通信原理脉冲编码调制PCM学习教案

会计学1通信原理通信原理(yunl)脉冲编码调制脉冲编码调制PCM第一页，共76页。第1页/共75页第二页，共76页。第2页/共75页第三页，共76页。对量化后的抽样值用二进制（或多进制）码元进行编码，就可得到所需要的数字信号。所谓编码就是用一组符号（码组）取代或表示另外一组符号（码组或数字）的过程。这种将模拟信号经过抽样、量化、编码三个处理步骤变成数字信号的A/D转换方式称为脉冲编码调制(PCM,Pulse Code Modulation）。第3页/共75页第四页，共76页。(n wi)广泛的应用。第4页/共75页第五页，共76页。第5页/共75页第六页，共76页。第6页/共75页第七页，共76页。 图31 抽样(chu yn)概念示意图 t00tt0f (t)y (t)k (t)第7页/共75页第八页，共76页。，k(7Ts)=5.7，k(8Ts)=3.9，k(9Ts)=2.0，k(10Ts)=1.2。第8页/共75页第九页，共76页。，m(10Ts)=1.0，总共只有0、1、2、3、4、5、6等七个可能的取值。第9页/共75页第十页，共76页。第10页/共75页第十一页，共76页。图32 脉冲(michng)编码调制示意图 0123456tt0t000 010 011 100 101 110 110 100 010 001Ts2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10TsTs2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10TsTs2Ts3Ts4Ts5Ts6Ts7Ts8Ts9Ts10Ts(a) 抽样脉冲(c) PCM量化(b) PCM抽样(d) PCM量化p(t)v(t) k(t)m(t)d(t)6543210t第11页/共75页第十二页，共76页。设有一模拟电压信号v(t)通过乘法器与一个抽样窄脉冲序列p(t)相乘，就会得到一个幅度随v(t)的变化(binhu)而变化(binhu)的窄脉冲序列k(t)，而这正是我们在第2章中讲过的幅度调制概念。第12页/共75页第十三页，共76页。(即所谓的编码)。也就是说，PCM是将原始信号“调制”(编码)到二元脉冲序列的码元组合上，而抽样的幅度调制实际上是为后面的编码调制铺路的，因此，整个抽样、量化和编码过程统称为脉冲编码调制。第13页/共75页第十四页，共76页。 图33 脉冲编码(bin m)调制模型量化器编码器d(t)m(t)k(t)v(t)p(t)第14页/共75页第十五页，共76页。第15页/共75页第十六页，共76页。不一样的，具体地说就是量化前后的样值有可能(knng)不同，比如k(0)=0.2而m(0)=0.0。第16页/共75页第十七页，共76页。种量化间隔都一样的量化叫做(jiozu)均匀量化。第17页/共75页第十八页，共76页。性、维护使用(shyng)性等指标的恶化。比如，7级量化用3位二进制码编码即可；若量化级变成128，就需要7位二进制码编码，系统的复杂性将大大增加。第18页/共75页第十九页，共76页。，但相对误差却为0.5/1=1/2，量化误差达到量化值的一半。第19页/共75页第二十页，共76页。非均匀量化法。所谓非均匀量化就是对信号的不同部分用不同的量化间隔，具体地说，就是对小信号部分采用较小的量化间隔，而对大信号部分就用较大的量化间隔。实现这种思路的一种方法就是压缩与扩张法。第20页/共75页第二十一页，共76页。此得名。对压缩后的信号再进行均匀量化，就相当于对抽样信号进行了非均匀量化。第21页/共75页第二十二页，共76页。第22页/共75页第二十三页，共76页。值A和样值B。第23页/共75页第二十四页，共76页。图34 压缩(y su)特性示意图 543210输出压缩曲线线性变换输入ABAB543210输出扩张曲线输入ABAB(a) 压缩器输入输出示意图(b) 扩张器输入输出示意图tttt第24页/共75页第二十五页，共76页。缩特性又有A律和律之分。n A律特性输出y与输入(shr)信号x之间满足下式：1,01ln1ln1,11lnAxxxAyAxxAA (31)第25页/共75页第二十六页，共76页。通常，国际上取A=87.6。第26页/共75页第二十七页，共76页。ln(1),01ln(1)xyx(32) 式中,y、x、的意思(y s)与A律一样。第27页/共75页第二十八页，共76页。第28页/共75页第二十九页，共76页。图35 两种对数(du sh)压缩特性示意图 00.20.40.60.81.0yxA87.6A10A11.00.80.60.40.200.20.40.60.81.0yx2553001.00.80.60.40.2(a) A律压缩特性(b) 律压缩特性第29页/共75页第三十页，共76页。是采用近似理想压缩特性曲线的折线来代替理想特性。对于A律曲线，采用13段折线近似；对于律曲线，采用15段折线近似。下面简单介绍一下A律的13段折线。第30页/共75页第三十一页，共76页。，2/83/8，直到7/81。然后以横轴各区间的右端点为横坐标，以相对应纵轴区间的上端点 为 纵 坐 标 ， 就 可 得 到（1/128，1/8），（1/64，2/8），（1/32，3/8），, 第31页/共75页第三十二页，共76页。儿？第32页/共75页第三十三页，共76页。第33页/共75页第三十四页，共76页。图36 A律13折线(zhxin)示意图 1.07/86/85/84/83/82/81/801/81/161/41/21.01/641/321/128yx0.2第34页/共75页第三十五页，共76页。第35页/共75页第三十六页，共76页。长度越长，码组个数就越多，可表示的状态就越多，则量化级数就可以增加，量化间隔随之减小，量化噪声也随之减小。第36页/共75页第三十七页，共76页。Binary Code）三种。PCM用折叠码进行编码。表31给出三种码型的编码规律。为简单计，表中只给出16个量化值，也就是4位码组长度。第37页/共75页第三十八页，共76页。特点是相邻码组只有一位不同，也就是(jish)码距（码距的概念在第8章介绍）为1。第38页/共75页第三十九页，共76页。表31 三种(sn zhn)常用二进制码组 第39页/共75页第四十页，共76页。第40页/共75页第四十一页，共76页。第41页/共75页第四十二页，共76页。第42页/共75页第四十三页，共76页。第43页/共75页第四十四页，共76页。第44页/共75页第四十五页，共76页。1( ) ( )( )2sTYF第45页/共75页第四十六页，共76页。图37 抽样(chu yn)过程示意图 0000ttt00f (t)ys(t)T(t)f (t)T(t)ys(t)F()T()Ys()TsTsm2smss2s2ssmms2s理想低通特性第46页/共75页第四十七页，共76页。( )()TsnttnT的频谱为 2( )()1( ) ( )()1()TsnsssnssnsnTYFnTFnT (33) 第47页/共75页第四十八页，共76页。于无法用滤波器提取出一个干净的F()。第48页/共75页第四十九页，共76页。图38 频谱重叠(chngdi)示意图 Ys()2s3ss0s2s3s重叠部分第49页/共75页第五十页，共76页。1,( )0,HHH第50页/共75页第五十一页，共76页。( )f t1 sin( )( )( )()() ()1sin()()()1()()HssnsHHssnsHssHsnstf th ty tf nTtnTTttnTf nTTtnTf nT SatnTT(34) 第51页/共75页第五十二页，共76页。第52页/共75页第五十三页，共76页。率波特率Rs为n Rs=38000=24k（Baud）第53页/共75页第五十四页，共76页。n最低抽样频率fs=2fH=8kHz；8级量化时的信息传输速率Rb=24kb/s；128级 量 化 时 的 信 息 传 输 速 率Rb=56kb/s。第54页/共75页第五十五页，共76页。第55页/共75页第五十六页，共76页。图39 带通型信号(xnho)抽样频谱示意图 F()HL0LHB(a) 输入信号频谱1 12031230 21 323Ys()低通滤波器频率特性3s2ss02s3ss(c) 按带通型信号抽样的样值信号频谱00111221222ssHL0LHs2sYs()低通滤波器频率特性(b) 按低通型信号抽样的样值信号频谱第56页/共75页第五十七页，共76页。是空的，如果要用低通滤波器恢复原始信号的话，其带宽就必须(bx)等于3B。第57页/共75页第五十八页，共76页。2()(1)2 (1)sHLMMfffBNN(35) 第58页/共75页第五十九页，共76页。fsmin=108kHz。n需要指出，从上述两个抽样定理中可知，抽样信号必须是冲激信号。而理想的冲激信号是无法得到的，因此，在实际应用中，大都采用窄脉冲序列代替冲激信号。第59页/共75页第六十页，共76页。第60页/共75页第六十一页，共76页。每一秒就有0.8s被白白浪费掉了，如果进行长途传输，其信道利用率之低，传输成本之高是人们难以容忍的。为此，人们提出了时分复用的概念。第61页/共75页第六十二页，共76页。分别传输他们的信号，比如第一时刻开关拨在甲位传输甲对通话者的信号，第二时刻开关拨在乙位传输乙对通话者的信号，第62页/共75页第六十三页，共76页。 图310 时分复用示意图 123123123123tT信道132通话人甲1通话人乙1通话人丙1k1132通话人甲2通话人乙2通话人丙2k2复用信号第63页/共75页第六十四页，共76页。的时间T125s，但每一路信号传输时所占用的时间（时隙）没有限制，第64页/共75页第六十五页，共76页。中的数据格式是一样的；第二，“帧”是一种数据格式，一般来说同一种应用每一帧的时间长度和数据格式是一样的，第65页/共75页第六十六页，共76页。是3路话音信号TDM的一个帧，或者说，一个帧是125s。第66页/共75页第六十七页，共76页。个样值用8位二进制码编码，那么这种数据安排方式(fngsh)就是数据格式或帧结构。图311就是帧结构示意图。第67页/共75页第六十八页，共76页。图311 帧结构(jigu)示意图 1 2 3t4 1 2 3 4 1 2 3 41 2 3 4图3-11 时分复用帧结构示意图TT125 s复用信号8位编码8位编码8位编码8位编码第68页/共75页第六十九页，共76页。里的帧强调的是其数据格式也就是帧结构。第69页/共75页第七十页，共76页。图312 ATM、以太网帧结构(jigu)示意图 ATMA信元格式信头(5B)数据(48B)前导字段7B帧起始符1B目的地址2-6B源地址2-6B长度2B数据0-1500B填充0-46B校验和4B802.3的帧格式第70页/共75页第七十一页，共76页。语音(yyn)信号就是时断时续的。如果复用的路数比较多的话，这种时间浪费就不可忽视，因为它降低了信道利用率。第71页/共75页第七十二页，共76页。因此每一帧的长度就不同，统计时分复用的特点正在于此。统计时分复用的缺点(qudin)是由于采用了流量控制，而对信号的传输带来了延迟。STDM通常与TDM结合起来使用。第72页/共75页第七十三页，共76页。量化中，量化级数为256，一个码组的长度是8位，即一个样值用8位二进制码，第73页/共75页第七十四页，共76页。输脉冲编码调制信号的路数多好几倍。这正说明数字通信为什么所需的带宽比模拟通信大。第74页/共75页第七十五页，共76页。NoImage内容(nirng)总结会计学。所谓抽样就是不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。显然，单独的压缩或扩张对信号进行的是非线性变换。所涉及(shj)的问题主要有两个：一是如何确定二进制码组的位数，二是应该采用怎样的码型。自然二进制码就是我们熟悉的十进制正整数的二进制表示。比如我们打电话时的语音信号就是时断时续的第七十六页，共76页。