2.3脉冲编码调制(PCM)课件.ppt

第二章 模拟信号的数字化传输 数字通信原理 主要内容 2.3 脉冲编码调制（PCM） 脉冲编码调制 脉冲编码调制(PCM)简称脉码调制，是将模拟信号变成数字信号的重要方法之一。它已广泛用于通信系统，特别是电话通信系统。 PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。 电话通信中PCM调制的特点： 采用较简单的非线性瞬时压扩方法，可实现数据等效比特速率的压缩。 PCM调制方式简单、无延时、透明性好。 原理框图 原理框图 原理框图 原理框图 脉冲编码调制系统 电话信号的频率宽度为300～3400Hz，国际上均采用抽样频率fs=8000Hz，为了保证一定的话音质量，对每一抽样值采用8比特编码，即用8位二进制数字进行编码，因此每一路标准话路的等效比特速率为： 实际中的PCM系统，常常不是单路系统，而是采用时分多路复用的方法 脉冲编码调制系统 以30/32PCM端机为例，介绍PCM的系统组成 话音信号的抽样频率为8000Hz，抽样的间隔时间Ts＝1/fs＝125?s 为了时分复用将125 ?s分为32个时隙，即每个时隙为125 ?s /32＝3.9 ?s 每个抽样脉冲用8bit编码，即8位二进制脉冲作一个码组，一次放入各个时隙。 为保证通信的正常进行，每帧的起始时刻由帧定时信号决定，收端也应有相应的帧定时信号，收发两端的帧定时信号必须同频同相，即实现帧同步。 脉冲编码调制系统 30/32PCM端机帧结构示意图 脉冲编码调制系统 脉冲编码调制系统 30/32PCM端机每帧共有32个时隙，传30路数字话音信号和2时隙的勤务信息。 30/32PCM端机输出的信号称为一次群信号。实际应用中，还可将多个一次群进行准同步复接（PDH）：即四个基群 （一次群）复接组成二次群，四个二次群组成三次群，四个三次群组成四次群，四个四次群组成五次群，或进行同步复接（SDH）。 2.3 脉冲编码调制（PCM） 信号的压缩与扩张 压扩，即压缩与扩张，是实现非均匀量化的方法。 压缩：是将经量化的抽值信号先进行非线性变换，使原来的输入信号的动态范围变小，压缩器是一个非线性变换电路，对小信号增益大，而对大信号则增益小；将压缩器输出的信号再进行均匀量化，从而改善小信号的量化信噪比。 扩张：是压缩的反变换过程，在译码后用扩张器恢复原抽样信号。 压扩的目的：是提高小信号时的量化信噪比，压缩比特速率。 信号的压缩与扩张 压扩特性：多采用对数压缩特性。如下图所示 对数压缩 理想对数压缩律 理想对数压缩律 理想对数压缩律 对数压缩 μ压缩律 对数压缩 A压缩率 A压缩率 分段量化 总结 压缩方法 模拟压扩法：采用先压缩再均匀量化，编码的方法。压缩扩张器用非线性元件实现。如用二极管实现，要求压缩器与扩张器的特性互补，难度大，易受温度影响，特性不稳定，很少用。 数字压扩法：直接利用数字电路和非线性技术，把压缩和量化合成一体（收端也把译码和扩张合在一起）构成一个完整的脉冲编码器和译码器，它依靠数字电路形成许多折线，用这些折线近似地逼近对数压扩特性。 现有的国际标准有两种：一种是采用13 折线近似A 律压缩特性，另一种是采用15 折线近似μ律压缩特性。 信号的压缩与扩张 13折线A律 15折线μ律 13折线A律 13折线A律 A律13 折线是用13 段折线逼近A=87.6 的A律压缩特性。 把输入x 轴和输出y轴用两种不同的方法划分，按二次幂分割有利于数字化 x轴在0～1（归一化）范围内不均匀分成8 段，分段的规律是每次以二分之一对分 y轴在0～1（归一化）范围内采用等分法，均匀分成8 段，每段间隔均为1/8。 把x，y各对应段交点连接起来构成8 段直线 13折线A律 压缩特性以原点为奇对称，负方向也有8根折线，一共是16个线段 正向1、2 段和负向1、2段斜率相同(均为16)，可视为一条直线段，正、负双向折线由13条折线段组成——13折线 13折线A律的量化噪声功率 13折线A律的量化噪声功率 13折线A律的量化噪声功率 结论： 均匀量化要满足SNR(dB)为20dB，动态范围为40dB，则要求n=11，即需要11bit编码 用13折线A律压缩后，只需n＝8，动态范围可以在47dB～51dB范围内，能够满足话音通信中提出的动态范围为40dB的要求。不仅小信号时的信噪比提高了，量化器允许输入信号的动态范围增加了，而且比特速率降低了。 分段量化 13折线A律 15折线μ律 15折线μ律 15折线μ律是用15条折线来逼近μ=255时的μ律特性 与13折线A律相仿，x轴(0,V)间采用不均匀分段的方法，而y轴采用均匀分段。x轴y轴均分为8段，x轴的分段方法是每次减去V/255再1/2分级，因为正负方向第一段的斜率相同，所以是用15条折线来逼近μ律的。 15折线μ律的特