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PCM 编译码的实验报告
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PCM 编译码的实验报告
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点、胜利与失败、经验与教训，并在此基础上对前段工作作出客观评价，使得所有人员对问题的认识更一
致，思想更统一。可通过修改使用，也可以直接沿用本模板进行快速编辑。
篇一：实验十一：PCM 编译码实验报告
实验报告
哈尔滨工程大学教务处 制
实验十一 PCM 编译码实验
一、实验目的
1. 掌握 PCM 编译码原理。
2. 掌握 PCM 基带信号的形成过程及分接过程。
3. 掌握语音信号 PCM 编译码系统的动态范围和频率特
性的定义及测量方法。
二、 实验仪器
1. 双踪示波器一台 2. 通信原理Ⅵ型实验箱一台
3. M3:PCM 与 ADPCM 编译码模块和 M6 数字信号源
模块 4. 麦克风和扬声器一套
三、实验步骤
1．实验连线
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关闭系统电源，进行如下连接：
非集群方式
2. 熟悉 PCM 编译码模块，开关 K1 接通 SL1，打开电
源开关。 3．用示波器观察 STA、STB，将其幅度调至
2V。
4. 用示波器观察 PCM 编码输出信号。
当采用非集群方式时：
测量 A 通道时：将示波器 CH1 接 SLA（示滤波器扫描
周期不超过 SLA 的周期，
以便观察到一个完整的帧信号），CH2 接 PCM A
OUT，观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。
测量 B 通道时：将示波器 CH1 接 SLB，（示滤波器扫
描周期不超过 SLB 的周期，
以便观察到一个完整的帧信号），CH2 接 PCM B
OUT，观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。
当采用集群方式时：将示波器 CH1 接 SL0，（示滤波
器扫描周期不超过 SL0 的周期，
以便观察到一个完整的帧信号），CH2 分别接 SLA、
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PCM A OUT、SLB、PCM B OUT 以及 PCM_OUT，观察编
码后的数据所处时隙位置与时隙同步信号的关系以及 PCM
信号的帧结构（注意：本实验的帧结构中有 29 个时隙是空
时隙，SL0、SLA 及 SLB 的脉冲宽度等于一个时隙宽
度）。开关 S2 分别接通 SL1、SL2、SL3、SL4，观察 PCM
基群帧结构的变化情况。
5. 用示波器观察 PCM 译码输出信号
示波器的 CH1 接 STA，CH2 接 SRA，观察这两个信号
波形是否相同(有相位差)。
示波器的 CH1 接 STB，CH2 接 SRB，观察这两个信号
波形是否相同(有相位差)。
6. 用示波器定性观察 PCM 编译码器的动态范围。
将低失真低频信号发生器输出的 1KHZ 正弦信号从
STA—IN 输入到 MC145503 编码器。示波器的 CH1 接 STA
（编码输入），CH2 接 SRA（译码输出）。将信号幅度分
别调至大于 5VP—P、等于 5VP—P，观察过载和满载时的
译码输出波形。再将信号幅度分别衰减 10dB、20dB、
30dB、40dB、45dB，观察译码输出波形。
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篇二：pcm 编译码实验报告
项目二
实验十一 PCM 编译码实验
一、 实验目的
1. 掌握 PCM 编码原理。
2. 掌握 PCM 基带信号的形成过程及分接过程。
3. 掌握语音信号 PCM 编译码系统的动态范围和频率特
性的定义及测量方法。
二、 实验仪器
1. 双踪示波器一台
2. 通信原理 VI 型实验箱一台
3. M3：PCM 与 ADPCM 编译码模块和 M6 数字信号源
模块
4. 麦克风和扬声器一套
三、 实验原理及基本内容
1.点到点 PCM 多路电话通信原理
脉冲编码调制（PCM）技术与增量调制（ⅥM）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
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般用 PCM，否则一般用ⅥM。目前速率在 155MB 以下的准
同步数字系列（PDH）中，国际上存在 A 律和 u 律两种编
译码标准系列，在 155MB 以上的同步数字系列（SDH）
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ⅥM 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 PCM 多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 MC145503
编译器，它包括了图 11—1 中的收、发低通滤波器及 PCM
编译码器。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 信号直接送给分接器。
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
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所示。
BSPCM 基群时钟信号（位同步）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 基群信号输出点
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、SL3、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：
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晶振 X1： 晶振
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：PCM 编译码集成电路 MC145503
PCM 编译器 B U11：PCM 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：或门 74LS32
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 编译码提供
的时钟信号和 8KHZ 的时隙同步信号。在实际通
信系统中，译码器的时钟信号（即位同步信号）及时隙信
号（即帧同步信号）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 ，抽样频率为 8KHZ，故
PCM—A 及 PCM—B 的码速率都是 ，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
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都是空时隙。
PCM 信号码速率也是 ，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（X1110010）时
隙，第 2 个时隙为信号 A 的时隙，第 1（或第 3、第 5、或
第 6—由拔码开关 S2 控制）时隙为信号 B 的时隙。
本实验产生的 PCM 信号类似于 PCM 基群信号，但第
16 个时隙没有信令信号，第 0 时隙中的信号与 PCM 基群的
第 0 时隙的信号也不完全相同。
由于两个 PCM 编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—A 和 PCM—B 进行线或。本模块中
用或门 74LS32 对 PCM—A、PCM—B 及帧同步信号进行复
接。在译码之前，不需要对 PCM 进行分接处理，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，主要用动态范围和频率特性来说明
PCM 编译码器的性能。
动态范围的定义是译码器输出信噪比大于 25db 时允许
编码器输入信号幅度的变化范围。PCM 编译码器的动态范
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围应大于图 11—6 所示的 CCITT 建议框架。
当编码器输入信号幅度超过其动态范围时，出现过载
噪声，故编码输入信号幅度超过大时量化信噪比急剧下
降。MC145503 编译码系统输入信号的最大幅度为 5V。
由于采用对数压扩技术，PCM 编译码系统可以改善小
信号的信噪比，MC145503 可采用 A 律 13 折线对信号进行
压扩。当信号处于某一段时，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，这是动态范围的下限。MC145503
编译码系统动态范围内输入信号最小幅度约为 。
常用 1KHZ 的正弦信号作为输入信号来测量 PCM 编译
码器的动态范围。
语音信号的抽样信号频率为 8KHZ，为了不发生频谱混
叠，常将语音信号经截止频率为 的低通滤波器处理
后在进行 A/D 处理。语音信号的最低频率一般为 300hz。
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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范围
时，译码输出信号幅度迅速下降。这就是 PCM 编译码系统
频率特性的含义。
四、 实验步骤
1. 实验连线
关闭系统电源，进行如下连接：
3. 用示波器观察 STA、STB，将其幅度调至 2V。
4. 用示波器观察 PCM 编码输出信号。
当采用非集群方式时：
测量 A 通道时：将示波器 CH1 接 SLA,CH2 接 PCM A
OUT,观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。
测量 B 通道时：将示波器 CH1 接 SLB，CH2 接 PCM
B OUT，观察编码后的数据与时隙同步信号的关系。
当采用非集群方式时：将示波器 CH1 接 SL0，CH2 分
别接 SLA、PCM A OUT、SLB、PCM B OUT 以及
PCM_OUT，观察编码后的数据所处时隙同步信号的关系以
及 PCM 信号的帧结构。开关分别接通 SL1、SL2、SL3、
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SL4 观察 PCM 基群帧结构的变化情况。
5．用示波器观察 PCM 译码输出信号
示波器的 CH1 接 STA，CH2 接 SRA,观察这两个信号
波形是否相同（相位差）。 示波器的 CH1 接 STB，CH2
接 SRB,观察这两个信号波形是否相同（相位差）。
6.用示波器定性观察 PCM 编译码器的动态范围。
将低失真频信号发生器输出的 1khz 正弦信号从 STA—
IN 输入到 MC145503 编码器。示波器的 CH1 接 STA，CH2
接 SRA。将信号幅度分别调至大于 5Vpp、等于 5Vpp，观
察过载和满载时的译码输出波形。在将信号幅度分别减至
10db、20db、30db、40db、45db、50db，观察译码输出波
形。
7.两人通话实验
本模块提供两个人的通话信道。由于麦克风输出的信
号幅度比较小，需放大到 2Vpp 左右再由 STA 和 STB 输入
到两个编码器。译码器输出信号由 SRA 和 SRB 输出，将幅
度较大，需衰减到适当值后再送给扬声器。
在话筒输入放大电路中，可以通过调整可调电阻 R18
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来改变输出增益。
在语音输出放大电路中，可以通过调整可调电阻 R12
和 R22 来改变输出音量。 在实验时，只需将话筒输出信号
从 MIC_OUT 端口连接到 STA,再将译码后的语音信号从
SRA 连接到 MIC_IN 即可，但需将 STA 或 STB 端口的原有
连接去除。
五、 实验记录与分析
1.用示波器观察 STA、STB，将其幅度调至 2V。
实验中，从示波器中可以读出，输入编码器的信号频
率存在 fA=fB，且频率等于 1Khz,幅度等于 2V。
2. 用示波器观察 PCM 编码输出信号。
分析如下：
SL0 是 PCM 基群的时隙同步信号，信号 A,B 信号插入
到相应的时隙，编码输出的位置仍在相应的时隙。编码输
出总会延迟与输入。其中第 2 个时隙是 A 信号，2,5,7 时隙
篇三：32 路 PCM 帧结构
为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输往
往采用多路复用通信的方式。这里所谓的多路复用通信方
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式通常是指：在一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)技术的基础上，
研究并说明 PCM 时分多路数字电话系统的原理和相关参
数。
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PAM 时分复用原理
为了便于分析时分复用(TDM)技术的基本原理，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 PAM 信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
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TDM 中，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，一个频带限制在范围内的信号，
最小抽样频率值为 2，这时就可利用带宽为的理想低通滤波
器恢复出原始信号来。对于频带都是的 N 路复用信号，它
们的独立抽样频率为，如果将信道表示为一个理想的低通
形式，则为了防止组合波形丢失信息，
传输带宽必须满足
时分复用的 PCM 系统（TDM—PCM）
PCM 和 PAM 的区别在于 PCM 要在 PAM 的基础上经
过量化和编码，把 PAM 中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 PCM 原理方框图
图
6—29 (a)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
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、和，再经过抽样得到 3 路 PAM 信号、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 信号一起加到量化和编码器内进行量
化和编码，每个 PAM 信号的抽样脉冲经量化后编为 k 位二
进制代码。编码后的 PCM 代码经码型变换，变为适合于信
道传输的码型（例如 HDB3 码），最后经过信道传到接收
端。
图 6—29 (b)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 信号，再经过分离电路
把各路 PAM 信号区分开来，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 PCM 数据帧当中，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。
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32 路 PCM 的帧结构
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 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～15，17～3l 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，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
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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。
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
“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”。
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
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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。
PCM 的高次群
目前我国和欧洲等国采用 PCM 系统，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 系统传输，就要求有较高的码
率。而上述的 PCM 基群(或称一次群)显然不能满足要求，
因此，出现了 PCM 高次群系统。
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
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率为 8448kb/s，话路数为 4×30＝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 PCM
高次群作了规定，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 的传输介质一般采用
市话对称电缆，也可以在市郊长途电缆上传输。基群
PCM 可以传输电话、数据或 1MHz 可视电话信号等。
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 可传送可视电话、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
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(Gb/s)，可开通 30 万路 PCM 话路。采用光缆、卫星通信则
可以得到更大的话路数量。
