1、HEFEI UNIVERSITY通信原理課程綜述報告姓名郭麗麗專業(yè)通信工程學號 1105021006班 級11級通信（1）班指導老師段老師2014年6月1日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 脈沖編碼調(diào)制過程1 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.1抽樣1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 1.2量化2 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 1.3編碼6 HYPERLIN

2、K l bookmark96 o Current Document 脈沖編碼調(diào)制的調(diào)制原理7 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 脈沖編碼調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中的應用8 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 總結(jié)9 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 參考文獻9脈沖編碼調(diào)制過程PCM主要包括抽樣、量化、編碼三個過程。取樣是將時間連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成時間 連續(xù)的，幅度離散的取樣信號；量化是將時間按離散、幅度連續(xù)的信號轉(zhuǎn)換成時間和幅度均 離散的信號；編碼

3、是將量化的信號編碼形成一個二進制的碼組。國際標準化的PCM碼組(電 話語音)是用八位碼組代表一個抽樣值。編碼后的PCM碼組，經(jīng)數(shù)字信道傳輸，在接收端， 用二進制碼組重建模擬信號，在解調(diào)過程中，一般采用抽樣保持電路。預濾波是為了把原始 語音信號的頻帶限制在3003400Hz左右，所以預濾波會引入一定的頻帶失真。1.1抽樣所謂抽樣就是不斷地以固定的時間間隔采集模擬信號當時的瞬時值。下圖是一個抽 樣概念示意圖，假設(shè)一個模擬信號f(t)通過一個開關(guān)，則開關(guān)的輸出與開關(guān)的狀態(tài)有關(guān)，當 開關(guān)處于閉合狀態(tài)，開關(guān)的輸出就是輸入，即y(t)=f(t)，若開關(guān)處在斷開位置，輸出y(t)就 為零?？梢?，如果讓開關(guān)受

4、一個窄脈沖串(序列)的控制，則脈沖出現(xiàn)時開關(guān)閉合，則脈沖 消失時開關(guān)斷開，此輸出y(t)就是一個幅值變化的脈沖串(序列)，每個脈沖的幅值就是該 脈沖出現(xiàn)時刻輸入信號f(t)的瞬時值，因此，y(t)就是對f(t)抽樣后的信號或稱樣值信號。抽樣概念示意圖取樣是應注意以下幾點：a取樣矩形脈沖要盡量窄，盡可能接近瞬時取樣過程；b為了保證在接受端能滿意的恢復出信息，取樣速率必須大于等于最高頻率的兩倍；c為了使輸出的信息成為合格的信息限帶信號，在取樣以前，先經(jīng)過一個上限為W的 低通濾波器，以便中所包含的高于W的那些諧波成分?；謴驮盘柕姆椒ǎ侯l域：當fs 32fH時，用一個截止頻率為fH的理想低通濾波器就

5、能夠從抽樣信號中分離出原信號。時域：當用抽樣脈沖序列通過此理想低通濾波器時，濾波器的輸出就是一系列沖激響應 之和。這些沖激響應之和就構(gòu)成了原信號。1.2量化由于模擬信號包含無窮多個樣值。所以，從這樣的模擬信號取樣而來的那些樣值脈沖的 振幅值，也是有無窮多個可能的樣值。所以我們不能直接傳輸。量化的方法有許多種。像均 勻量化和非均勻量化。對樣值進行量化的理由：編碼時只能用有限種碼元來代表抽樣值。噪聲和干擾的存在使得樣值的振幅受到影響，無法編碼。作為信宿，人的眼睛、耳朵只能檢測有限的強度之差（亮度或響度），所以，也就沒 有必要傳遞無窮多的連續(xù)樣值電平值。XQM） 量化器V模擬人量化值均勻量化，其量階

6、是常數(shù)，根據(jù)這種量化進行的編碼叫“線性編碼”相應的譯碼叫“線 性譯碼。”至于量階的取值，則需根據(jù)具體情況來看，原則是保證通信的質(zhì)量要求。但是， 在電話通信中，均勻量化是不合適的。因為在均勻量化中的量階的大小是不變的，與輸入的樣值大小無關(guān)。這樣，當輸入大信 號時和輸入小信號時的量化噪聲都一樣大，如果滿足對小信號信擾比的要求則大信號的信擾 比就顯得太低了。反之，如果滿足大信號的要求，則對小信號就顯得過剩，造成不必要的浪 費。所以必須使用量階數(shù)值比固定，而是隨輸入值的大小變化。所以對這樣的信號必須使用 “非均勻量化器”，其特點是：輸入小時，量階也??；輸入大時，量階也大。這樣在整個輸圖a為均勻中升型；

7、圖圖a為均勻中升型；圖b為非均勻中升型;圖c為均勻中平型；圖d為非均勻中平型。非均勻量化就是對信號的不同部分用不同的量化間隔，具體地說，就是對小信號部分采 用較小的量化間隔，而對大信號部分就用較大的量化間隔。實現(xiàn)這種思路的一種方法就是壓 縮與擴張法。Xf J） 瞬時 壓縮均勻量化編碼解碼X3rf 1（h）瞬時擴張/XX壓縮的概念：在抽樣電路后面加上一個叫做壓縮器的信號處理電路，該電路的特點是對 弱小信號有比較大的放大倍數(shù)（增益），而對大信號的增益卻比較小。抽樣后的信號經(jīng)過壓 縮器后就發(fā)生了 “畸變”，大信號部分沒有得到多少增益，而弱小信號部分卻得到了 “不正 ?！钡姆糯螅ㄌ嵘啾戎?，大信

8、號好像被壓縮了，壓縮器由此得名。對壓縮后的信號 再進行均勻量化，就相當于對抽樣信號進行了非均勻量化。壓縮特性示意圖如下圖：壓縮特性示意圖壓擴律常用的有兩種，一種是u律，一種為A律。A律數(shù)學表達式為：ln(1 + u vln(1 + u v )1ln(1 + u)（1-1）其中，是歸一化的壓縮器的輸入和輸出電壓，u是一個正常數(shù)。將對求導取常數(shù)，可 得u (1 + u|Vu (1 + u|V|)（1-2）知2從式（1-1）可知，若遠遠小于1，即輸入小信號時，U律近似與直線；大與1時，即大 信號輸入時，從公式1-1可知，U律近似對數(shù)曲線。所以，一般來講，U律既非直線也非對 數(shù)曲線，如圖1.4。u=0

9、，對應于均勻量化；u=100，A律的數(shù)學表達式為：就可以得到滿意的壓縮特性。(1-3)式（1-3）對取導數(shù)，得:1 + ln( A V)（1-4）斜=(1+ln岫（1-4）當A=1時，對應均勻量化的情況。當A在100附近時，有滿意的網(wǎng)壓縮特性。這時， 當很小時，與有線性關(guān)系；當較大時近似對數(shù)關(guān)系，如下圖所示：1.00.8二 0.1.00.8二 0.60.40匚 -*半.2 A律壓縮特性1.00.8.個三0.60.40- 1 1.2u律壓縮特性(b)上述的曲線是平滑連續(xù)壓縮曲線，是屬于模擬壓擴律，可用非線性二極管實現(xiàn)，且編碼 器可以用線性編碼，所以構(gòu)造簡單。但缺點也十分嚴重。特性完全對稱的兩個二

10、極管很難找， 而且隨溫度而變化，造成壓擴的效果不佳，因此，這種方式很少采用。所以通常采用數(shù)字壓擴器，所以對于A律曲線，采用13段折線近似；對于以律曲線， 采用15段折線近似。下面簡單介紹一下A律的13段折線。13折線即是將壓縮器的輸入信 號按幾何級數(shù)分成8段，在這不均勻的8段中，再把每段各分成16等分的小段。這樣，就 整個來說，把分成了不均勻的128的量階。如下表所示。根據(jù)這個表就可以畫出這8段線。由于它們的斜率各不相同，連接起來就形成一條折線。 因為第一段與第二段斜率一樣，可算作一段，這樣共有7段?？紤]到信號的負值，還可以做 出與茈相似的另一條折線也有7段，如圖1.6所示這樣，正7段與負7段

11、接在一起就形成所 謂的13段折線A律曲線，在零點的A值可求出：k k =匕=16 =v 1 + ln A及 A=87.6當A=87.6時，各值如下表所示:客段起始、彩土 fix）噎08E2 8堂y4_ 857_A=B7.6時對應的工T值0112860.6130.6115.417.793.9311.981 客點mt的近似01128164 d132 116421i1.0A律13折線壓縮曲線1.3編碼所謂編碼就是把量化后的信號變換成代碼，其相反的過程稱為譯碼。當然，這里的編碼 和譯碼與差錯控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來分，大致可分為兩大類：

12、低速編碼和高速編碼。 通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級聯(lián)型、 混合型。在逐次比較型編碼方式中，無論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的 順序排列。下面結(jié)合13折線的量化來加以說明。段落序號段落碼量化級段內(nèi)碼8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000在13折線法中，無論輸入信號是正是負，均按8段折線（8個段落）進行編碼。若用8 位折疊二進制碼來表示輸入信

13、號的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位 （第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段 落碼，它的8種可能狀態(tài)來分別代表8個段落的起點電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16 種可能狀態(tài)來分別代表每一段落的16個均勻劃分的量化級。這樣處理的結(jié)果，8個段落被 劃分成27=128個量化級。段落碼和8個段落之間的關(guān)系如表2所示；段內(nèi)碼與16個量化 級之間的關(guān)系見上表。脈沖編碼調(diào)制的調(diào)制原理模擬信源產(chǎn)生要傳輸?shù)哪M信號；預濾波器為帶限濾波器；波形編碼器將模擬信號變換成數(shù)字編碼信號；信號經(jīng)傳輸?shù)竭_接收端，在接收端再將數(shù)字編碼信號轉(zhuǎn)換成模擬信號脈沖編碼調(diào)制在數(shù)字

14、通信系統(tǒng)中的應用PCM是目前常用的綜合接入設(shè)備，該設(shè)備以大規(guī)模集成電路和可編程邏輯芯片為核心， 構(gòu)成話路口（FXS）、交換口（FXO）、2/4線音頻、E/M、RS232、RS422、以太網(wǎng)、V.35等多種 接口的PCM綜合接入產(chǎn)品。它利用標準的E1數(shù)據(jù)傳輸通道，采用PCM制式，直接提供語音、 數(shù)據(jù)、圖像等多種用戶接口。PCM設(shè)備技術(shù)成熟，優(yōu)勢眾多，因此它能成為目前企業(yè)最常用的通信傳輸接入設(shè)備 之一，而且在類似通信系統(tǒng)等重要行業(yè)中廣泛應用著。下面探討PCM設(shè)備主要特點以及在通 信系統(tǒng)中的應用。一、組網(wǎng)靈活，容量大可組成點對點、星形、鏈路、環(huán)型等網(wǎng)絡(luò)，能與ATM、SDH等多種傳輸設(shè)備配套 應用，組

15、網(wǎng)方式靈活，網(wǎng)絡(luò)適應性強。業(yè)務接入容量：每套集中式 PCM復用設(shè)備系統(tǒng)最多可接入 420個速率為 64kbit/s的各種業(yè)務。中繼鏈路容量：每套集中式PCM復用設(shè)備系統(tǒng)最多可以傳輸14個E1 （14*30*64kbit/s）容量的各類業(yè)務。交叉容量：可以外置交叉設(shè)備，實現(xiàn)14路E1和420路時隙的全交叉連接。二、配置方便，采用支路板結(jié)構(gòu)，14塊獨立的支路板供插各類語音、數(shù)據(jù)等業(yè)務模塊， 可混插、選插不同類型、不同數(shù)量的各種模塊，使得業(yè)務配置和擴充極為方便。三、接入種類豐富提供普通電話（用戶環(huán)路）、熱線電話、二/四線EM接口、二/四線 音頻接口、異步數(shù)據(jù)接口（RS232和V.24等）、同步數(shù)據(jù)接

16、口、N*64K以太網(wǎng)接口等多種綜 合業(yè)務接入。四、網(wǎng)絡(luò)管理功能，用戶可以通過管理接口輸入一些簡單命令，即可快速、有效地對本 設(shè)備設(shè)置參數(shù)進行測試。PCM設(shè)備在通信系統(tǒng)應用PCM設(shè)備無論在電力系統(tǒng)，煤礦，還是雷達上，都有“用武之地”，在PCM系統(tǒng)設(shè) 計中，采用了開放的總線結(jié)構(gòu)，它利用標準的E1傳輸通道（G.703標準），采用PCM30/32 制式，直接提供語音、數(shù)據(jù)、圖像等多種用戶接口。若在雷達通信中運用弋M設(shè)備，這樣將 大大降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品的系列化、模塊化、通用化會得到加強，產(chǎn)品維護也將更簡單。在煤礦下，因井下的通信條件較差，信息難以及時傳達到地面，這時，性能穩(wěn)定，傳輸 精準的PCM設(shè)備也就

17、派上用場了。電力通信系統(tǒng)具有豐富的E1鏈路，使用E1 PCM復用設(shè) 備，利用現(xiàn)有的2ME1鏈路傳輸語音、辦公數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)控制信息。這樣即解決生產(chǎn) 控制信息的傳送問題和辦公信息的聯(lián)網(wǎng)又可以節(jié)約大量的話費、上網(wǎng)費等辦公開支。對于多點傳輸，如點對多點傳輸，因空間和成本考慮，特推出集中式綜合型PCM設(shè)備， 把PCM設(shè)備“壓縮”成一塊整卡，再插到綜合機架上，不僅功能不缺，反而更好的體現(xiàn)出了 網(wǎng)管的功能，真正實現(xiàn)，小成本，放空間，簡網(wǎng)管的一體化設(shè)備?？偨Y(jié)此次報告的完成給我最大的感受就是課本上的知識我理解了，也一步一步的梳理出來 了，但是對于它的應用方面我沒有找到詳細的資料。報告不僅僅是為了完成老師的任務，更 重要的是學會從中看到自身的不足以及學