Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

1

1. C

el ćwiczenia

Celem ćwiczenia jest poznanie zasad modulacji i demodulacji oraz transmisji PCM, opartej na

nowoczesnych rozwiązaniach układowych, a także sposobów określania podstawowych parametrów
tych układów.

2. W

prowadzenie

2.1. Z

asady modulacji impulsowo-kodowej PCM

W teletransmisji stosowane są dwa rodzaje modulacji: analogowe i cyfrowe. Modulacje cyfro-

we można podzielić na:

•

modulacja impulsowo-kodowa PCM (Pulse Code Modulation);

•

modulacja różnicowa DM (delta);

•

modulacja D-PCM;

Systemy PCM są oparte o założenie że dla odtworzenia przebiegu nadawanego, nie jest ko-

nieczne przesyłanie całego przebiegu, natomiast wystarczy przesłanie próbek przebiegu pobieranych w
jednakowych, regularnych odstępach czasowych. (dostatecznie małych). Można udowodnić że prze-
bieg będzie odtworzony prawidłowo jeżeli częstotliwość pobierania próbek będzie dwa razy większa
od najwyższej częstotliwości przebiegu pierwotnego (prawo próbkowania).

Dla sygnału telefonicznego o paśmie 300-3400 Hz częstotliwość pobierania próbek wynosi

2x3400=6800 Hz, przy czym przyjęto standardową częstotliwość próbkowania 8000 Hz Oznacza to że
odstęp między dwoma sąsiednimi próbkami wynosi Tp.=1/8000=125

µ

s.

Czas trwania próbek jest z reguły znacznie krótszy od czasu między próbkami Tp. Umożliwia

to więc przesyłanie między próbkami danego sygnału próbek innych sygnałów- na tym polega istota
zwielokrotnienia czasowego. Utworzenie kanałów czasowych jest możliwe tylko wtedy, gdy działanie
urządzenia nadawczego (próbkującego) i urządzenia odbiorczego jest synchroniczne.

0

0

S y g n a ł

S y g n a ł

f g

P A M

P C M

Rys. 1. Zasada pracy pojedynczego toru modulacji impulsowo kodowej PCM

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

2

W tym celu stosuje się zegary synchronizujące, przy czym zegar w urządzeniu odbiorczym jest

synchronizowany sygnałem odbiorczym. W praktyce próbki nie są przesyłane w linii w sposób bezpo-
ś

redni w postaci sygnału PAM (Pulse Amplitude Modulation) lecz są poddawane modulacji kodowo-

impulsowej. Istota tej metody polega na tym, że amplitudy impulsów modulowanych sygnałem prób-
kowanym (tj. wysokość próbek) są wyrażane w systemie dwójkowym za pomocą odpowiedniej kom-
binacji cyfr 0 i 1. Przy czym w układzie elektrycznym 1 oznacza stan prądowy (impuls), 0 zaś stan
bezprądowy.

Liczba cyfr (bitów) w liczbie dwójkowej stosowana do określenia wysokości próbki jest ogra-

niczona w kanałach telefonicznych do 7 lub 8. Oznacza to że jest ograniczona dokładność odtworzenia
danej próbki. Za pomocą liczby dwójkowej jest określany tylko przedział, w jakim znajduje się wierz-
chołek danej próbki.

W celu określenia wysokości danej próbki, cały zakres amplitud dzieli się na 2n jednakowych

przedziałów, zwanych skokami kwantyzacji, którym są przyporządkowane kolejne liczby dwójkowe
składające się z „n” cyfr (bitów). Proces mający na celu określenie, w którym przedziale znajduje się
dana próbka nazywamy kwantowaniem. Kwantowaniu towarzyszą pewne zniekształcenia sygnału,
zwane szumem kwantyzacji, który jest tym większy, im większe są stopnie kwantowania. Szum kwan-
towania jest szczególnie odczuwalny w przypadku sygnałów o małej amplitudzie, dlatego w krotni-
cach z modulacją PCM stosuje się kompandory lub kodowanie nielinearne, polegające na tym że
mniejszym amplitudom odpowiadają mniejsze stopnie kwantyzacji. Przedział czasu jaki zajmuje grupa
bitów reprezentująca daną próbkę to czasowa szczelina kanałowa. Zbiór następujących po sobie szcze-
lin czasowych, przyporządkowanych poszczególnym kanałom naturalnym, w których są próbkowane
sygnały, nazywamy ramką. Ramka obejmuje czas między dwiema kolejnymi próbkami tego samego
kanału- długość ramki odpowiada okresowi próbkowania. Struktura ramki zawiera podstawowe in-
formacje dotyczące czasowego położenia poszczególnych kanałów i sygnałów synchronizacyjnych.

Długość ramki oraz liczba kanałów czasowych i bitów w kanałach czasowych określają pod-

stawowy parametr systemów cyfrowych jakim jest przepływność binarna ( B- wyrażona liczbą bitów w
ciągu jednej sekundy). W celu zapewnienia poprawnego przebiegu transmisji, a zwłaszcza odtwarzania
sygnałów podczas odbioru, jest konieczna synchronizacja sygnału nadawanego z sygnałem odtworzo-
nym w odbiorniku. Muszą one więc być zgodne, zarówno co do struktury, jak i położenia w czasie,
ramek wytworzonych w urządzeniu nadawczym i odbiorczym. Proces taki nazywamy fazowaniem
ramek.

2.2. M

odulacja PCM

W systemach modulacji impulsowo-kodowej PCM (Pulse Code Modulation), które są po-

wszechnie używane w publicznych i prywatnych sieciach telefonicznych, próbki mowy są kodowane
w postaci binarnych słów i transmitowane zwykle z prędkością 8000 próbek na sekundę. Te cyfrowe
dane przesyła się o wiele bardziej efektywnie jeżeli amplituda fali jest kompresowana przez skale lo-
garytmiczna przed transmisja ( redukcja liczby bitów niezbędnych do jej reprezentacji ) a następnie
ekspandowana w odbiorniku. Konwersja przez skale logarytmiczną zapewnia, że małe amplitudy sy-
gnału są cyfrowane z minimalną stratą wierności sygnału. Taka procedura, która na początku kompre-
suję a później ekspanduje sygnał nazywa się kompandorowaniem (od ang. COMpressing and exPAN-
DING). Rysunek 2 pokazują procedury, które pociągają za sobą kompandorowanie. Typowe specjali-
zowane urządzenie nazywane jest kodekiem (koder & dekoder). Odkąd kodeki stały się tanie, stały się
szeroko używane jako urządzenia wejścia/ wyjścia dla sygnałów analogowych i w wielu zastosowa-
niach przy przetwarzaniu sygnałów cyfrowych, tak jak np. telefon cyfrowy.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

3

Filtr

dolnoprzepustowy

Filtr

dolnoprzepustowy

Układ

próbkuj

ą

co-

pami

ę

taj

ą

cy

Przetwornik

A/C

Przetwornik

C/A

Kompresja
gen. f. log.

P I S O

Ekspandor

gen. f. antylog.

Bufor wy.

S I P O

Bufor wy.

Sygnał

wej.

Sygnał

wyj.

Rys. 2. Proces obróbki sygnału w modulacji PCM

W cyfrowym systemie przetwarzania sygnałów, który wykorzystuje kodeki jest potrzebny od-

wrotny proces kompandorowania pokazany na rysunku 2. Skompresowane dane PCM są na początku
przetwarzane przez liniowe PCM by być następnie przetworzone przez procesor sygnałowy. Po cy-
frowym przetworzeniu i linearnym przetworzeniu PCM są następnie kompresowane przed wysłaniem
ich do kodeka w celu zamiany na analogowy sygnał wyjściowy.

2.3. K

ompandorowanie

W cyfrowych systemach danych, przetworniki analogowo-cyfrowe (A/C) wprowadzają szum

kwantyzacji. W zwyczajnych procedurach linearnego przetwarzania A/C, cyfrowe słowa kodowe są
okrojoną binarną reprezentacją analogowych próbek. Ten efekt obcinania jest szczególnie wyraźny dla
małych sygnałów. Dla transmisji głosu jest to niepożądane, ponieważ większość informacji w mowie
znajduje się w mniejszych amplitudach, prócz tego typowy sygnał mowy wymaga szeroki zakres dy-
namiki. To może być jednak naprawione przez nieznaczną zmianę rozmiaru okresu kwantowania- to
znaczy by był on proporcjonalny do poziomu sygnału wejściowego. W ten sposób, okres kwantowania
jest mały dla małych amplitud sygnału i większy dla większych sygnałów. W konsekwencji, mniejsze
amplitudy są reprezentowane z większa ilością poziomów kwantowania a co za tym idzie z większą
dokładnością. Wynikiem schematu kodowania jest logarytm naturalny, który ma cechę największej
wydajności zakresu dynamiki dla stosunku sygnał/ szum i długości słowa. Companding jest zdefinio-
wany przez dwa międzynarodowe standardy bazujące na tej samej relacji- oba kompresują równoważ-
ne 13 bitów zakresu dynamiki w 7 bitów. Standard używany w Stanach Zjednoczonych i Japonii jest
znany pod nazwą cmpandingu według charakterystyki prawa

µ

-255 i dane przez równanie:

)

1

ln(

)

1

ln(

)

sgn(

)

(

µ

µ

+

+

=

x

x

x

F

(1)

gdzie:

F(x) -

jest skompresowaną wartością wyjściową ,

x -

jest znormalizowanym sygnałem wejściowym

(miedzy -1 a 1)

µ

-

jest parametrem kompresji ( = 255 w Ameryce Płn. )

sgn(x) -

jest znakiem (+/-) x .

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

4

Europejski standard powołuje się na kompresje według prawa A i zdefiniowana jest przez rów-

nanie:













≤

≤

+

+

≤

≤

+

1

1

)

ln(

1

ln

1

)

sgn(

1

0

)

ln(

1

)

sgn(

)

(

x

A

dla

A

x

A

x

A

x

dla

A

x

A

x

x

F

(2)

gdzie:

F(x) -

jest skompresowana wartością wyjściowa ,

x -

jest znormalizowanym sygnałem wejściowym

(miedzy -1 a 1),

A -

jest parametrem kompresji ( = 87.6 w Europie )

sgn(x) -

jest znakiem (+/-) x .

Powyższe równanie jest kombinacją funkcji logarytmicznych, w dalsze części pracy dla zobra-

zowania zasady przetwarzania zastosowano funkcję logarytmiczną, która mieści się w tych granicach.

2.4. R

óżnicowa modulacja kodowo-impulsowa PCM

Jedna z poważniejszych wad modulacji PCM jest duża ilość bitów każdej próbki przy dużej

rozdzielczości. Modulacja delta eliminuje to poprzez wprowadzenie kroku schodkowego. Podczas
kodowania i dekodowania wykorzystuje się poprzednią informację. Dwie sąsiednie próbki różnią się
tylko o wartość stałego kroku schodkowego. Zabieg ten daje w wyniku schodkowa aproksymacje
kształtu fali i znaczną redukcję przesyłanej informacji.

Obecnie są stosowane w telekomunikacji specjalizowane układy DM (delta) pracujące w za-

kresie od 16 do 32kb/s z dużą odpornością na błędy w kanale.

Poniżej (rys. 3) widzimy schemat ideowy układu DPCM w konwencjonalnej formie. Należy

zauważyć, ze dekoder generuje mowę z kolejnych różnicowych próbek Filtr syntezy (predyktor) moż-
na traktować, jako model ludzkiego toru akustycznego, a różnicowy sygnał jako model akustycznego
pobudzenia. Zakres częstotliwości generowany przez filtr syntezujący jest zbieżny z widmem sygnału
mowy dla ósmego lub wyższego stopnia wielomianu charakteryzującego predyktor.

Wskutek ciągłych zmian widma sygnału mowy istnieje konieczność ciągłego korygowania pa-

rametrów filtru, tak by nadążały one za zmianami częstotliwości. Idea ta realizowana jest w metodzie
ADPCM (Adaptive DPCM ), w której to predyktor jest czasowo zmienny. Obliczana jest chwilowa
estymacja odchylenia standardowego sygnału wejściowego korelowana ze wzmocnieniem. Wynikiem
tego jest zmienny rozmiar kroku kwantyzera. Obliczona wartość estymacji widma bądź energii jest
multipleksowana z przesyłaną podstawową informacją. Adaptacja uzależniona jest także od kształtu
fali ( jej nachylenia ) oraz dynamiki mowy. Ponadto w kwantyzerach stosuje się wiele tabel transkodu-
jących synchronicznie zmienianych w koderach i dekoderach. Dzięki tym zabiegom cały układ posia-
da dobrą zdolność do modelowania mechanizmów wytwarzania mowy.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

5

Rys. 3. Schemat blokowy układu DPCM (rys. górny) i wykres szumów kwantyzacji (rys. dolny).

3. M

etody modulacji PCM

3.1. P

oziomy hierarchii plezjochronicznej

Transmisja 30 kanałów w pojedynczym kablu jest w dalszym ciągu nieopłacalna. Wykorzysta-

nie pojemności informacyjnej dostępnego medium (kabel miedziany, światłowód, kanał radiowy) uzy-
skuje się przez zwielokrotnienie podstawowych strumieni cyfrowych E1 w Europie i T1 w Ameryce.
W przeciwieństwie do przeplotu bajtowego stosowanego w multipleksowaniu do 2 Mb/s (w Ameryce-
1.5 Mb/s) przy zwielokrotnieniu do wyższych przepływności używa się technikę przeplotu bitowego,
tzn. z kolejnych sygnałów przychodzących do kanału zbiorczego, każdorazowo jest wprowadzany
jeden kolejny transmitowany bit. Ponieważ zwielokrotniane strumienie 2 Mb/s (w Ameryce- 1.5 Mb/s)
i wyższe są generowane przez różne urządzenia, w których elementarne podstawy czasu mogą różnić
się nieznacznie między sobą, w celu zapewnienia stałej przepływności i synchronizacji sygnałów wej-
ś

ciowych względem sygnału zbiorczego musi być on uzupełniany przez dodawanie „pustych bitów”,

zwanych bitami dopełnienia. Bity te nie niosą informacji i są usuwane ze strumienia zbiorczego pod-
czas demultipleksacji na pojedyncze sygnały niższego poziomu. Proces uzupełniania i usuwania bitów
nieznaczących nazywa się operacją plezjochroniczną (prawie synchroniczną) i pojawia się na każdym
poziomie zwielokrotniania strumienia cyfrowego, gdy jest wymagane wyrównanie przepływności
strumieni. Systemy zwielokrotnienia cyfrowego stosujące operację plezjochroniczną nazwano Plezjo-
chroniczną Hierarchią Cyfrową - PDH (Plesiochronous Digital Hierarchy). Zalecenie G.702 Między-

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

6

narodowej Unii Telekomunikacyjnej - ITU (wcześniej CCITT) ustaliło 5 hierarchicznych poziomów
dla systemów plezjochronicznych o zróżnicowanych przepływnościach wynikających historycznie z
rozwoju systemów w poszczególnych krajach. W praktyce stosuje się 4 następujące poziomy zwielo-
krotnienia PDH:

•

w Europie: 2 Mb/s (E1), 8 Mb/s (E2), 34 Mb/s (E3), 140 Mb/s (E4),

•

w Ameryce: 1.5 Mb/s (T1), 6 Mb/s (T2), 45 Mb/s (T3),

•

w Japonii: 1.5 Mb/s, 6 Mb/s (J2), 32 Mb/s (J3).

Na rysunku 4 przedstawiono poziomy plezjochronicznych hierarchii cyfrowych wykorzysty-

wanych na całym świecie.

Rys. 4. Schemat ideowy plezjochronicznych hierarchii cyfrowych

3.2. O

graniczenia w systemach PDH

Pomimo że systemy PDH dokonały ogromnego skoku od teletransmisji analogowej do tele-

transmisji cyfrowej, to jednak powszechne zainteresowanie nowymi usługami telekomunikacyjnymi
wymusza stosowanie coraz większych przepływności kanałów transmisyjnych. Natomiast w syste-
mach PDH może powodować to wiele niedogodności wynikających z przyjętej zasady zwielokrotnie-
nia sygnałów.

Do ważniejszych ograniczeń należą:

•

Brak możliwości wydzielenia pojedynczego wybranego kanału 2 Mb/s ze strumienia o dużej prze-

pływności, bez zastosowania wszystkich pośrednich etapów multipleksowania i demultipleksowania z
sygnału zbiorczego, (multipleksowanie strumieni w systemie PDH przedstawia rys. 5),

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

7

•

Brak dostatecznej pojemności informacyjnej przeznaczonej na sygnalizację i funkcje nadzoru i

utrzymania sieci w standardowej strukturze ramek kanałów PCM (1 bajt na 32 szczeliny),

•

Brak standaryzacji sieci do styków optycznych, co utrudnia łączenie sieci o różnych technologiach.

Rys. 5. Multipleksowanie strumieni w systemie PDH

3.3. S

ystemy synchroniczne

Niedostatki systemów PDH sprawiły, że dalsze zwiększanie przepływności (powyżej 140

Mb/s) stało się nieekonomiczne, natomiast postęp technologiczny w miniaturyzacji układów cyfro-
wych i opanowanie techniki światłowodowej o przepływności kilkuset Mb/s sprawiły, że najpierw
amerykański komitet T1 ANSI (American National Standard Institute), a następnie organizacja o za-
sięgu ogólnoświatowym CCITT (Consultative Commitee for International Telegraph and Telephone)
uzgodniły i znormalizowały nową synchroniczną hierarchię cyfrową - SDH (Synchronous Digital Hie-
rarchy). Na rysunku 6 została zobrazowana hierarchia cyfrowych systemów transmisyjnych.

Zalecenia standardu SDH (rok 1988), oparte na amerykańskim systemie synchronicznym SO-

NET (Synchronous Optical Network), uwzględniają zarówno dotychczas stosowaną hierarchię sygna-
łów plezjochronicznych (amerykańskich i europejskich), jak też unifikację styków światłowodowych
oraz metodę multipleksowania umożliwiająca transport sygnałów cyfrowych między rożnymi techno-
logiami (PDH, ATM, FDDI, MAN) oraz zapewniającą swobodny dostęp do strumienia składowego na
każdym stopniu hierarchii zwielokrotniania. Za podstawową jednostkę transmisyjną przyjęto blok in-
formacyjny o stałej wielkości, zwany synchronicznym modułem transportowym STM-1 (Synchronous
Transport Module) o przepływności 155.52 Mb/s, a zawierający wewnątrz mniejsze oznakowane jed-
nostki informacyjne (jedna lub kilka), zwane kontenerami wirtualnymi VC (Virtual Container). Kon-
tenery wirtualne najniższego poziomu przenoszą pojedyncze kontenery C (Container), z których każ-
dy reprezentuje ściśle określoną paczkę bitów informacyjnych pochodzących bezpośrednio ze stru-
mienia cyfrowego odpowiedniej przepływności.

Zasadę tworzenia kontenerów wirtualnych niższego rzędu opatrywanych nagłówkami, zwielo-

krotniania ich w grupy jednostek również obdarzonych nagłówkiem, wprowadzanych następnie do
modułu transportowego doskonale oddaje porównanie do poczty: list wkładamy do koperty i adresu-
jemy, list ten trafia razem z innymi do worka z przywieszką, worek zaś wśród innych podróżuje wago-

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

8

nem pocztowym. Dzięki tym „etykietkom” możemy odszukać list w wagonie, jeżeli wiemy, że się tam
znajduje. Rysunek 6 „fachowo” opisuje organizację dróg zwielokrotnienia według ETSI (European
Telecommunication Standarisation Institute).

Rys. 6. Organizacja dróg zwielokrotnienia według ETSI

3.4. Z

wielokrotnienie w systemie SDH

Konstrukcja modułu transportowego STM-1 oraz umieszczonych w nim kontenerów VC jest

tak pomyślana, aby ładowanie i rozładowanie informacji z/do kontenerów o dowolnie niższych po-
ziomach przepływności, jak również zwielokrotnianie modułów transportowych STM powyżej prze-
pływności 155 Mb/s w jeden sygnał było możliwe jednostopniowo, za pomocą inteligentnego multi-
pleksera ADM (Add-Drop Multiplexer) z wbudowaną funkcją dołączania lub odłączania wymaganej
przepływności. Multipleksery (krotnice synchroniczne) mogą być zdalnie rekonfigurowane z centrali
zarządzającej, dostarczając użytkownikowi wymagane pasmo przenoszenia w dowolnym, określonym
czasie.

Multipleksery z funkcją ADM upraszczają proces demultipleksowania sygnałów o dużej prze-

pływności, zapewniając równocześnie dużą niezawodność sieci przez automatyczne tworzenie drogi
alternatywnej w układzie pierścieniowym.

System zarządzania nadzoruje wszystkie fragmenty sieci, w razie uszkodzenia automatycznie

zmienia kierunek ruchu w torze, odtwarzając ruch aż do momentu naprawy uszkodzonego fragmentu,
a ponadto zapewnia precyzyjną identyfikację miejsca, węzła lub odcinka niesprawnego toru przesyło-
wego.

W multiplekserach ADM stanowiących integralną częścią systemu SDH są realizowane za-

równo funkcje odłączania i zwielokrotniania, jak i zakończenia traktów liniowych. Zastępują one cały
zestaw plezjochronicznych krotnic wraz z układami liniowymi dla światłowodowego toru przesyłowe-
go po stronie zbiorczej. Od strony zbiorczej (główny trakt przesyłowy) multiplekser ADM generuje i
akceptuje sygnał liniowy o znormalizowanej przepływności STM-1 (155.52 Mb/s) oraz jego wielo-
krotności STM-4 (622.08 Mb/s) i STM-16 (2488.32 Mb/s), przy czym ze względów niezawodnościo-

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

9

wych interfejs jest podwójny z możliwością nadawania i odbioru sygnałów optycznych w obydwu
kierunkach.

Rozróżnia się dwa główne rodzaje krotnic synchronicznych ADM:

•

multipleksery liniowe, spełniające funkcje prostych multiplekserów akceptujących sygnały wej-

ś

ciowe STM-1 (155 Mb/s) i E4 (140 Mb/s), bez możliwości alokacji zawartości kontenerów we-

wnątrz modułu transportowego STM,

•

multipleksery inteligentne akceptujące wszystkie typy sygnałów plezjochronicznych, z możliwo-

ś

cią przemieszczenia (rekonfiguracji) położenia kontenerów w module transportowym STM.

Złożony proces multipleksowania jest realizowany w krotnicach za pomocą szybkich wyspe-

cjalizowanych mikroprocesorów (zwykle za pomocą procesorów sygnałowych o dużej mocy przetwa-
rzania bitowego).

3.5. H

ierarchia synchroniczna

Podstawy hierarchii synchronicznej wywodzą się z amerykańskiego systemu SONET umożli-

wiającego współpracę światłowodowych urządzeń transmisyjnych różnych producentów z sieciami
plezjochronicznymi. Stąd też przyjęte przepływności w systemie SDH odpowiadają ogólnie standar-
dom sygnałów światłowodowych systemu amerykańskiego:

Tab. 1. Przepływności bitowe w różnych standardach światłowodowych

Przepływność

w

Mb/s

Styk optyczny SO-
NET

Styk

elektryczny

SONET

Moduł transportowy
SDH

51.84

OC-1

STS-1

(STM-0)

155.52

OC-3

STS-3

STM-1

466.56

OC-9

STS-9

-

622.08

OC-12

STS-12

STM-4

933.12

OC-18

STS-18

-

1244.16

OC-24

STS-24

-

1866.24

OC-36

STS-36

-

2488.32

OC-48

STS-48

STM-16

4976.64

OC-96

STS-96

STM-32

9953.28

OC-192

STS-192

STM-64

Rozbieżności w przyjętych sygnałach powodują, że hierarchia systemów cyfrowych kształtuje

się inaczej dla systemów amerykańskich i europejskich, jednak standaryzacja struktury i zawartości
największych kontenerów wirtualnych VC-3 po stronie amerykańskiej i VC-4 po stronie europejskiej
umożliwia umieszczenie ich w przestrzeni użytkowej modułu transportowego STM-1 i po przesłaniu
rozładowanie modułu według uzgodnionej procedury.

3.6. M

oduł transportowy STM-N

Liniowa jednostka transmisyjna SDH, zwana modułem transportowym STM-n (n- tego rzędu),

przedstawiana jest jako matryca składająca się z 9 rzędów i 270 kolumn, gdzie każda komórka matry-
cy reprezentuje jeden znak 8-bitowy. W podstawowym, module transportowym STM-1 najniższego
rzędu odpowiada to ilości 2430 bajtów przesyłanych w czasie 125 mikrosekund. Moduł transportowy

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

10

STM- n może być konfigurowany na wiele sposobów w zależności od wyznaczonej mu funkcji trans-
portowej, jednak rozmiary pól sygnałów sterujących, kontrolnych oraz obszary informacji użytkowej
są stałe i nie ulegają zmianie. Moduł STM- n zawiera:

•

dwuczęściowy nagłówek SOH (Section OverHead) obejmujący: nagłówek sekcji regeneratorów

sygnałów RSOH (Regenerator SOH) oraz nagłówek sekcji krotnic, urządzeń końcowych, multi-
plekserów MSOH (Multiplexer SOH), dwa zasadnicze kanały transmisji danych nadzoru o mak-
symalnej przepływności 192 kb/s i 576 kb/s, dwa kanały detekcji błędów parzystości za pomocą
kodu BIP-8 (Block Interleaved Parity) oraz BIP-24, dwa kanały sygnalizacji głosowej do celów
służbowych, kanały alarmowe, pole identyfikacyjne numeru modułu oraz ustalony 48-bitowy
wzór ramkowania (fazowania) modułu STM, nadawany jako pierwszy w kolejności sygnał
optyczny (elektryczny) w strumieniu cyfrowym.

•

n grup jednostek administracyjnych AUG, z których każda zawiera jedną jednostkę administracyj-

ną AU-4 lub trzy jednostki administracyjne AU-3, przeznaczone do przenoszenia odpowiednio
kontenerów VC-4 lub VC-3, oraz związanego z tymi jednostkami wskaźnika PTR (Pointer)
wskazującego, w której komórce modułu transportowego znajduje się pierwszy bajt kontenera
wirtualnego. Na rys. 7 przedstawiony został moduł transportowy STM w strumieniu cyfrowym.

Rys. 7. Moduł transportowy STM w strumieniu cyfrowym

Krotnica odbiorcza, przez którą przesyłany jest strumień cyfrowy, na podstawie analizy na-

główka SOH i wskaźnika PTR wydziela, formatuje dodatkowo lub przesyła dalej kontenery wirtual-
ne- bez ingerowania w wewnętrzną strukturę i zawartość nadsyłanych kontenerów.

3.7. T

echnologia HDSL

Technologia zwielokrotnienia HDSL (High bit rate Digital Subscriber Line) polega na cyfro-

wej transmisji strumienia 2 Mb/s (lub n*64 kb/s), wykorzystując dwie skrętki miedziane, każda o
przepływności 1 Mb/s. Mając do dyspozycji dwa łącza abonenckie zakończone dwustronnie urządze-
niami HDSL oraz multiplekser dostępowy TDMA możemy zapewnić dostęp 30 abonentom. Łącze
HDSL umożliwia realizację rozmów telefonicznych oraz przesyłanie danych. zasięg sieci dostępowej

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

11

zrealizowanej w technologii HDSL zależy od jakości istniejącego okablowania miedzianego i wynosi
od 4 km (średnica przewodu 0.4 mm) do 10 km (średnica przewodu 0.8 mm).

3.8. O

gólne informacje na temat XDSL

Nie należy zapominać, że technologia ADSL należy do większej "rodziny" pokrewnych metod

szybkiej transmisji danych przez zwykłe linie telefoniczne, określanych wspólną nazwą xDSL. Proto-
plastą całej tej "rodziny" jest po prostu DSL (bez żadnego przedrostka Digital Subscriber Line), czyli
inaczej ISDN. Dokładnie rzecz biorąc, nazwą DSL określa się zwykle linie dzierżawione, wykorzystu-
jące technologię identyczną z wykorzystywaną przez ISDN (128 Kb/s), podczas gdy ta ostatnia nazwa
zarezerwowana jest na ogół dla połączeń komutowanych. Rysunek 8.

Rys. 8. Kwantowanie i kodowanie próbek

Sieci synchroniczne SDH stały się nowym standardem w telekomunikacji, łącząc zaawanso-

waną elektronikę z techniką światłowodową i inżynierią oprogramowania. Zapewniły w ten sposób
nowoczesny, efektywny i otwarty na zmiany system transportowy o wielu zastosowaniach. Istniejące
aplikacje wykorzystujące sieć transportową SDH do instalacji na niej systemów asynchronicznych
ATM, komutacji pakietów, połączenia miedzy sieciami LAN, sieci z integracją usług ISDN i szeroko-
pasmowych B-ISDN, a przede wszystkim do współpracy z rozpowszechnionymi sieciami plezjochro-
nicznymi PDH potwierdzają uniwersalność wykorzystania medium telekomunikacyjnego do różnych
zastosowań przy jednorazowych nakładach inwestycyjnych na budowę sieci. Również możliwość dy-
namicznego przydzielania przepływności w łączach i węzłach sieci, niezbędna przy usługach multi-
medialnych oraz przekazach telewizyjnych wysokiej rozdzielczości HDTV (High Density), tworzy
niewidoczny dla użytkownika elastyczny mechanizm transportowy dopasowujący sieć do aktualnych
potrzeb, nie wykluczając dalszego unowocześniania parametrów sieci w przyszłości. Zintegrowane
zarządzania TMN, wspomagane przez autonomiczne funkcje kontrolne każdego węzła, zmniejsza do
minimum koszty eksploatacji i utrzymania sieci, pozostawiając operatorowi funkcje reorganizacji sys-
temu przy jego rozbudowie.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

12

4. S

posoby realizacji układów modulacji i demodulacji PCM

4.1. K

odeki

Z ogólnej zasady zwielokrotnienia czasowego wynika, że z transmitowanych sygnałów należy

pobrać próbki z częstotliwością f

p

=8 kHz. W przedziale pomiędzy dwiema próbkami z danego kanału

pobierane są próbki z pozostałych kanałów systemu. Pamiętajmy, że częstotliwość próbkowania musi
spełniać warunek f

p

>2f

g

, a zatem należy ograniczyć widmo sygnału doprowadzonego do układu prób-

kującego. Próbki sygnałów poprzez multiplekser podawane są do układu kodera grupowego, w którym
wykonuje się operacje kwantyzacji, kompresji oraz kodowania. Zakodowany sygnał zbiorczy przesy-
łany jest do części odbiorczej poprzez tory w których znajdują się regeneratory. Po stronie odbiorczej
następuje ekspansja i dekodowanie sygnału cyfrowego. Zdekodowany sygnał zbiorczy przesyłany jest
do części odbiorczej następuje ekspansja i dekodowanie sygnału cyfrowego. zdekodowany sygnał, w
postaci impulsów, poprzez demultiplekser i filtr dolnoprzepustowy kierowany jest do wyjścia kanału.
Filtr pełni rolę demodulatora sygnału z modulacją PAM.

Jak już wspomniano, z zasady próbkowania sygnałów wynika konieczność wstępnej filtracji

sygnału próbkowanego. W teletransmisyjnych systemach PCM stosowane są dwa filtry dolnoprzepu-
stowe: nadawczy i odbiorczy. Filtr nadawczy zapobiega nakładaniu się wielu częstotliwości produk-
tów modulacji PAM, natomiast filtr odbiorczy wygładza krzywą z dyskretnymi wartościami próbek
sygnału odtworzonego w detektorze. Równocześnie filtr ten wygładza korekcję amplitudy i fazy cha-
rakterystyki częstotliwościowej odpowiedzi części próbkującej kodera mającej charakter funkcji si-
nx/x, co pozwala uzyskać łącznie płaski przebieg zależności wzmocnienia sygnału od częstotliwości.

Jako prostą regułę przyjmuje się, że filtr nadawczy powinien tłumić sygnał wejściowy przy-

najmniej o 14dB przy częstotliwości równej 0,5 f

p

tzn. przy (4 kHz). Oraz przynajmniej o 30dB przy

częstotliwości f

p

(8 kHz).

Rys. 9. Schemat krotnicy z kodowaniem grupowym

Omówiona kolejność operacji w krotnicy PCM jest typowa przy kodowaniu grupowym tzn.

gdy jeden układ kodera i dekodera obsługuje całą grupę kanałów. Uproszczony schemat krotnicy
przedstawiono na rysunku 9.

Szybkość pracy układów kodera i dekodera jest w tym przypadku dość znaczna, ale zwielo-

krotnienie czasowe jest dokonywane na sygnałach analogowych, co zawsze grozi przenikami między
kanałami.

Postęp w zakresie wytwarzania układów scalonych spowodował znaczny spadek ich ceny i w

konsekwencji znaczne ich upowszechnienie. Dzięki temu obecnie coraz częściej stosuje się kodowanie

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

13

indywidualne, tzn. dla każdego kanału przeznacza się oddzielny koder (dekoder). Szybkość pracy ta-
kiego jest znacznie mniejsza (odstęp między kolejnymi kodowanymi próbkami t

p

=125

µ

s), co umożli-

wia stosowanie oszczędniej pod względem poboru mocy technologii CMOS, a ponadto zwielokrotnie-
nie czasowe jest dokonywane po kodowaniu, tj. na sygnałach cyfrowych, odpornych na przeniki mię-
dzykanałowe. Rysunek 10 przedstawia uproszczony schemat krotnicy zbudowanej z wykorzystaniem
powyższej zasady.

Rys. 10. Schemat krotnicy z kodowaniem indywidualnym

Przypomnijmy, że w rozdziale poświęconym koderom omawialiśmy koder, w którego pętli

sprzężenia zwrotnego znajdował się dekoder. Zatem można by w jednym układzie połączyć funkcje
kodowania i dekodowania. Urządzenie łączące te funkcje nazwane zostało kodekiem. Elementem
wspólnym dla kodera i dekodera mogą być np. źródła wzorców, układy sterowania itp. Uproszczony
schemat blokowy kodeka przedstawiono na rysunku 11.

Rys. 11. Schemat kodeka

Możliwość przyjęcia rozwiązania, w którym koder i dekoder pracują przemiennie wynika z

wystarczającego czasu (125

µ

s) pomiędzy momentami pobrania dwóch kolejnych próbek z sygnału.

W najnowocześniejszych rozwiązaniach scalonych kodeków, współpracujące z nimi filtry są

również wytwarzane w tej samej strukturze. Praktyczna realizacja tych filtrów w większości przypad-
ków opiera się na wykorzystaniu przełączanych pojemności. W układach filtrów z przełączanymi po-
jemnościami takie parametry jak: częstotliwości graniczne, dobroć, wzmocnienie w paśmie, szumy itd.
zależą od częstotliwości przełączania pojemności (a więc od częstotliwości sygnału taktującego) oraz
od wybranego stosunku pojemności w układzie.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

14

Przemienne kodowanie i dekodowanie wymaga zatrzymania słów kodowych nadawczych (od-

biorczych) w rejestrze nadawczym (odbiorczym). Oczywiście rejestry te są uaktywniane w odpowied-
nich momentach czasu.

Niektóre firmy produkują kodeki uniwersalne tj. pracujące zgodnie z charakterystykami kom-

presji typu A lub typu

µµµµ

. Przełączanie typu charakterystyki odbywa się poprzez podanie odpowiednie-

go kryterium na jedno z wejść układu scalonego.

W katalogu firmy np. Motorola znajdujemy dwie rodziny kodeków: Pierwszej generacji MC

14400/01/02/03/04/05 oraz drugiej generacji MC 145500/01/01/02/03/05. Obie rodziny mają podobne
rozwiązania funkcjonalne. Schemat blokowy układów rodziny MC145500 przedstawiony jest na ry-
sunku 12.

Rys. 12. Schemat blokowy kodeka MC145500

Zegar transmisji sygnałów wyjściowych o częstotliwości od 64 kHz do 4.096 MHz, jest zega-

rem wewnętrznego rejestru przesuwnego. Jego zbocze narastające powoduje pojawienie się na wyjściu
TDD kolejnych bitów informacji cyfrowej.

TDE – Zegar synchronizujący pracę z sygnałem MSJ. Narastające zbocze TDE powoduje po-

jawienie się bitu znakowego na wyjściu TDD na okres sygnału TDC. Następnie TDC wysuwa pozo-
stałe bity informacji. Wyjście TDD jest tak długo aktywne , jak długo na wyjściu TDE jest stan jedyn-
ki. Przy pracy asynchronicznej TDE powinno być dołączone do TDC.

TDD – Wyjście cyfrowe kodeka. Poziomy wyjściowe na tym wyjściu są ustalane przez poten-

cjał wejścia Vls. Na wyjściu TDD pojawia się sygnał trójstanowy kontrolowany przez TDE. Zależno-
ś

ci czasowe na tym wyjściu są ustalane TDC i TDE. Format danych jest określany przez stan wejścia

µ

/A.

RDC – Wejście zegara dla cyfrowych sygnałów wejściowych. Zegar odbiornika pracujący w

koniunkcji z RCE i RDD. Te trzy sygnały muszą być zsynchronizowane ze sobą, ale mogą być zsyn-
chronizowane z pozostałymi zegarami cyfrowymi. Częstotliwość zegara od 64 kHz do 4.096 MHz.

RCE – Wejście sygnału synchronizującego odbiór sygnałów cyfrowych. Narastające zbocze

RCE wskazuje bit znakowy odbieranej informacji. Pierwsze opadające zbocze RDC powoduje wpro-
wadzenie pierwszego bitu informacyjnego do rejestru odbiorczego. Kolejne siedem opadających zbo-

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

15

czy wprowadza pozostałe bity informacyjne. Dziewiąte zbocze powoduje zapisanie słowa do rejestru
bufora, po czym następuje proces dekodowania.

RDD- wejście sygnałów cyfrowych z linii. Jest to wejście odbiorcze. Uzależnienia czasowe te-

go wejścia są kontrolowane przez RDC i RCE. Format odbieranych danych jest ustalany przez stan
wejścia

µ

/A.

µ

/A –Wybór sposobu kompresji. Potencjał tego wejścia ustala rodzaj charakterystyki kompresji

dla ciągów danych na wyjściu TDD i wejściu RDD.
A\

µ

/A= V

DD

- charakterystyka

µ

255 z ukrytym zerem

B\

µ

/A= V

AG

- charakterystyka

µ

255 typu znak /moduł

C\

µ

/A= V

ss

- charakterystyka A87.6 zgodna z zaleceniem CCITT z odwróconymi bitami.

PDJ- Obniżenie mocy. Wejście to wprowadza niektóre z wejść i wyjść na stan wysokiej impe-

dancji. Dokonuje się to między innymi dla V

AG

, TxJ, RxO oraz TDD. W tym przypadku tracona moc

spada do 0,1 mW gdy PDJ jest na niskim poziomie. Normalny stan pracy PDJ = V

DD

albo przy wyso-

kim poziomie na wejściu V

LS.

W tabeli 2 przedstawiono zasady tworzenia słów kodowych dla powyżej przedstawionych sta-

nów wejścia

µ

/A.

Tab. 2. Zasada tworzenia słów kodowych

Rodzaj kodowania

Wart. Ana-
log.

B

A

c

+max.
Wartość

1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0

+ zero

1 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1

Zero

0 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 1

- max war-
tość

0 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 1 0 0 0 1 0 1 0 1 0

RSJ- Wybór maksymalnej amplitudy sygnałów wejściowych i wyjściowych. Poprzez ustalenie

stanu wejścia RSJ można wybrać jedną z trzech wartości zakresu przetwarzania sygnału analogowego
przy konwersji A/D i D/A. Na wejściu RSJ mogą występować trzy stany: V

SS

, V

AG

, i V

DD

. W układach

MC 145500/03/05 wejście RSJ jest funkcjonalnie połączone z V

SS

.

RxO, RxO – Wyjścia sygnałów analogowych. Sygnały otrzymywane na obu wyjściach są jed-

nakowe co do amplitudy, lecz są przeciwne fazowo.

5. Z

agadnienia do samodzielnego przygotowania

-

Na czym polega modulacja i demodulacja impulsowo – kodowa PCM?

-

Co to jest przepływność binarna?

-

Po co stosuje się fazowanie ramek?

-

Co to jest kompandorowanie?

-

Na czym polega różnicowa modulacja i demodulacja impulsowo – kodowa DPCM?

-

Co to są poziomy plezjochroniczne i na czym polega ich zwielokrotnianie?

-

Jakie są różnice systemów synchronicznych SDH i SONET w stosunku do systemów PDH?

-

W jaki sposób dokonuje się zwielokrotnianie w systemach SDH?

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

16

-

Jaki strumień danych przesyłany jest w technologii HDSL oraz XDSL?

6. A

paratura pomiarowa

-

oscyloskop dwukanałowy;

-

generator funkcyjny, np. G430;

-

generator funkcyjny z regulacją składowej stałej DC, np. G432;

-

miernik zniekształceń nieliniowych, np. PMZ11;

-

analizator widma;

-

zestaw laboratoryjny (2 kasety) - opis pkt. 6.1.

6.1. Z

estaw laboratoryjny

Stanowisko laboratoryjne do badania modulacji i demodulacji PCM składa się z zespolonych

we wspólnej obudowie paneli (2 kasety) z których każdy pełni określoną funkcję. Płyty czołowe paneli
są wyposażone w odpowiednie wejścia i wyjścia oraz szereg potencjometrów i przełączników umoż-
liwiających dokładne analizowanie badanego procesu. Ponadto zdublowane wejścia i wyjścia na po-
szczególne moduły znajdujące się w panelach oraz przejścia na różne rodzaje gniazd wtykowych
(m.in. BNC) gwarantują komfort kombinacji połączeń i obserwacji wybranego fragmentu przebiegu
sygnału na oscyloskopie.

W skład układu laboratoryjnego wchodzą m.in. następujące elementy (opisane w dalszej czę-

ś

ci): zasilacz stabilizowany

±

15V

±

5V, kompandor, generator sterujący 800 Hz – 8 kHz; układ steru-

jący kluczy PAM, modulator PAM, modulator PCM, demodulator PCM, demodulator PAM i ekspan-
dor. Schemat blokowy układu laboratoryjnego PCM przedstawia rysunek 14.

Zgodnie z zasadą działania systemu laboratoryjnego PCM, podstawowym układem sterującym

pracą całego procesu obróbki sygnału jest generator taktujący. Rozwiązanie takie nie znalazło zasto-
sowania w rzeczywistych modulatorach PCM. Opracowanie to jest wykonane typowo dla potrzeb
dydaktycznych. Pociąga ono za sobą uproszczenie układu synchronizacji odbiornika, jednakże wymu-
sza konieczność przesyłania impulsów synchronizujących osobnym torem. Praktycznie stosowane
demodulatory PCM odtwarzają sygnał synchronizacji na skutek przesyłania dodatkowych ramek syn-
chronizujących, przez co układ elektroniczny ulega rozbudowaniu, jednakże nie ma potrzeby zajmo-
wania kolejnego toru transmisyjnego.

Do wytwarzania zmodulowanego sygnału PCM użyto procesora typu SAB 80C535, którego

przetwornik analogowo-cyfrowy dokonuje pomiaru w ciągu 14

µ

s, a następnie wytworzenie ramki

PCM trwa 40

µ

s. Mikrokontroler 80C535 posiada na wejściu przetwornika analogowo-cyfrowego

multiplekser oraz układ próbkująco-pamiętający, jednak w celu zobrazowania procesu próbkowania
potrzebne było wcześniejsze zastosowanie tego układu w modulatorze PAM. Jest on zrealizowany w
oparci o scalone przełączniki analogowe typu MCY 74066, pojemność pamiętającą oraz wzmacniacze
operacyjne.

W modulatorach PCM sygnał przesyłany jest poddawany procesowi kompresji. Z uwagi na po-

lepszenie parametrów krotnic PCM, kompresja ta wykonywana jest na sygnale cyfrowym przy użyciu
odpowiedniego układu kombinacyjnego. Jednak z powodów dydaktycznych zastosowano kompresję
analogową. Jest ona realizowana przy pomocy generatora funkcji logarytmicznej, który swoją loga-
rytmiczną charakterystykę przetwarzania opiera na odwróceniu ekspotencjalnej charakterystyki diody
półprzewodnikowej. Dzięki takiemu rozwiązaniu efekt kompresji może być obserwowany na ekranie
oscyloskopu.

L

a

b

o

ra

to

ri

u

m

E

le

kt

ro

n

ik

i

N

o

w

o

cz

es

n

e

u

kł

a

d

y

m

o

d

u

la

cj

i i

d

em

o

d

u

la

cj

i P

C

M

P

o

lit

ec

h

n

ik

a

O

p

o

ls

k

a

1

7

Generat or

sygna³u

akust ycznego

Generat or

sygna³u

akust ycznego

Kompresor

logaryt miczny

(kompander)

Kompresor

logaryt miczny

(kompander)

Klucz

(Shaper)

Klucz

(Shaper)

Sample

&

Hold

Sample

&

Hold

Sample

&

Hold

Sample

&

Hold

Nadajnik

PCM

Odbiornik

PCM

Ekspander

ant ylogaryt miczny

Ekspander

ant ylogaryt miczny

Generat or

st eruj¹ cy

Rys.14 Schemat blokowy układu PCM.

Zegar

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

18

Do odbioru ramki PCM wykorzystano rejestr przesuwający typu UCY 74164. Dla celów dy-

daktycznych zastosowano ośmiokrotny zatrzask typu UCY 74573, który eliminuje stany przejściowe
w czasie przesyłania ramki. Z zatrzasku binarną wartość napięcia przesyła się do przetwornika cyfro-
wo-analogowego, z którego otrzymuje się żądane napięcie. Ponieważ ramki poszczególnych kanałów
przesyłane są na przemian, po przetworniku cyfrowo-analogowym konieczne było zastosowanie ko-
lejnych układów próbkująco-pamiętających sterowanych z generatora taktującego. Rozwiązanie takie,
nie jest stosowane w praktyce z powodu kolejnych połączeń transmisyjnych nadajnik - odbiornik, wy-
starcza dla celów dydaktycznych oraz poważnie upraszcza budowę urządzenia.

Do prawidłowego działania systemu PCM niezbędne jest także użycie filtrów dolnoprzepusto-

wych zarówno po stronie nadawczej jak i odbiorczej w celu wyeliminowania zakłóceń, wyższych czę-
stotliwości oraz częstotliwości próbkowania, która przedostaje się do sygnału użytecznego.

6.1.1. K

ompandor

Jak już wspomniano, kompresja sygnału jest realizowana w oparciu o odwrócenie ekspoten-

cjalnej charakterystyki diody półprzewodnikowej zgodnie ze wzorem:

















−

=

1

T

D

U

s

e

I

I

ϕ

(3)

gdzie:
I –

prąd płynący przez diodę,

I

S

–

prąd nasycenia diody

U

D

– napięcie panujące na diodzie,

ϕ

T

– potencjał elektrokinetyczny ( 25 mV )

Dioda jako element o charakterystyce ekspotencjalnej jest umieszczona w pętli ujemnego

sprzężenia zwrotnego, przez co uzyskano logarytmiczną charakterystykę wypadkową, przedstawioną
na rysunku 16.

+

+

-

-

1.2 M

1N 4148

10 k

100 k

1 k

Rys. 15. Schemat ideowy kompandora

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

19

Rys. 16. Charakterystyka przejściowa kompandora

6.1.2. G

enerator sterujący

Powyższy generator jest przeznaczony do sterowania pracy modulatora PCM w trybie jedno-

kanałowym. Jest on zbudowany w oparciu o dwa przerzutniki monostabilne typu UCY 74123.



6 0

U C Y 7 4 12 3

6 5 - 1 1 9 0

µ

s

µ

s

5

+

Gen. 800-8000 Hz

Q

A

A

B

B

1.5k

1.5k

+5 V

+5 V

100 n

100 n

µ

10

2 k

560

+5 V

2 k

10

Rys. 17. Schemat ideowy generatora

Generator ten jest tak skonstruowany, że przerzutnik znajdujący się po prawej stronie z powodu

układu opóźniającego RC, uruchamia się później niż przerzutnik pierwszy. W momencie włączenia
zasilania przerzutnik pierwszy zostaje uruchomiony. Po zakończeniu zerowania przerzutnika drugiego
ten zaczyna odmierzać ustalony czas. Zakończenie tego procesu powoduje uruchomienie pierwszego
przerzutnika. Stąd okres przebiegu wyjściowego jest równy sumie odmierzanych czasów przez oba
przerzutniki. Tak ukształtowany sygnał jest doprowadzony do stopnia wyjściowego pełniącego funk-
cję zabezpieczającą.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

20

6.1.3. U

kład sterujący kluczy PAM

W celu odpowiedniego ukształtowania impulsów PAM niezbędne okazało się zastosowanie

układu czasowego sterującego otwieraniem kluczy analogowych. Do tego celu użyto układu scalonego
UCY 74123.

5 0

µ

s

U C Y 7 4 1 2 3

S t e r o w a n i e
k l u c z e m “ S ”

S t e r o w a n i e
k l u c z e m “ H ”

Q

A



1k

+5 V

+5 V

- 5 V

- 5 V

100 n

2 k

2 k

5

µ

s

Q

1k

+5 V

+5 V

10 n

2 k

7.5k

7.5k

Rys. 18. Schemat ideowy układu czasowego

W wyniku czasu trwania pojedynczej ramki maksimum 62

µ

s, czas trwania impulsu PAM wy-

nosi 47

µ

s. Czas ten jest ustalony przez pierwszy powyższy przerzutnik monostabilny. Kolejny prze-

rzutnik jest włączany tylko w pierwszych 10% czasu trwania impulsu PAM sterując włączaniem po-
jemności pamiętającej. Sygnał wyjściowy przerzutników jest doprowadzony do stopni dopasowują-
cych poziomy napięcia.

6.1.4. M

odulator PAM

W celu pokazania wszystkich etapów obróbki sygnału w modulatorze PAM zastosowano trzy

grupy kluczy analogowych. Po wzmocnieniu prądowym sygnału wejściowego we wtórniku napięcio-
wym, sygnał ten doprowadzony jest do klucza „sample”. W wyniku odpowiedniego sterowania klu-
czem, na jego wyjściu uzyskujemy próbkowany sygnał wejściowy.

Swit ch

Sample

40 6 6

Hold

40 6 6

Hold

40 6 6

3 30 p

40 6 6



+

-

+

-



+

-

1k

1k

1k

10 k

560

5,6V

5,6V

TL 0 74

Sterowanie
kluczami

Wej.

Rys. 19. Modulator PAM

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

21

Dla zabezpieczenia układu kluczy do punktu pomiarowego sygnał doprowadzony jest za po-

ś

rednictwem kolejnego wtórnika napięciowego. W następnym etapie jest włączana pojemność na bar-

dzo krótki okres czasu, (5

µ

s) ustalając napięcie na niej do wartości napięcia w pierwszej chwili trwa-

nia próbki. W celu utrzymania stałej wartości napięcia próbki, konieczne jest zastosowanie wtórnika
napięciowego. Układ ten cechuje się bardzo dużą rezystancją wejściową, stąd możliwe jest zapamięta-
nie wartości napięcia próbki przez dłuższy czas.

Ponieważ celem dydaktycznym było stworzenie układu wielokanałowego, konieczne okazało

się cykliczne przełączanie wartości próbek z obu kanałów w celu ich zsumowania i wytworzenia kom-
pletnego sygnału PAM. Dokonano tego przy pomocy klucza „switch” oznaczającym kształtowanie.

6.1.5. M

odulator PCM

Do modulacji sygnału PCM zastosowano procesor SAB80C535 z odpowiednim programem

roboczym. Zmodyfikowane w układzie dopasowującym impulsy PAM, doprowadzone są do wejścia
analogowego AN2. Organizacja pracy procesora przebiega w dwóch pętlach: w pętli oczekiwania na
sygnał synchronizujący oraz pętli roboczej.

8 0 C535

..573

E

P

R

O

M

A

D

D

R

E

S

S

B

U

S

DATA BUS

AN1



+5 V

+5 V

+5 V

Bit y PCM

Syn. PCM

Wej. Syn.

X 8

2k

2k

10k

10k

2k

10k

4,7k

1k

560

+5 V



47

330p

2k

+5 V

47

330p

2k

P.P

Wej

ś

cie

Rys. 20. Schemat ideowy modulatora PCM

Kompletny bajt informacyjny jest doprowadzony do zewnętrznych punktów pomiarowych za

pośrednictwem odpowiednich układów zabezpieczających (wtórników z ograniczonym prądem wyj-
ś

ciowym przy pomocy rezystora).

Przed nadejściem impulsu synchronizującego sprawdzany jest stan wejścia, oraz ustawiane są

bity wachdog’a. W momencie nadejścia impulsu synchronizującego uruchamiany jest przetwornik
A/C, a następnie po zakończeniu pomiaru bajt ten kopiowany jest do portu wyjściowego i wyprowa-
dzany na zewnątrz za pośrednictwem układu zabezpieczającego. Kolejny układ zabezpieczający wej-

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

22

ś

cie procesora przekazuje bajt informacyjny do innego portu wejściowego. Ponieważ układ zabezpie-

czający neguje sygnał, bajt pobierany z portu wejściowego jest poddawany kolejnej negacji, a następ-
nie kopiowany do rejestru akumulatora. Następnie począwszy od najmłodszego bitu bity są wyprowa-
dzane do wyjścia. W czasie trwania cyfrowej wartości sygnału tworzony jest impuls synchronizujący
dany bit. Po wysłaniu najstarszego bitu procesor przechodzi w stan czuwania. Ze względu na małą
wydajność prądową w stanie wysokim portu procesora zastosowano rezystory polaryzujące w ukła-
dach zabezpieczających oraz tranzystory FET w układzie wyjściowym.

6.1.6. D

emodulator PCM

Wysłane bity PCM poprzez układy zabezpieczające doprowadzone są do ośmiobitowego reje-

stru przesuwającego typu UCY 74164. W celu poprawienia jakości obserwacji odebranego bajtu za-
stosowano ośmiobitowy zatrzask typu UCY 74573, który jest sterowany sygnałem wyjściowym mul-
tiwibratora monostabilnego pracującego w trybie przedłużania impulsów. Podczas transmisji impulsy
synchronizujące mają okres 5

µ

s, natomiast w czasie pomiaru A/C lub oczekiwania występuje zero

logiczne dłużej niż 14

µ

s. Przerzutniki monostabilne wychwytując tą przerwę wytwarzają impuls syn-

chronizujący. Podobne zadanie można by zrealizować przy pomocy licznika modulo 8, jednak takie
rozwiązanie wymagało by dodatkowej synchronizacji początku zliczania. Wadą natomiast rozwiązania
czasowego układu synchronizacji jest wprowadzenie dodatkowego opóźnienia w transmisji sygnału
trwającego ok. 15

µ

s. W celu usunięcia tej niedogodności należało przedłużyć czas trwania impulsu

sterującego w generatorze taktującym.



C

A

A8

A1

+5 V

+5 V

+5 V

+5 V

Wyj.

+

+

-

-

X 8

+5 V

,,,573

...16 4

330

330p

330

330p

1k

Q

680

+5 V

24 n

µ

s

5 0

µ

s

Q

1k

+5 V

-15 V

2 k

A

A

B

B

Q

Q

100

100

Bit y PCM

Syn. PCM

560

1k

4.7k

4.7k

4.7k

4.7k

4.7k

560

+5 V

10

D

A

C

0

8

0

8

10

100n

100n

100n

3

2

4

14 13

15

16

U

r e f .

Punkt pom.

Rys. 21. Schemat ideowy demodulatora PCM

Kompletny bajt doprowadzony jest do zewnętrznych punktów pomiarowych za pośrednictwem

wtórników zabezpieczających, jak również do przetwornika C/A.

6.1.7. D

emodulator PAM

Do demodulacji PAM oraz rozdzielenia zawartości kanałów zastosowano kolejne przełączniki

analogowe sterowane podobnym układem dopasowującym jak w modulatorze PAM.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

23

40 6 6

Syn. Wyj.

2 k

2 k

10 k

10 k

10 k

+5 V

-5 V

560

470

5,1 V

5,1 V

4.3 p

330 p

40 6 6

40 6 6

40 6 6

Rys. 22. Schemat ideowy demodulatora PAM

Sygnał synchronizujący z generatora taktującego, lub w przypadku pojedynczej transmisji

PCM z demodulatora PCM jest doprowadzony do wejścia synchronizującego. Czas występowania
jedynki logicznej sygnału synchronizującego powinien być zbieżny z wystąpieniem napięcia na wej-
ś

ciu analogowym klucza. W ten sposób wartość napięcia z przetwornika C/A jest zapamiętywana w

kondensatorze. W wyniku odbierania kolejnych próbek otrzymujemy napięcie schodkowe. Napięcie to
jest filtrowane oraz doprowadzane do ekspandera.

6.1.8. E

kspandor

W celu odtworzenia pierwotnego kształtu przebiegu wejściowego niezbędne jest poddanie od-

tworzonego i skompresowanego sygnału procesowi odwrotnemu do kompresji.

Rys. 23. Schemat ideowy ekspandora

W tym celu należy zmniejszyć amplitudę sygnału np. w wzmacniaczu odwracającym do war-

tość amplitudy sygnału za komandorem. Ponieważ wzmocniono sygnał dziesięciokrotnie niezbędne
jest obecnie dziesięciokrotne stłumienie, a następnie wzmocnienie sygnału we wzmacniaczu operacyj-
nym nieliniowym, w którym identyczne elementy sprzężenia zwrotnego oraz wejścia są zamienione
miejscami. W ten sposób proces kompresji sygnału jest odwracany, a układ ma charakterystykę ekspo-
tencjalną.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

24

7. P

rogram

ć

wiczenia

7.1. B

adanie częstotliwościowej charakterystyki przenoszenia filtru

W celu wyznaczenia charakterystyki przenoszenia filtru doprowadzamy sygnał z generatora do

wejścia filtru, oraz obserwujemy przebieg wyjściowy na ekranie oscyloskopu. Istotnym momentem
jest stwierdzenie zmniejszenia się amplitudy obserwowanego sygnału o 3 dB. Odczytując okres obli-
czamy graniczną częstotliwość przenoszenia filtru. Podobnie postępujemy w przypadku przełączenia
pracy filtru z dolnoprzepustowej na pasmowo przepustową.

T

f

1

=

1

2

log

20

U

U

K

u

=

(4)

LP

BP

0,3-3,4

kHz

G E N E R A T O R

M O D U Ł 0 2

1 0 1 0 0 1 1 0

H z k H z

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

D C A C

+ 5 V

0

- 5 V

5 V

0

1 0 V

M O D

T T L

Oscyloskop

Rys. 24. Badanie charakterystyki przenoszenia filtru

Korzystając z powyższych pomiarów można skonstruować charakterystyki przenoszenia dla

filtru dolnoprzepustowego (LP) oraz pasmowo przepustowego (BP). Przykładowe charakterystyki
przedstawiono na rysunku 25.

LP

BP

f[ Hz]

f[Hz]

K[ dB]

K[ dB]

Rys. 25. Charakterystyki przenoszenia filtru wejściowego

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

25

7.2. B

adanie charakterystyki przejściowej kompandora

Aby zbadać charakterystyką przejściową kompandora doprowadzamy do jego wejścia napięcie

stałe. Zmieniając jego wartość np. co 0,2 V zapisujemy odpowiadające im wartości napięcia wyjścio-
wego. W oparciu o powyższe dane wykreślamy charakterystykę przejściową.

+5V

-5V

Rys. 26. Badanie charakte-
rystyki przejściowej kom-
pandora

7.3. B

adanie przetwornika A/C

Aby przeprowadzić badanie przetwornika analogowo cyfrowego dołączamy do niego napięcie

stałe, oraz inicjujemy pomiar z generatora synchronizującego. Wynik pomiaru obserwujemy na skali
diod elektroluminescencyjnych.

SYN.

GEN.

MODULATOR PCM

MODUŁ 41

A

D

P

S

+5V

-5V

V

Rys. 26. Badanie charakterystyki przetwornika A/C oraz przykładowa charakterystyka

7.4. B

adanie przetwornika C/A

Do badania przetwornika C/A wykorzystujemy powyższy układ modulatora PCM dodając de-

modulator PCM. Jest to spowodowane niemożnością wprowadzenie kompletnego bajtu na wejście

U . [V]

w e j

Warto

ść

binarna

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

26

przetwornika C/A, gdyż punkty pomiarowe demodulatora PCM mogą służyć jedynie do celów pomia-
rowych. Wartość słowa bitowego możemy jednak ustalić w dwojaki sposób:

•

przez nastawienie odpowiedniego napięcia wejściowego na przetworniku A/C

•

przez wyłączanie odpowiednich wyłączników przy nastawionej maksymalnej wartości napięcia

wejściowego A/C.

DEMODULATOR PCM

MODUŁ 42

S

P

D

A

SYN.

GEN.

MODULATOR PCM

MODUŁ 41

A

D

P

S

+5V

-5V

V

V

S

D

A

P

Rys. 27. Badanie charakterystyki przetwornika C/A

0 0

8 0 H

FFH

+5V

-5V

Rys. 28. Przybliżona charakterystyka przetwornika C/A

7.5. B

adanie charakterystyki przejściowej ekspandora

Charakterystyka przejściową ekspandera można zbadać w analogicznym układzie pomiarowym

co charakterystyką kompandora. Zadając napięci na wejście ekspandera odczytujemy odpowiadające
mu napięcie wyjściowe i wykreślamy charakterystykę.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

27

+5V

-5V

Rys. 29. Badanie charakte-

rystyki przejściowej eks-

pandora

7.6. B

adanie pojedynczego toru transmisji PCM

W celu zbadania toru transmisyjnego przygotowujemy połączenia jak na rysunku 30.

V

MODULATOR PAM (S/H)

MODUŁ 40

SYN.

max

min

GEN.

S

H

f

LP

BP

0,3-3,4

kHz

+5V

-5V

W

MODULATOR PCM

MODUŁ 41

A

D

P

S

C1

C2

LP

BP

0,3-3,4

kHz

DEMODULATOR PAM

MODUŁ 43

SYN.

S

H

DEMODULATOR PCM

MODUŁ 42

S

P

D

A

Rys. 30. Badanie pojedynczego toru transmisji PCM

Analizując pracę powyższego układu możemy zbadać poprawność transmisji czyli równość

napięcia wejściowego i wyjściowego. Podobnie dla zadanej wartości napięcia odczytujemy wartość
cyfrową. Przy pomocy oscyloskopu możemy zaobserwować proces tworzenia się próbek PAM, łącząc
wejście oscyloskopu do wyjścia modulatora PAM, a także sposób transmisji szeregowej badając prze-
bieg czasowy na wyjściu modulatora PCM.

Następnie doprowadzamy do wejścia filtru sygnał z generatora jak na rysunku 31.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

28

MODULATOR PAM (S/H)

MODUŁ 40

SYN.

max

min

GEN.

S

H

f

LP

BP

0,3-3,4

kHz

+5V

-5V

W

MODULATOR PCM

MODUŁ 41

A

D

P

S

C1

C2

LP

BP

0 , 3 - 3 ,4

k H z

DEMODULATOR PAM

MODUŁ 43

SYN.

S

H

DEMODULATOR PCM

MODUŁ 42

S

P

D

A

G E N E R A T O R

M O D U Ł 0 2

1 0 1 0 0 1 1 0

H z k H z

1

2

3

4

5

6

7

8

9

1 0

D C A C

+ 5 V

0

- 5 V

5 V

0

1 0 V

M O D

T T L

Oscyloskop

Rys. 31. Badanie pojedynczego toru transmisji PCM z sygnałem sinusoidalnym

Przy pomocy powyższego połączenia układu możemy obserwować na ekranie oscyloskopu na-

stępujące etapy obróbki sygnału przez odpowiednie jego przyłączenie.

Rys. 32. Kształt sygnału wejściowego

Rys. 33. Sygnał poddany procesowi kompresji

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

29

Rys. 34. Sygnał po procesie próbkowania

(Sample)

Rys. 35. Obserwacja efektu niedopróbkowania,
zmniejszenie częstotl. generatora synchro.

Rys. 36. Wygładzanie wierzchołków impulsów

(Hold)

Rys. 37. Przygotowywanie próbek dla prze-
twornika A/C (Switch)

Rys. 38. Kształt ramki PCM wraz z towarzy-

szącym mu sygnałem synchronizującym (dla

poprawienia synchronizacji wskazane jest wy-

łączenie dowolnego bitu)

Rys. 39. Sygnał odtworzony z próbek

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

30

Rys. 40. Brak filtrowania na pojemności

Rys. 41. Efekt dekompresji

Rys. 42. Działanie filtru końcowego.

7.7. B

adanie wielokrotnego toru transmisji PCM

Badanie wielokrotnego toru PCM przeprowadzamy według schematu na rysunku 43. Wieloka-

nałowa transmisja danych stała się możliwa na skutek przesyłania samych próbek sygnału. W przy-
padku zbudowania odpowiednio szybkiego toru transmisji PCM pojawiła się możliwość naprzemien-
nego przesyłania danych o wysokości próbki. W zbudowanym przez nas urządzeniu procesem multi-
pleksowania steruje generator zegarowy cyklicznie uruchamiając modulatory oraz demodulatory
PAM. Modulatory PAM pracują indywidualnie dokonując obróbki sygnału z danego kanału. Czasowe
położenie próbek pozwala na zwarcie wyjść tych modulatorów i przekazywanie danych wspólnym
torem PCM.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

31

MODULATOR PAM (S/H)

MODULATOR PAM (S/H)

MODUŁ 40

SYN.

max

min

GEN.

S

H

f

LP

LP

BP

0,3-3,4

0,3-3,4

kHz

kHz

+5V

+5V

-5V

-5V

W

MODULATOR PCM

MODUŁ 41

A

D

P

S

C1

C2

LP

BP

BP

0,3-3,4

kHz

0,3-3,4

kHz

DEMODULATOR PAM

DEMODULATOR PAM

MODUŁ 43

SYN.

S

H

DEMODULATOR PCM

MODUŁ 42

S

P

D

A

D C A C

D C A C

1 0 V

1 0 V

GENERATOR (ZEGAR)

S

H

BP

W

G E N E R A T O R

G E N E R A T O R

M O D U Ł 0 2

1 0 1 0 0 1 1 0

1 0 1 0 0 1 1 0

H z k H z

H z k H z

7

7

8

8

9

9

1 0

5 V

5 V

LP

S

H

MODUŁ 40

SYN.

max

min

GEN.

f

M O D U Ł 0 2

1

1

2

2

3

3

4

4

5

5

6

6

1 0

+ 5 V

+ 5 V

0

0

- 5 V

- 5 V

0

0

M O D

M O D

T T L

T T L

MODUŁ 45

max

min

max

min

f

∆

t

f

∆

t

C1

C2

MODUŁ 43

SYN.

Rys. 43. Badanie wielokrotnego toru transmisji PCM

W wielokrotnym układzie PCM możemy obserwować na ekranie oscyloskopu następujące

przebiegi czasowe:

Rys. 44. Zsumowany zmodulowany przebieg

PAM (próbki przebiegu sinusoidalnego i na-

pięcia stałego)

Rys. 45. Ramka i wieloramka PCM

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

32

Rys. 46. Odtworzenie zsumowanego przebiegu

PAM

Rys. 47. Rozdzielanie sygnałów na poszcze-
gólne kanały

Rys. 48. Sygnał przed dekompresją i filtracją.

Rys. 49. Sygnały zmienne poszczególnych ka-
nałów.

Rys. 50. Sygnał generatora zegarowego PAM i

CLOCK.

Rys. 51. Sygnał generatora zegarowego modu-
lator i demodulator PAM.

Laboratorium Elektroniki Nowoczesne układy modulacji i demodulacji PCM

Politechnika Opolska

33

8. O

pracowanie wyników pomiarów

- Schematy, właściwości i parametry badanych układów.
-

W sprawozdaniu zamieścić rysunki obserwowanych przebiegów.

-

Na podstawie dokonanych pomiarów wykreślić zdjęte charakterystyki.

9. L

iteratura

[1] Baranowski J., Czajkowski G.: Układy elektroniczne analogowe i impulsowe. WNT, Wwa 1998.
[2] Beauchamp G.: Przetwarzanie sygnałów metodami analogowymi i cyfrowymi. WNT, Wwa 1978.
[3] Chojnacki W.: Układy scalone w urządzeniach krótkofalarskich. WKiŁ, Warszawa, 1975.
[4] Dudziewicz J.: Pomiary teletransmisyjne. WKŁ, Warszawa, 1990.
[5] Gregg W.D.: Podstawy telekomunikacji analogowej i cyfrowej. WNT, Warszawa, 1983.
[6] Haykin S.: Systemy telekomunikacyjne. t.I. WKiŁ, Warszawa, 1998.
[7] Izydorczyk J., Płonka G.: Teoria sygnałów, Wstęp. Helion, 1999.
[8] Lathi B.P.: Systemy telekomunikacyjne. WNT, Warszawa, 1972.
[9] Majewski W.: Systemy sieci zintegrowanej. WKŁ,1978.
[10] Szabatin J.: Podstawy teorii sygnałów. WKiŁ, Warszawa, 1990.
[11] Zagrobelny T.: Urządzenia Teletransmisyjne. WNT, Warszawa, 1991.

[12]

www.lucas-nulle.de/ln/en/artikel.htm

strona Lucas-Nulle – prod. dydaktycznych modeli PCM

[13]

www.utexb.com.pl/pcm.htm

strona firmy Mikrotel –dystrybutor urządzeń PCM firmy Telpec

[14]

www.dgt.tpnet.pl/pcm.html

strona DGT – produkcja cyfrowych systemów zwielokrotnienia łączy

[15]

www.mitelsemi.com

[16]

www.it.pw.edu.pl/~polsze/pcm.html

[17]

www.komtrans.poznań.pl/dalsze/pcm.htm

[18]

friko3.onet.pl/po/komutac/kom_st/kom_st.htm

[19]

www.maxim-ic.com

10. D

odatki

W rozdziale tym dołączono kompletne schematy blokowe wybranych modułów stanowiska

laboratoryjnego.

L

a

b

o

ra

to

ri

u

m

E

le

kt

ro

n

ik

i

N

o

w

o

cz

es

n

e

u

kł

a

d

y

m

o

d

u

la

cj

i i

d

em

o

d

u

la

cj

i P

C

M

P

o

lit

ec

h

n

ik

a

O

p

o

ls

k

a

3

4







6 0

...12 3

6 5 - 119 0

µ

s

µ

s

5

+

Gen. 800-8000 Hz

Q

A

A

B

B

1.5k

1.5k

+5 V

+5 V

100 n

100 n

µ

10

2 k

560

+5 V

2 k

10

5 0

µ

s

U C Y 7 4 1 2 3

Q

A

1k

+5 V

+5 V

- 5 V

- 5 V

100 n

2 k

2 k

5

µ

s

Q

1k

+5 V

+5 V

10 n

2 k

7.5k

7.5k

PAM Modulator

Swit ch

Sample

40 6 6

Hold

40 6 6

Hold

40 6 6

3 30 p

40 6 6



+

-

+

-



+

-

1k

1k

1k

10 k

560

5,6V

5,6V

TL 0 74

Generator

Gen.
s i n

Kompandor

+

+

-

-

1.2 M

1N 4148

10 k

100 k

340 0 Hz

Schemat nr 1
Modulator PAM i kompandor

L

a

b

o

ra

to

ri

u

m

E

le

kt

ro

n

ik

i

N

o

w

o

cz

es

n

e

u

kł

a

d

y

m

o

d

u

la

cj

i i

d

em

o

d

u

la

cj

i P

C

M

P

o

lit

ec

h

n

ik

a

O

p

o

ls

k

a

3

5

8 0 C535

..573

E

P

R

O

M

A

D

D

R

E

S

S

B

U

S

DATA BUS

AN1



+5 V

+5 V

+5 V

Bit y PCM

Syn. PCM

Wej. Syn.

X 8

2k

2k

10k

10k

2k

10k

4,7k

1k

560

+5 V



47

330p

2k

+5 V



47

330p

2k

P.P

+ 2,5 V

+ 1,25 V

+

-

+

-

PA M - 1 ka n.

PA M - 2 ka n.

120k

120k

+ 5 V

+ 5 V

10k

10k

10k

10k

10k

1k

10k

27k

5,1V

9.1k

Schemat nr 2
Modulator PCM

L

a

b

o

ra

to

ri

u

m

E

le

kt

ro

n

ik

i

N

o

w

o

cz

es

n

e

u

kł

a

d

y

m

o

d

u

la

cj

i i

d

em

o

d

u

la

cj

i P

C

M

P

o

lit

ec

h

n

ik

a

O

p

o

ls

k

a

3

6



C

A

A8

A1

+5 V

+5 V

+5 V

+5 V

Wyj.

+

+

-

-

X 8

+5 V

,,,573

...164

330

330p

330

330p

1k

Q

680

+5 V

24 n

µ

s

5 0

µ

s

Q

1k

+5 V

-15 V

2 k

A

A

B

B

Q

Q

100

100

Bity PCM

Syn. PCM

560

1k

4.7k

4.7k

4.7k

4.7k

4.7k

560

+5 V

10

D

A

C

0

8

0

8

10

100n

100n

100n

3

2

4

14 13

15

16

U

r e f .

Punkt pom.

Schemat nr 3
Demodulator PCM

L

a

b

o

ra

to

ri

u

m

E

le

kt

ro

n

ik

i

N

o

w

o

cz

es

n

e

u

kł

a

d

y

m

o

d

u

la

cj

i i

d

em

o

d

u

la

cj

i P

C

M

P

o

lit

ec

h

n

ik

a

O

p

o

ls

k

a

3

7

PAM Demodulator

3400 Hz

4066

Syn. Wyj.

2 k

2 k

10 k

10 k

10 k

+5 V

-5 V

560

470

Wyj.

Ekspandor

10k

82k

1.2 M

2k

1N4148

5,1 V

5,1 V

4.3 p

330 p

4066

4066

4066

Schemat nr 4
Demodulator PAM i ekspandor

L

a

b

o

ra

to

ri

u

m

E

le

kt

ro

n

ik

i

N

o

w

o

cz

es

n

e

u

kł

a

d

y

m

o

d

u

la

cj

i i

d

em

o

d

u

la

cj

i P

C

M

P

o

lit

ec

h

n

ik

a

O

p

o

ls

k

a

3

8

U C Y 7 4 1 2 3

U C Y 7 4 1 2 3

U C Y 7 4 1 2 3

6 0 - 6 0 0

µ

s

5

+

+

Gen. 800-8000Hz

5 5

µ

s

5 5

µ

s

5 5

µ

s

1 0

µ

s

∆

T

T

C

1.

2.

4.

3.

2 k

2 k

+5 V

10

2 k

2 k

+5 V

10

2 k

2 k

+5 V

10

2 k

2 k

+5 V

10

2 k

2 k

+5 V

10

5 5

µ

s

1 0

s

µ

1N4148

1N4148

1N4148

5V

3k

4.7k

6 0 - 6 0 0

µ

s

Schemat nr 5
Generator steruj

ą

cy