳定的“1”、“0”交替码。该芯片总环路失调电压约为1.5mv（注：IGC=120A，Vcc=12V，TA=25C），所以量阶可选择为3mv。当本地积分时间常数1ms时，则最小积分电流取10A，就可得到稳定的“1”、“0”交替码。如果输出不要求有稳定的“1”、“0”交替码，量阶可减小到0.1mv，而环路仍可正常工作。
MC34115是采用3位数字检测控制的可变斜率方式，即通常所讲的三连“1”，三连“0”检测算法，常用的芯片还有MC3417（MOTO公司）、SC3417（国产），它们的温度范围为0～70C，MC3517、SC3517（-55～125C），这些多用于军事保密通信；还有一种检测算法是四连“1”、四连“0”检测算法，如MC3418、SC3418（0～70C）、MC3518、SC3518（-55～125C）多用于军事或商用数字电话通信设备中。
4.CVSD编码电原理图（图7-2）

图7-2  CVSD编码电原理图
2.增量调制的译码实验：
由发端送来的编码数据信号加至开关J801的引脚，通过该开关的作用，把信号送到U801（MC34115）芯片的第13引脚，即接收数据输入端。本系统因为是译码电路，故置低电平至U801（MC34115）的15引脚，使模拟输入运算放大器与移位寄存器断开，而数字输入运算放大器与移位寄存器接通，这样，接收数据信码经过数字输入运算放大器整形后送到移位寄存器，后面的工作过程与编码时相同，只是解调信号不再送回第2引脚（ANF端），而是直接送入后面的积分网络中，再通过接收通道低通滤波电路滤去高频量化噪声，然后送出话音信号，推动喇叭。图7-3是增量调制系统译码电路结构方框图。
虽然增量调制系统的话音质量不如脉冲编码调制PCM数字系统的音质，但是由于增量调制电路比较简单，能从较低的数码率进行编码，通常为16～32kbit/s,在用于单路数字电话通信时，不需要收发端同步，故增量调制系统仍然广泛应用于数字话音通信系统中，如应用在传输数码率的军事，野外及保密数字电话等方面，在军队系统中的数字卫星通信地面站设备中，其终端部分的话音编码就是应用的这种大规模集成电路MC3417，MC3418的连续可变斜率增量调制方式。


图7-3  增量调制系统译码器电路结构方框图

三、实验内容
(一) 增量调制的编码实验
1．增量调制CVSD（ M）编码实验
2. 增量调制CVSD（ M）译码实验
3. 工作时钟可变状态下 M编译码质量比较
4．同等条件下的PCM与  M 系统性能比较实验

四、实验步骤及注意事项
1. 打开实验箱右侧电源开关，电源指示灯亮。
2. 将同步正弦波信号用连接线由TP002“同步输出”接入TP201“模拟输入”铜铆孔。调整输入信号幅度峰峰值在2V左右，
3. 薄膜键盘选择增量编码译码实验中各工作时钟：
01：8KHz；              02：32KHz；             03：64KHz。
4．K801开关选择：
1—2：增量调制译码部分接收来自增量调制编码电路的编码数字信号输入；  
    2—3：增量调制译码部分接收来自“数字同步技术模块”再生数字信号输入。
注意：编码工作时钟应与译码工作时钟一致。
5．测量TP201～TP205、TP801～TP804各点波形，特别注意对比TP202、TP205两点波形。
6．改变编译码的工作时钟，再测量TP201～TP205、TP801～TP804各点波形，特别注意TP202、TP205两点波形（图7-5）。
7．改变输入信号的幅度，观察TP202、TP205两点波形的变化。
8． 用其他模拟信号输入，测量TP201～TP205、TP801～TP804各点波形，特别注意TP202、TP205两点波形。
9．外加信号输入要注意信号的幅度及其相应的频率范围。
10．将译码信号输出TP804，用连接线接入功放TP006，由喇叭输出，直观感受改变有关参数对通信质量的影响。



图7-6  本实验系统通信实验

五、测量点说明
    TP201：模拟信号输入端。输入300～3400Hz的模拟信号，若幅度过大，当信号的实际斜率超过译码器的最大跟踪斜率时，本地译码波形跟踪不上信号的变化，将造成过载噪声。因此信号波形幅度尽量小一些。方法是：可改变相应信号源输出幅度的大小。
    TP202：增量调制编码电路的本地译码信号输出波形。其输出波形与TP201的波形相近似，但它的上升斜率和下降斜率不同。波形不好可调节W201电位器。
    TP203：增量调制编码电路的工作时钟输入波形，工作频率为64KHz或32KHz或8KHz，它由薄膜键盘选择来决定时钟信号：
01为 8KHz；         02为32KHz；           03为64KHz。
    TP204：一致脉冲信号输出波形，它随输入信号波形的变化而变化。当编码数字信号出现三个连0（或三个连1）时，一致脉冲信号输出负电平，直至连0（或连1）现象停止，返回正电平输出。
    TP205：增量调制编码电路输出的数字编码信号波形。
  TP801：增量调制译码电路的工作时钟输入波形，工作频率为64KHz或32KHz或8KHz。
  TP802：增量调制译码电路接收的数字编码信号输入波形。
         开关K801的作用：
1端与2端相连，译码电路接受编码电路输出的编码数字信号，即：TP802 = TP205。
2端与3端相连，译码部分接收来自“数字同步技术模块”再生数字信号输入，即：TP802 = TP707。
  TP803：增量调制译码电路的本地译码电路模拟信号输出波形，可调节W801。
其输出波形与TP202相近似，即经过二次积分网络后输出的波形。
TP804：译码输出，由译码部分的本地译码信号经过滤波器后得到。若恢复得好，应与TP201同。



增量调制编译码电路信号波形示意图

六、实验报告要求
1.画出实验电路的实验方框图，并作简要叙述。
2.画出各测量各点波形，结合理论分析说明所发生的各种现象。
  3.在通话的质量方面，你认为该实验系统如何改进方能提高话音的质量，及对本实验有何改进意见？