1、2021/3/81通信原理第第6 6章章 模拟信号模拟信号 数字化与数字化与PCMPCM22021/3/8模拟信号的数字化是通信与信息处理的基础技术。模拟信号的数字化是通信与信息处理的基础技术。电话通信系统主要采用电话通信系统主要采用PCM（脉冲编码调制）技（脉冲编码调制）技术实施语音信号的数字化。术实施语音信号的数字化。数字化过程由抽样、量化与编码三个基本环节组成数字化过程由抽样、量化与编码三个基本环节组成：32021/3/8本章目录：本章目录：6.1 模拟信号的抽样模拟信号的抽样6.2 均匀量化与最佳量化均匀量化与最佳量化6.3 量化信噪比与对数量化量化信噪比与对数量化6.4 脉冲编码调制
2、脉冲编码调制6.5*差分脉冲编码调制与增量调制差分脉冲编码调制与增量调制6.6 时分复用时分复用42021/3/86.1 模拟信号的抽样52021/3/8把时间连续信号转换为时间离散序列通过抽样来完把时间连续信号转换为时间离散序列通过抽样来完成。成。抽样或采样（抽样或采样（Sampling）就是在某些时刻上抽就是在某些时刻上抽取信号值，形成反映原信号的样值序列。取信号值，形成反映原信号的样值序列。n 带限信号的抽样定理带限信号的抽样定理n 实际抽样中的自然与平顶抽样实际抽样中的自然与平顶抽样n 模拟信号的脉冲调制模拟信号的脉冲调制n 带通信号的抽样定理带通信号的抽样定理 本节包括：本节包括：6
3、2021/3/86.1.1 带限（或低通）抽样定理带限（或低通）抽样定理 ,0,1,2,nm tm n MffHfHf2sHff只要72021/3/8()()()()sssnnnm tm ttnTmtnT m t tT smt nsTnTtt 1TsksffkfT 采样采样 11()()ssskkssMfMffkfM fkfTT1ssfT()nsmm nT82021/3/8 MffBBB Tffsfsf2sf0LPFB Hff()m tt()Ttt()sm tt h ttLPFB ssh tf Saf t/2LPFsBfsT SMffsfsf2sf01sT92021/3/8 Ms(f)的谱块呈
4、周期性结构，每个谱块的形状都与原始信号的的谱块呈周期性结构，每个谱块的形状都与原始信号的谱块形状相同。因此从任何谱块都可以恢复原始信号。谱块形状相同。因此从任何谱块都可以恢复原始信号。102021/3/8 重建重建 sinsinssssssssssnnsssm tTLPF mtT mth tftn ff tT mtfmf tftn f()()snsnm tmtnT m t smtLPF h(t)2LPFsBf m t ssh tf Saf tsT112021/3/8 频谱混叠频谱混叠 若若 (欠采样欠采样),的频谱将混叠的频谱将混叠2sHff smt MffHfHf sMffsfsf2sf01
5、22021/3/8预滤波预滤波:防止频谱混叠防止频谱混叠使用预滤波器，错误能量使用预滤波器，错误能量 减小一半减小一半 .sMfsfsf2sff0 MffHfHf132021/3/86.1.2 实际抽样实际抽样 实际抽样中采用某种物理可实现的实际抽样中采用某种物理可实现的窄脉冲，常用的为矩形脉冲。窄脉冲，常用的为矩形脉冲。m t smt smt(a)模拟信号模拟信号(b)矩形脉冲串矩形脉冲串(c)自然抽样自然抽样(d)平顶抽样平顶抽样图图 6.1.3 自然抽样与平顶抽样自然抽样与平顶抽样/sdT占空比：占空比：sT142021/3/8 s t m t sm tm t s t时钟时钟模模拟双拟双
6、向向开关开关 sm tm t s t m t s t152021/3/8sin()()()sssnndMfF m tdM fnfnd1/ssfTsTd/占空比占空比可以可以证证明：自然抽明：自然抽样样 信信号号的的频谱为频谱为：其中：其中：-fs -3fs -2fs-fHfHfs2fs3fsf|M(f)M(f)|-f-fH Hf ff fH H1()sMf162021/3/8)(tT smt m tt/2/2 th t()()()()()sssnnkm tm ttnTh tm h tnT)sin()(fffH172021/3/81()()()ssksMfM fkfH fT平平顶顶抽抽样样信信号
7、号的的谱为谱为:()()()()ssnm tm ttnTh t其中其中)sin()(fffHfH-fH1 M fffsf-fs2fs-2fs1sin()()ssfH fTTf()sMf182021/3/8孔径失真孔径失真:Mffsin0ffkkfskMfkf fH sMf sMfffff0小，失真小大，失真大sin()()fH ff192021/3/8 由平顶抽样信号重建原始模拟信号由平顶抽样信号重建原始模拟信号均衡滤波器均衡滤波器1/H(f)LPF km t smt,sineqfHffBf fHeqfBB01()()()ssnsMfH fM fnfT202021/3/86.1.3 *模拟脉冲
8、调制模拟脉冲调制 212021/3/8222021/3/8带通信号带通信号 只在频率间隔只在频率间隔 内有非零频谱内有非零频谱 ，且且 则，若采样频率为则，若采样频率为min21skfBnLHfffHLBff该带通波形可由采样值复制。该带通波形可由采样值复制。6.1.4 *带通信号的抽样（自学）带通信号的抽样（自学）s tBLf S ffHfint,01HHffnknkBBHfnBkB带通抽样定理带通抽样定理:其中：其中：抽样过程使原始信号谱块抽样过程使原始信号谱块周期性重复，而无失真抽周期性重复，而无失真抽样的条件是重复过程中谱样的条件是重复过程中谱块不能相互重叠。块不能相互重叠。23202
9、1/3/8B2B3B2B3B4B5B6B4BminsfHf1kn12kn13kn14knHmin(1),2sfnBfB当Hmin(2),2sfBfB当(3)1,2,3,1,HsmBfmB mnmf当此时线性变化HfnBkB窄带带通信号窄带带通信号min22112HsHfffkkBnnknnsmin24BfB min21skfBn242021/3/8作业：作业：1 2 6252021/3/86.2 均匀量化与最佳量化262021/3/86.2.1 量化原理量化原理 量化（量化（Quantization）是一个近似过程，以适度的误是一个近似过程，以适度的误差为代价，使无限精度（或较高精度）的数值可
10、以用差为代价，使无限精度（或较高精度）的数值可以用较少的数位来表示。较少的数位来表示。量化量化:一个无限数的模拟抽样值集合一个无限数的模拟抽样值集合被一个有限数的量化电平集合近似。被一个有限数的量化电平集合近似。xkx1kxkyk量化器x采样值ky1kkkyQ xxx:kkkxy 其中分层电平,量化电平,量化区间输出电平输出电平272021/3/8保留一位小数的四舍五入量化器：保留一位小数的四舍五入量化器：282021/3/803456271sT2sT3sT7sTt wt01135764000001001011111101110100t抽样、量化、编码抽样、量化、编码 :平顶抽样平顶抽样PAM
11、量化的量化的PAM模拟信号模拟信号编码编码2nM M-量化电平数量化电平数n-编码位数编码位数292021/3/8量化特性曲线：量化特性曲线：-0.51.50.53.52.5-1.5-2.5-3.5-2-1-3321 量化范围量化范围Or 设计峰峰值设计峰峰值 2V过载区过载区过载区过载区采样值xy0.5-0.5qex y x2VM 2nM n-码字的码字的位数位数VV302021/3/82nM 312021/3/8量化误差量化误差（量化噪声）量化噪声）：qexyxQ x均方误差（即噪声功率）：均方误差（即噪声功率）：222()qExQ xxQ xf x dx一个随机信号一个随机信号32202
12、1/3/86.2.2 均匀量化器均匀量化器 过载噪声过载噪声:来源于信号的峰值电平超过了量化器的设计电平来源于信号的峰值电平超过了量化器的设计电平 量化误差分类量化误差分类:非过载噪声非过载噪声:在正常量化范围内的量化噪声在正常量化范围内的量化噪声 qe2qe量化精度量化精度：(/2)2V 满值满值332021/3/8 122211122iiMVxqVxixQ xdxxQ xdxVV注意到各区间上的积分形式完全相同，即注意到各区间上的积分形式完全相同，即 2/2223/21/2/21122312MqiMx dxxVV其实，即使输入不是均匀分布的，其实，即使输入不是均匀分布的，。2212q。0.
13、5-0.5qex y x342021/3/8均匀量化器简单常用，但不一定保证误差最小。均匀量化器简单常用，但不一定保证误差最小。使使 达到最小的量化器称为达到最小的量化器称为最佳量化器最佳量化器。2q6.2.3 *最佳量化器最佳量化器 352021/3/86.3 量化信噪比与对数量化362021/3/86.3.1 量化信噪比量化信噪比 量化误差的实际影响取决于它与信号的相对大小量化误差的实际影响取决于它与信号的相对大小量化信噪比量化信噪比 信号的幅度尽量大，但必须在量化范围内。信号的幅度尽量大，但必须在量化范围内。22222222rmsrmsqqqqxxSVD VNVrmsDxV记 归一化有效
14、值归一化有效值 372021/3/8下面讨论下面讨论 的均匀量化器的信噪比的均匀量化器的信噪比：2nM 222221212121223nqnVV于是，于是，223 2nqSDN 分贝形式分贝形式：6dB规则规则 10_6.024.7720logqdBSnDdBN222qqSD VN2VM382021/3/8例例6.3 分析输入信号为均匀分布和正弦信号时，量化器不分析输入信号为均匀分布和正弦信号时，量化器不过载时允许的最大信号幅度与相应的均匀量化信噪比。过载时允许的最大信号幅度与相应的均匀量化信噪比。解：量化器输入为解：量化器输入为-V,V-V,V上均匀分布的信号上均匀分布的信号 时时22212
15、3VsxVVPxdxV信号功率为：信号功率为：max3,3srmssPxPDV于是：于是：10_36.024.7720log36.024.774.776.02qAvrdBSnNnndB平均信噪比平均信噪比 x t392021/3/8输入信号均匀分布时的量化信噪比曲线：输入信号均匀分布时的量化信噪比曲线：10max 20logD402021/3/8量化器输入正弦信号量化器输入正弦信号 时时22cos2smVPVt信号功率为：信号功率为：max2,2srmssPxPDV于是：于是：10_26.024.7720log26.024.773.016.021.76qdBSnNnndB x t10max 2
16、0log3.01D 412021/3/810max 20logD3.01422021/3/8量化器信噪比特点如下量化器信噪比特点如下：(1)6-dB 准则准则：PCM 码字每增加码字每增加1比特，比特，SNR就会增加就会增加6-dB.(2)对于均匀量化对于均匀量化：小信号：小信号 小小 SNR，大信号大信号 大大 SNR _6.024.77qPkdBSnN_6.02qAvrdBSnN10_6.024.7720logqdBSnDdBN信噪比还受信号类型与幅度影响：信噪比还受信号类型与幅度影响：不一样。不一样。maxD432021/3/8例例6.4 6.4 为了高保真地保存为了高保真地保存2020
17、20kHz20kHz的立体音乐信号，的立体音乐信号，CDCD数字音响系统采用数字音响系统采用44.1KHz44.1KHz的采样率与的采样率与1616位的均匀量位的均匀量化器，试求化器，试求:(1):(1)该系统的峰值信噪比和平均信噪比是该系统的峰值信噪比和平均信噪比是多少？多少？(2)(2)立体声立体声CDCD信号的数据率是多少？信号的数据率是多少？解：（解：（1）易知）易知 _6.024.77101.09qPkdBSndBN6.0296.62qAvr dBSndBN16n 442021/3/8（2）立体声包括两个声道的信号，因此，总数据率为，）立体声包括两个声道的信号，因此，总数据率为，21
18、6 44.1 21411.2()bsRnfkbpsp PCM信号速率（模拟信号信号速率（模拟信号A/D变换后的数码率）：变换后的数码率）：比特率比特率:bsRnf2sfB其中其中:B 模模拟拟信信号号的的带宽带宽n PCM 编码编码位位数数作业：作业：8 11452021/3/86.3.2 对数量化对数量化 语音信号的幅度的概率密度函数语音信号的幅度的概率密度函数Laplace分布分布 21exp2XXXxpxxthe rms value of x p xx均匀量化时均匀量化时:4.77 6.0220logdBSNRnDxDV其中：其中：语音信号的量化语音信号的量化SNR：模拟语音信号是一种峰
19、平功率差异很大的信号，语音信模拟语音信号是一种峰平功率差异很大的信号，语音信号的有效幅度通常只有最大幅度的号的有效幅度通常只有最大幅度的20%左右。左右。462021/3/8实用电话语音信号的幅度难于控制：实用电话语音信号的幅度难于控制：（1）不同的发话人音量不同与情绪状态不同；）不同的发话人音量不同与情绪状态不同；（2）话机与数字化单元间的距离、衰耗差别。）话机与数字化单元间的距离、衰耗差别。实际电话系统要求：实际电话系统要求：面对约面对约4050dB的动态范围，提的动态范围，提供至少供至少25dB的量化信噪比。的量化信噪比。语音信号平均功率有语音信号平均功率有4050dB的变动范围（动态范
20、围）的变动范围（动态范围）472021/3/8语音信号的动态范围是语音信号的动态范围是 40-50dB，即即:245min2max1010 xx10403050201020304050 n=8 M=256 n=7 M=12820logDdBSNR6060长话质量要长话质量要求求动态范围动态范围40-50dB希望：希望：采用较少的量化比特（通常为采用较少的量化比特（通常为8），在宽的），在宽的输入动态范围上达到良好的量化信噪比。输入动态范围上达到良好的量化信噪比。例例6.5自学自学482021/3/8可通过对抽样值进行非线性处理，增大小信号的幅度，提可通过对抽样值进行非线性处理，增大小信号的幅度
21、，提升小信号的信噪比；大信号的幅度有所下降（大信号的信升小信号的信噪比；大信号的幅度有所下降（大信号的信噪比总是有富裕的）；因而保证了动态范围的要求。噪比总是有富裕的）；因而保证了动态范围的要求。p 非均匀量化非均匀量化 实现实现压缩器压缩器均匀均匀量化器量化器编码器编码器信道信道扩张器扩张器译码器译码器xy()yf x1()f噪声噪声 x y492021/3/8ixy a.压缩压缩:增加小信号幅度，减小增加小信号幅度，减小大信号幅度，大小信号大信号幅度，大小信号的范围被压缩了。的范围被压缩了。b.扩张器扩张器:为了恢复语音的自然度所为了恢复语音的自然度所作的反变换作的反变换 x y 对数量化
22、对数量化 是对数曲线是对数曲线 f x502021/3/8国际电信联盟（国际电信联盟（ITU）的标准（对数压缩规律）：）的标准（对数压缩规律）：:11,01 ln1 ln1,11 lnkxLetxthenxVAxxAAyf xA xSgn xxAA 样值样值kx其中其中:A-压缩参数压缩参数x f x01111512021/3/8 A-law 特性曲特性曲线线00.2 0.4 0.6 0.8 1.00 0.2 0.4 0.6 0.8 1.0 00.20.40.60.81.0A=1A=2A=5A=87.6（典型（典型值值）A=100522021/3/8106.024.7720log 1 lnq
23、dBSnAN量化信噪比：量化信噪比：SNR改善量改善量与均匀量化比较与均匀量化比较10403050201020304050M=256 线性线性20logDdBSNR807060十三折线十三折线M=256M=128M=64语音动态范围语音动态范围长话质量要长话质量要求求532021/3/8压缩参数压缩参数国际标准国际标准:225x f x01111 :1ln(1)ln 1kxLetxthenxVxyf xSgn x542021/3/8 law 特性曲特性曲线线00.20.40.60.81.00.20.40.60.81.0=0=1=5=100=225552021/3/8106.024.7720lo
24、g ln(1)q dBSnN量化信噪比：量化信噪比：两种方案在宽达两种方案在宽达4050dB的动态范围中性能优良。的动态范围中性能优良。106.024.7720log 1 lnq dBSnAN562021/3/8匀滑的非线性对数曲线匀滑的非线性对数曲线 用折线近似用折线近似 01/87/86/85/84/83/82/8101212223242xy 726252xy1/82/83/8*A-律律 13 折线近似：折线近似：76543210572021/3/8 轴轴 8等分等分y 归一化归一化1,1xy 正方向正方向 轴轴 按按2的负幂次划分的负幂次划分 x20,1,7ii 负方向负方向 与正方向同
25、与正方向同 斜率斜率0段:1段:2段:3段:471/8224671/82223561/82222451/82224段:5段:6段:7段:211222正负方向正负方向0、1 段斜率相同，四条直线段斜率相同，四条直线合并成一条直线合并成一条直线 13 折线折线 582021/3/80段段:1段段:2段段:3段段:每段每段:16等分等分 量化电平数量化电平数:16 8 2256M 0,7iii 段号阶距71104222 6711142222 10222 232 342 452 562 672 4段段:5段段:6段段:7段段:592021/3/8表表6.3.1 13折线（折线（A律）主要参数律）主要参
26、数602021/3/8*PCM 对数编码：对数编码：13折线折线量化器量化器编码器编码器非线性编码非线性编码样值样值:LetxV采样值为归一化样值符号位符号位:7b770,1;0 xbb若否则段落码段落码:6 5 4b b b看看 处于处于8段中的哪一段，编段落码段中的哪一段，编段落码|x 段内编码段内编码:3 2 1 0b b bb每段又均分为每段又均分为16层，层，看看 处于哪一层，编段内码处于哪一层，编段内码|x612021/3/86.4 脉冲编码调制622021/3/8语音信号的语音信号的PCM数据率：数据率：8 864bsRnfkHzkbps（1）电话信号带宽：）电话信号带宽：Hz，
27、抽样率为抽样率为8kHz；（2）量化量化：律或律或 律非线性量化，在语音信号动态律非线性量化，在语音信号动态范围范围4050dB内有良好的量化信噪比；内有良好的量化信噪比；（3）编码（编码（Encoding）：将每个量化输出电平表示为：将每个量化输出电平表示为8比特比特二进制码字。二进制码字。A3003400632021/3/8电话系统中的电话系统中的PCM传输框图：传输框图：模模拟拟信信号号 出出模模拟拟信信号号信信号号入入防混防混叠叠低通低通滤滤波器波器带带限模限模拟拟信信号号 抽抽样样8KHz 8bit对数对数量化量化 编码编码器器PCMPCM 发发射机射机(ADC)电话线电话线再生再生
28、中中继继器器电话线电话线电话线电话线信道信道(传输传输路路径径)PCM信信号号译码译码器器 量化量化 PAM 低通低通滤滤波器波器 (重建重建)PCM 接收机接收机(DAC)再生再生中中继继器器再生再生中中继继器器接收机接收机前端前端电电路路 量化量化 PAM 抽抽样样 PAM642021/3/8652021/3/8解：解：(1)8 800064000()bsRnfbps 采用矩形采用矩形NRZ脉冲时，第一零点带宽为，脉冲时，第一零点带宽为，064bBRkHz（2）12位线性（均匀）量化时，位线性（均匀）量化时，12 800096()bsRnfk bps096bBRkKz662021/3/86
29、.4.2 编码规则编码规则 8位位PCM的编码结合的编码结合13或或15折线法进行，用折叠二进制编码：折线法进行，用折叠二进制编码：13折线折线量化器量化器编码器编码器非线性编码非线性编码样值样值:LetxV采样值为归一化样值672021/3/8量化电平序号量化电平序号量化电平极性量化电平极性自然码自然码折叠码折叠码76543210（最正）（最正）（正）（正）（负）（负）（最负）（最负）011111110101100010001000111110101100010001000011折叠码在绝对值小的电平附近，折叠码在绝对值小的电平附近，1位传输错误造成的信号误位传输错误造成的信号误差比自然码的
30、小。可在平均意义下使传输误码造成的破坏差比自然码的小。可在平均意义下使传输误码造成的破坏轻一些。轻一些。表表6.4.2 折叠码与自然码规则折叠码与自然码规则682021/3/8例例6.7 试求试求0.72与与-0.003 在在A律律PCM系统中的编码值系统中的编码值（采用归一化量化范围）。（采用归一化量化范围）。764164204832 70.720.5,7.04692021/3/87114221/20482 段号段号 输入段区间输入段区间量化间隔量化间隔0 (0，2-7)（0，0.0078125）1 (2-7，2-6)（0.0078125，0.015625）2 (2-6，2-5)（0.015
31、625，0.03125）23 (2-5，2-4)（0.03125，0.0625）44 (2-4，2-3)（0.0625，0.125）85 (2-3，2-2)（0.125，0.25）166 (2-2，2-1)（0.25，0.5）327 (2-1，1)（0.5，1）64表表6.3.1 13折线（折线（A律）主要参数律）主要参数702021/3/86.4.3 *PCM传输系统的信噪比传输系统的信噪比 PCM通信系统中，还原的话音信号与原始信号相比，通信系统中，还原的话音信号与原始信号相比，误差主要由量化与传输误码引起。即，误差主要由量化与传输误码引起。即，nqteee相应的噪声功率满足，相应的噪声功
32、率满足，222nqt总的信噪比：总的信噪比：22qsPCMtPSN1）量化噪声功率：）量化噪声功率：22/12q bP2t2）传输误码比特率为）传输误码比特率为 的噪声功率：的噪声功率：712021/3/8PCM的峰值信噪比与平均信噪比：的峰值信噪比与平均信噪比：22_3,14(1)PCMpkbSMNMP22_14(1)PCMAvrbSMNMPPCM的信噪比公式：的信噪比公式：2(/)14(1)qPCMbSNSNMPbP（1）如果）如果 很小，量化噪声起主导作用；很小，量化噪声起主导作用；（2）如果）如果 很大，则误码起主导作用。很大，则误码起主导作用。bP214(1)bPM时，误码噪声与量化
33、噪声相当时，误码噪声与量化噪声相当 8(256)nM为例，其值约为为例，其值约为63.8 10以以722021/3/822222_3/12rmsqpkqxSVMN2VM2_3qpkSMN2_qAvrSMN_dB6.024.77qpkSnN_dB6.02qAvrSnN（3）若若 (无无 ISI，无加性噪，无加性噪声声):0bP 22222_/3/12rmsqAvrqxSVMN作业：作业：12 13 14 15 16732021/3/86.6 时分复用Time-Division Multiplexing(TDM)742021/3/8v 目的目的:充分地利用信道资源充分地利用信道资源v 复用复用:在
34、同一信道中独立地传输几路信号在同一信道中独立地传输几路信号v 复用方法复用方法:FDM (频分复用频分复用)TDM CDM(码分复用码分复用)752021/3/8将多路信号在时间轴上互不重叠地穿插排列就可以在将多路信号在时间轴上互不重叠地穿插排列就可以在同一公共信道上传输，如图。同一公共信道上传输，如图。这种按一定的时间顺序依次循环地传输各路消息，以这种按一定的时间顺序依次循环地传输各路消息，以实现多路通信的方式称为实现多路通信的方式称为时分多路通信时分多路通信。这种信道复。这种信道复用方式叫用方式叫时分复用时分复用。T内可安排内可安排n路信号路信号111222nntTTt3336.6.1 T
35、DM的基本原理的基本原理 762021/3/8对于单路信号，数码率不变，是独立传输。对于单路信号，数码率不变，是独立传输。对于总群路信号，数码率是单路的对于总群路信号，数码率是单路的n倍，因而可充分地利倍，因而可充分地利用信道的传输频带。用信道的传输频带。时间交织时间交织:字交织字交织:比特交织比特交织:多路信号在时间轴上互不重叠地穿插排列的方式称为多路信号在时间轴上互不重叠地穿插排列的方式称为时间交织时间交织。时分复用（时分复用（TDM）多个信源的数据分别占用不同的时多个信源的数据分别占用不同的时隙位置，共用一条信道进行串行数字传输。隙位置，共用一条信道进行串行数字传输。772021/3/8
36、例：例：信源信源1信源信源2信源信源3输出输出1输出输出2输出输出3合路器合路器分路器分路器（a）TDM框图框图PCM量化量化与编码与编码数字数字信道信道解码解码同步同步三路模拟信源三路模拟信源 在在PCM系统中复用系统中复用发发：旋转开关旋转速率即抽样频率旋转开关旋转速率即抽样频率 ，对带宽最大的，对带宽最大的模拟信源，模拟信源，仍然满足奈奎斯特抽样定理。对于带宽较仍然满足奈奎斯特抽样定理。对于带宽较大的信源，可接到几个开关位置。大的信源，可接到几个开关位置。sfsf收收：TDM PCM信号由解码器恢复成抽样值的量化值。信号由解码器恢复成抽样值的量化值。收收端的旋转开关保证将端的旋转开关保证
37、将 1 路信号的样本点送到通道路信号的样本点送到通道 1 上，将上，将 2 路信号的样本点送到通道路信号的样本点送到通道 2 上上,。sfsf782021/3/8信源信源n：第：第n路语音信号路语音信号合路器：旋转开关速率合路器：旋转开关速率fs分路器：旋转开关速率分路器：旋转开关速率fs同步：收发两端的合路与分路，必须协调一致。同步：收发两端的合路与分路，必须协调一致。（b）复合数据流）复合数据流TsTs792021/3/8(1)(1)各路信号轮流占用不同时隙，互不影响；各路信号轮流占用不同时隙，互不影响；(2)(2)各路信号组成一个确定的数据结构，称为各路信号组成一个确定的数据结构，称为帧
38、结构帧结构(3)(3)收发同步工作收发同步工作帧同步帧同步。借助。借助帧同步码帧同步码。时分复用技术的几个基本要点：时分复用技术的几个基本要点：（c）帧与同步码）帧与同步码帧帧：服从某种时序规定的一段比特数据流服从某种时序规定的一段比特数据流帧周期：帧周期：每路信号都至少被传送一次的时间每路信号都至少被传送一次的时间帧格式：帧格式：把一帧时间划分为若干时隙后，如何安排把一帧时间划分为若干时隙后，如何安排各路信息码与附加信息码的一种时序规定各路信息码与附加信息码的一种时序规定TsTs同步码同步码同步码同步码s1s2sks1s2sk802021/3/8优点：优点：1）它采用全数字电路技术；）它采用
39、全数字电路技术；2）不需要大量的并行设）不需要大量的并行设备，备，3）无非线性引起各路信号之间的串扰）无非线性引起各路信号之间的串扰缺点：缺点：更为严格的同步定时更为严格的同步定时 时分复用技术的优缺点：时分复用技术的优缺点：812021/3/8 1x t 2xt 3xt 4xn合路器合路器1合路器合路器24bit量化与量化与编码编码填充填充 1sn 2sn2kHz4kHz2kHz28kbps32kbps同步码：同步码：1110010064kbps128kbps123484sssfkHzfkHzfkHzfs=4kHzfs=4kHz822021/3/8解：解：（1）（2）帧率为帧率为4k4k帧帧
40、/秒，数据率为秒，数据率为 4K4/4/64()samplebit samplekbps帧/秒帧 帧率为帧率为4k4k帧帧/秒，数据率为秒，数据率为 作业：作业：20 4K4/8/128()bytebit bytekbps帧/秒帧832021/3/8习题习题3-8 模拟电压波形中的信息通过一个具有模拟电压波形中的信息通过一个具有 0.1%精度精度(满值满值)的的PCM系统传输。系统传输。模拟波形的绝模拟波形的绝对带宽为对带宽为 100 Hz，且幅度范围为，且幅度范围为 10 V到到+10V.(a)确定所需抽样速率的最小值。确定所需抽样速率的最小值。(b)确定每个确定每个 PCM 码字所需的比特
41、数。码字所需的比特数。(c)确定确定 PCM 信号所需比特率的最小值。信号所需比特率的最小值。(d)确定传输该确定传输该 PCM 信号所需的绝对信道带宽的最小值。信号所需的绝对信道带宽的最小值。量化精度量化精度：(/2)2V 842021/3/8解解:(a)/secsamples 200)100(22 Bfs(b)920.1%0.1%24250025125009VVVMandnbitsa PCM word(c)9 2001800 bits/ssRnf(d)min900Hz2RB852021/3/8例：例：将模拟信号转换成将模拟信号转换成PCM 信号信号，采用二进制双极，采用二进制双极性性 NR
42、Z 线路码。线路码。信号在绝对带限于信号在绝对带限于 4kHz的信道上传的信道上传输。假设输。假设 PCM 量化器具有量化器具有 16 个量化电平，个量化电平，且总的等且总的等效系统传输函数为具有效系统传输函数为具有 r r=0.5=0.5 的升余弦滚降型特性。的升余弦滚降型特性。(a)找出此系统在不会引入找出此系统在不会引入ISI的条件下，所能支持的条件下，所能支持的最大的最大 PCM 比特率。比特率。(b)求该模拟信号允许的最大带宽。求该模拟信号允许的最大带宽。解解:0:164a PCM word40.5225.33/1TTbsMnBkHzBaRRfkb s量化器862021/3/8 an
43、aloganalog25.33 100066722 4bsbbRnfnBRBHznf1/2f0-f0f0 01f01Bf RCHf1/4f0872021/3/81、两类、两类PAM（自然抽样 与 平顶抽样)信号信号的时域波形的特的时域波形的特点如何？点如何？2、PCM 系统框图与前言中的通信系统框图有什么关系？系统框图与前言中的通信系统框图有什么关系？3、对模拟信号实现、对模拟信号实现PCM编码有哪三个主要步骤？编码有哪三个主要步骤？PCM系统收系统收端是怎样实现端是怎样实现PCM译码和原始模拟信号重建的？译码和原始模拟信号重建的？4、PCM 系统中主要有哪些噪声信号？系统中主要有哪些噪声信号
44、？4、为什么均匀量化不能满足语音信号的长途电话质量要求？、为什么均匀量化不能满足语音信号的长途电话质量要求？非线性量化是怎样满足语音信号的长途电话质量要求的？非线性量化是怎样满足语音信号的长途电话质量要求的？5、A率，率，律的一个律的一个PCM码字是多少位？码字是多少位？思考题：思考题：882021/3/8知识点：知识点：抽样：抽样：Bfs2 量化：量化：2VM 均匀量化均匀量化量化电平数：量化电平数：2nM 编码：编码：-一个一个PCM码字的位数码字的位数n1、信源编码、信源编码(A/D)：B 模拟信号的带宽模拟信号的带宽892021/3/82、PCM信号的传输信号的传输q PCM信号速率：信号速率：Bit rate:sRnf2sfB其中其中:B 模拟信号的带宽模拟信号的带宽n 一个一个 PCM 码字的比特数码字的比特数902021/3/8q PCM 系统的噪声效果系统的噪声效果22_314(1)qpkbSMNMP22_14(1)qAvrbSMNMP 均匀量化系统均匀量化系统量化噪量化噪声声 在接收在接收PCM信信号号中的比特差中的比特差错错其中其中:量化量化电电平平数数 误误比特率比特率 MbPbP912021/3/82_3qpkSMN2_qAvrSMN_dB6.024.77qpkSnN_dB6.02qAvrSnNv 若若 (无无 ISI，无加性噪，无加性噪声声):0bP
