1、通信原理电子教案通信原理电子教案广东海洋大学信息学院广东海洋大学信息学院2012年年12月月通信原理通信原理电子教案电子教案 授课班级：通信授课班级：通信1103班、通信班、通信1104班班 授课教师：广东海洋大学信息学院授课教师：广东海洋大学信息学院 梁能梁能第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理7.4 7.4 模拟信号的量化模拟信号的量化问题：问题：模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随信号幅度连续模拟信号进行抽样以后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的。变化的。当这些连续变化的抽样值通过噪声信道传输时，接收当这些连续变化的抽样值通过噪声信道传输时，接收端不能准确地估计所
2、发送的抽样。端不能准确地估计所发送的抽样。措施：措施：发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能准确的估值所发送的抽间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能准确的估值所发送的抽样。因此，有可能消除随机噪声的影响。样。因此，有可能消除随机噪声的影响。定义：定义：用用有限个有限个电平表示模拟抽样值的过程称之为量化。电平表示模拟抽样值的过程称之为量化。抽样：抽样：时间连续信号时间连续信号时间离散信号；时间离散信号；量化：量化：幅度连续信号幅度连续信号幅度离散信号可用数字信号表幅度离散信号可用数字信号表示。示。分类：分类
3、：均匀量化均匀量化基础；基础；非均匀量化非均匀量化实用。实用。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理7.4.1 7.4.1 均匀量化均匀量化量化器的输入信号的量化器的输入信号的取值取值域按等距离分割域按等距离分割的量化。的量化。每个每个量化电平量化电平取在各区间取在各区间的中点。的中点。量化间隔量化间隔（量化台阶）：（量化台阶）：M量化级量化级:(a,b)模拟信号模拟信号m(t)的取值域。的取值域。Mabv量化器输出量化器输出1()()qSiiSimkTqmm kTm，imaiv式中式中mi-第第i个量化区间的终点个量化区间的终点 m m7 7q q7 7m m6 6q
4、q6 6m m5 5q q5 5m m4 4q q4 4m m3 3q q3 3m m2 2q q2 2m m1 1q q1 1m m0 0T Ts s3 3T Ts s4 4T Ts s5 5T Ts s 6 6T Ts s7 7T Ts s 8 8T Ts s t t2 2T Ts sm mq q(t t)m m(t t)图图9 9 7 7-11 11 量化过程示意图量化过程示意图量化误差量化误差 m m(kTskTs)m mq q(kTskTs)量化器量化器 b ba av抽样值（真值）抽样值（真值）m(kTs)量化值量化值mq(kTs)第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传
5、输通信原理量化器输出量化器输出1()()qSiiSimkTqmm kTm，qi-第第i个量化区间的量化电平，可个量化区间的量化电平，可表示为表示为viavmmmqiiii)21(2121量化误差量化误差 绝对误差绝对误差:相对误差相对误差:vkTmkTmsqs21)()(maxiqv21max 时相应的量化值相对误差小信号时，量化误差大！小信号时，量化误差大！i=1,2,M m m7 7q q7 7m m6 6q q6 6m m5 5q q5 5m m4 4q q4 4m m3 3q q3 3m m2 2q q2 2m m1 1q q1 1m m0 0T Ts s3 3T Ts s4 4T T
6、s s5 5T Ts s 6 6T Ts s7 7T Ts s 8 8T Ts s t t2 2T Ts sm mq q(t t)m m(t t)图图9 9-11 11 量化过程示意图量化过程示意图量化误差量化误差 m m(kTskTs)m mq q(kTskTs)量化器量化器 b ba av抽样值（真值）抽样值（真值）m(kTs)量化值量化值mq(kTs)第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理量化带来误差：量化带来误差：绝对误差绝对误差:相对误差相对误差:vkTmkTmsqs21)()(maxiqv21max 时相应的量化值相对误差小信号时，量化误差大！小信号时，量化误
7、差大！量化信噪比：量化信噪比：22()()qqSqSqSSE mkTNE mkTmkT（7.4.2）其中：其中：Sq-量化器输出的信号功率；量化器输出的信号功率；Nq-量化噪声功率。量化噪声功率。讨论：讨论：小信号时量化误差大！小信号时量化误差大！原因？原因？解决办法？解决办法？第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理例：例：m(t)在在(-a,a)区间服从均匀分布区间服从均匀分布即即f(x)=1/2a，进行，进行M级量级量化，求化，求Sq/Nq。解：解：1222132()()1()2()()2412qqiiiiaaiNE mmxqf x dxmMxqdxamMvva 11
8、112222iiiiimaivmai vmmqaivavvMaM 可见，量化噪声功率与可见，量化噪声功率与v成正比，与输入信号大小无关。成正比，与输入信号大小无关。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理2211222)(12121)()(vMaammdxaqdxxfqkTmESMiiiisqq 结论：结论：量化器的输出信噪比随量化电平数的增加而提高。量化器的输出信噪比随量化电平数的增加而提高。均匀量化的缺点：均匀量化的缺点：无论抽样值大小如何，量化误差的均方根值无论抽样值大小如何，量化误差的均方根值都固定不变。小信号时，量化信号信噪比小，达不到要求。即：都固定不变。小信号
9、时，量化信号信噪比小，达不到要求。即：限制了输入信号的动态范围。限制了输入信号的动态范围。221qqSMMN（7.4.6）所以，所以，平均信号量化噪声功率比。平均信号量化噪声功率比。22()12qqvNE mm第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理7.4.2 7.4.2 非均匀量化非均匀量化好处：好处：改善了小信号时的量化信噪比；改善了小信号时的量化信噪比；输入信号具有非均匀分布的输入信号具有非均匀分布的 pdf 时时(实际中，小信号实际中，小信号出现的概率大），可得到较高的平均信号量化噪声功率比。出现的概率大），可得到较高的平均信号量化噪声功率比。实现方法：实现方法：将
10、抽样值先压缩，再进行均匀量化。在收端，相应将抽样值先压缩，再进行均匀量化。在收端，相应地加有扩张器。地加有扩张器。模型：模型：出发点：出发点：m(t)小时小时，v亦小；量化误差亦小；量化误差 m(t)小时，小时，v亦大。亦大。2第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理压缩器的作用：压缩器的作用：相当于非相当于非线性放大器；线性放大器；压大补小压大补小”如对数型特性。如对数型特性。扩张器的作用扩张器的作用：特性与压特性与压缩器相反。缩器相反。结果：结果：提高小信号的提高小信号的Sq/Nq，减小大信号的减小大信号的Sq/Nq；输入动态范围变大。输入动态范围变大。比广泛采用两种广
11、泛采用两种对数压缩律对数压缩律：压缩律（美国）压缩律（美国）A压缩律（中国、欧洲）压缩律（中国、欧洲）第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理10,)1ln()1ln(xxy（9.4.10）式中式中:y 归一化的压缩输出电压归一化的压缩输出电压:y 压 缩 器 的 输 出 电 压压 缩 器 可 能 的 最 大 输 出 电 压 x归一化的压缩器输入电压：归一化的压缩器输入电压：x 压缩器的输入电压压缩器可能的最大输入电压压缩参数，表示压缩的程度。压缩参数，表示压缩的程度。（1、3象限奇对称）象限奇对称）1.模拟压缩特性模拟压缩特性（1 1）律压缩特性律压缩特性压缩器具有如下关
12、系的压缩律压缩器具有如下关系的压缩律:第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理讨论：讨论：上式表示的是一个近似对数关系上式表示的是一个近似对数关系 律也称近似对数压扩率；律也称近似对数压扩率；输入越小，压缩越小；输入越小，压缩越小；0时，时，yx，压缩特性是一条过，压缩特性是一条过原点的直线原点的直线没有压扩效果；没有压扩效果；越大，压扩作用越明显越大，压扩作用越明显对改善小对改善小信号的特性越有利，一般，信号的特性越有利，一般，100,通通常选常选255。、象限奇对称。象限奇对称。ln(1)ln(1)xy第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理（2）A
13、律压缩特性律压缩特性压缩器具有如下关系的压缩律：压缩器具有如下关系的压缩律：101ln1ln111lnAxxAAyAxxAA，直线直线对数对数曲线曲线式中：式中：归一化；归一化；A律、律、律两者关系：律两者关系：A=87.6和和=255的特性相似。的特性相似。A压扩参数，表示压缩的程度。压扩参数，表示压缩的程度。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理问题：问题：此前介绍的此前介绍的A律，律，律压扩特性都是连续曲线，在电路律压扩特性都是连续曲线，在电路上实现这样的函数规律是相当复杂的。上实现这样的函数规律是相当复杂的。解决办法：解决办法：实际中通常用数字压扩逼近上述两种特性
14、。实际中通常用数字压扩逼近上述两种特性。数字压缩特性：数字压缩特性：A律：律：13折线折线-（A87.6/13PCM30/32路）；路）；律：律：15折线折线-（255/15PCM24路）。路）。重点：重点：讲讲A律律13折线我国采用折线我国采用PCM30/32路。路。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理A律律13折线折线-（A87.6/13PCM30/32路）路）2.数字压缩特性数字压缩特性（1 1）A A律律1313折线折线y均匀分均匀分8段。段。x非均分非均分8段，段，斜率：斜率：1213456781/81/816,161/1281/1281/81/88,4,21
15、/641/32111,24kkkkkkkkk13折线折线总段数总段数16。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理 v vi i不同：不同：每一段再做每一段再做16等等分量化（每一段分分量化（每一段分16个量化个量化级）。级）。最小量化间隔最小量化间隔量化单位：min1/1281162048v例：例：1/2可表示为可表示为1024，12048）。）。13折线和折线和A律（律（A=87.6）曲线十分逼近。）曲线十分逼近。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理13折线和折线和A律（律（A=87.6）压扩特性的近似程度）压扩特性的近似程度（分析略）。分析略）
16、。13折线各段落的分界点与折线各段落的分界点与A87.6曲线十分逼近。曲线十分逼近。A=87.6A=87.6Why?目的有两个：目的有两个：A律直线段的斜率近似为律直线段的斜率近似为16，与，与13折线折线1、2段相同；段相同；用用13折线逼近时，折线逼近时，x的的8段量化分解点近似于段量化分解点近似于1/2i，式中，式中:（i分分别取别取0，1，2，7）。）。表表7-3 13折线分段时的折线分段时的x值与计算的值与计算的x值比较表值比较表y01/82/83/84/85/86/87/81x01/1281/60.61/30.61/15.41/7.791/3.931/1.981按折线分按折线分段时
17、的段时的x01/1281/641/321/161/81/41/21段落段落12345678斜率斜率161684211/21/4第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理（2）率率15折线折线（15折线折线255/15PCM24路）路）参数由参数由A律律13折线推广而来。折线推广而来。用用13折线逼近折线逼近A律时，只考虑第二个目的律时，只考虑第二个目的x的的8段量化分界段量化分界点近似于点近似于1/2i，则可以有更恰当，则可以有更恰当A值。值。表表7-4 率率15折线参数折线参数表表i012345678y-i/801/82/83/84/85/86/87/81x=(2i-1)/
18、25501/2553/2551/321/161/81/41/21段落段落12345678斜率斜率3215.947.9693.9841.9920.9960.4980.249第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理7.5 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）7.5.1 PCM系统原理系统原理1.1.基本概念基本概念PCM通信系统原理框图：通信系统原理框图：编码：编码：把量化后的电平变换为二进制代码的过程。把量化后的电平变换为二进制代码的过程。译码：译码：编码的反过程。编码的反过程。编、译码：编、译码：此处所讲的编、译码又称为信源编译码。此处所讲的编、译码又称为信源编译码。模拟信
19、号模拟信号抽样抽样量化量化利用利用M进制进制PAM直接进行传输直接进行传输编码编码PCM信号进行传输信号进行传输第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理PCM编码：编码：把抽样值把抽样值（PAM值）值）变换为二进制代码的过程。变换为二进制代码的过程。将会看到，量化、压缩、编码一次完成！将会看到，量化、压缩、编码一次完成！A/D变换器变换器：量化与译码的组合；量化与译码的组合；D/A变换器：变换器：译码与译码与LPF的的组合。前者完成由模拟信号到数字信号的变换；后者则相反，组合。前者完成由模拟信号到数字信号的变换；后者则相反，完成由数字信号到模拟信号的变换。完成由数字信号到模
20、拟信号的变换。重点重点:编码、译码编码、译码第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理逐次比较型折叠级联型混合型（1 1）编码器的选择）编码器的选择重点重点:逐次比较型逐次比较型-用的广泛。用的广泛。（2 2）码型的选择）码型的选择原则上是任意的，常用二进制码型。原则上是任意的，常用二进制码型。常用的二进制码有：常用的二进制码有：自然二进制（自然二进制（8421）码）码折叠二进制码折叠二进制码第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理样值脉冲极性样值脉冲极性自然二进码自然二进码折叠二进码折叠二进码量化级量化级正极性部分正极性部分111111101101110
21、0 10111010100110001111111011011100101110101001100015141312111098负极性部分负极性部分011101100101010000110010000100000000000100100011010001010110011176543210表表7-6 常用二进制码型常用二进制码型16个量化级分成两部分：个量化级分成两部分：的的8个量化级对应个量化级对应于负极性的样值脉冲；于负极性的样值脉冲；815的的8个量化级对应于个量化级对应于正极性的样值脉冲。正极性的样值脉冲。自然二进制码：自然二进制码：上下两部上下两部分的码型无任何相似之处。分的码型无
22、任何相似之处。折叠二进制码特点：折叠二进制码特点：除去除去最高位，其上半部分与下最高位，其上半部分与下半部分成镜像关系折半部分成镜像关系折叠关系。叠关系。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理折叠二进制码折叠二进制码给编码带来的好处：给编码带来的好处：1）双极性编码过程可简化为单极性编码过程简化编码过双极性编码过程可简化为单极性编码过程简化编码过程。最高位用以表示极性，其余的码表示信号的绝对值；程。最高位用以表示极性，其余的码表示信号的绝对值；2）话音小信号一旦错码，错码的误差小。如由话音小信号一旦错码，错码的误差小。如由1000错为错为0000，只错一个量化级。这一特性
23、十分可贵只错一个量化级。这一特性十分可贵，因话音信号小幅度，因话音信号小幅度出现的概率比大幅度的大。出现的概率比大幅度的大。（3）码位）码位N的确定的确定涉及到通信的质量和设备的复杂程度。涉及到通信的质量和设备的复杂程度。数字话音：数字话音：可懂可懂N=34位；位；清晰清晰N=78 位。位。一般取一般取2的整数幂次位。的整数幂次位。A律律13折线：折线：8段段16级级=128=27加一位符号加一位符号8位。位。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理设设:C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8（4 4）码位的安排）码位的安排1）极性码：）极性码：C1极性码极性码 段
24、落码（段落码（8段）段）段内码（段内码（16级）级）C1=0-输入信号负极性（输入信号负极性（3象限）象限）C1=1-输入信号正极性（输入信号正极性（1象限）象限）2）段落码：）段落码：C2 C3 C48个状态分别代表个状态分别代表8个落的个落的起点起点电平。电平。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理段落段落序号序号i段落码段落码段落起始电段落起始电平平()Ui()C2C3C4876543211111101011000110100010001/2 10241/4 5121/8 2561/16 128 1/32 641/64 321/128 16 0 0643216842
25、11段落码与量化电平、段落码与量化电平、量化单位关系量化单位关系:表表7.7 段落码段落码（A率率13折线）折线）第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理量化级量化级段内码段内码15141312111098765432101111111011011100101110101001100001110110010101000011001000010000表表7-8 段内码段内码 3）段内码）段内码C5 C6 C7 C8四位四位段内码对应段内码对应16个量化级。个量化级。注：注：PCM编码编码宏观：宏观：非均匀非均匀A率率13折线；折线；微观：微观：均均匀匀16级。级。压缩、量化、
26、编码压缩、量化、编码合为一体！合为一体！（PAM值值8位位PCM码）码）第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理（5 5）非均匀量化与均匀量化的比较）非均匀量化与均匀量化的比较 非均匀量化：非均匀量化：277位非线性代码。位非线性代码。均匀量化：均匀量化：以以Umin=1/2048=作为量化间隔作为量化间隔12048 21111位线性代码。位线性代码。结论：结论：在保证小信号量化误差相同条件下，在保证小信号量化误差相同条件下，7位非线性代码位非线性代码（等效）（等效）11位线性代码。位线性代码。代码位数代码位数N传输带宽传输带宽B第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的
27、数字传输通信原理2.2.逐次比较型编译码原理逐次比较型编译码原理 按按A律律13折线特性压扩。折线特性压扩。（1 1）逐次比较型编码原理）逐次比较型编码原理 1 1）任务）任务 根据输入的样值脉冲编出相应的根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进制代码，除第一位极性位二进制代码，除第一位极性码外码外,其它其它7位二进制代码是通过逐次比较确定的。位二进制代码是通过逐次比较确定的。2 2）工作原理）工作原理 与天平称重工作原理相似。与天平称重工作原理相似。例：例：称重范围称重范围015g，精度为，精度为1g。预先规定好标准物，在此为二进制预先规定好标准物，在此为二进制砝码砝码：8g、4g、2g、1g称
28、称9g重物？重物？程序：程序：4次比较：次比较：第第1位位 第第2位位 第第3位位 第第4位位 权值权值8 权值权值4 权值权值2 权值权值1 1 0 0 1规则：规则：砝码砝码重物重物保留（保留（1）砝码砝码重物重物丢掉（丢掉（0）第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理关键元素：关键元素：砝码砝码标准的电流，称为权值电流，用符号标准的电流，称为权值电流，用符号Iw表示。表示。Iw的个的个数与编码位数有关；数与编码位数有关；天平天平比较器；比较器；记忆记忆保持电路；保持电路；方法方法程序。程序。预先规定好一些作为预先规定好一些作为Iw的个数与编码位数有关。当样值脉冲的个数
29、与编码位数有关。当样值脉冲到来后，用逐次逼近的方法有规律的用各标准电流到来后，用逐次逼近的方法有规律的用各标准电流Iw去和样值去和样值脉冲比较，每比较一次出一位码，直到脉冲比较，每比较一次出一位码，直到Iw 和抽样值和抽样值Is逼近为止。逼近为止。3 3）原理框图）原理框图 由整流器、保持电路、比较器、及本地译码电路等组成。由整流器、保持电路、比较器、及本地译码电路等组成。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理整流器整流器 用来判别输入样值脉冲的极性，编出极性码用来判别输入样值脉冲的极性，编出极性码C1。同时将双极性脉冲变换为单极性脉冲。同时将双极性脉冲变换为单极性脉冲。
30、比较器比较器 通过样值电流通过样值电流Is和标准电流和标准电流IW进行比较，对输入信号抽进行比较，对输入信号抽样值实现非线性量化和编码：样值实现非线性量化和编码：IsIw时，出时，出“1”码；反之，出码；反之，出“0”码。由于在码。由于在13折线法中用了折线法中用了7位二进制代码来代表段落和段内码，位二进制代码来代表段落和段内码，所以对一个输入信号的抽样值需要进行所以对一个输入信号的抽样值需要进行7次比较。次比较。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理 每次所需的标准电流每次所需的标准电流Iw均由本地译码电路提供均由本地译码电路提供.本地译码电路本地译码电路 包括记忆电路
31、、包括记忆电路、7/11变换电路和恒流源变换电路和恒流源 记忆电路记忆电路 用来寄存二进制代码，因除第一次比较外，其余各次比用来寄存二进制代码，因除第一次比较外，其余各次比较都要依据前几次比较的结果来确定标准电流较都要依据前几次比较的结果来确定标准电流Iw值。因此，值。因此，7为码组中为码组中的前的前6位状态应由记忆电路寄存下来。位状态应由记忆电路寄存下来。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理 7/11变换电路变换电路 就是非均匀量化中谈到的数字压缩器。因为采就是非均匀量化中谈到的数字压缩器。因为采用非均匀量化的用非均匀量化的7位非线性编码等效于位非线性编码等效于11位
32、线形码。而比较器只能位线形码。而比较器只能编编7位码，反馈到本地译码电路的全部码也只有位码，反馈到本地译码电路的全部码也只有7位。因为恒流源有位。因为恒流源有11个基本权值支路，需要个基本权值支路，需要11个控制脉冲来控制，所以必须经过变换个控制脉冲来控制，所以必须经过变换,把把7位码变成位码变成11位码，其实质就是完成非线性和线性之间的变换位码，其实质就是完成非线性和线性之间的变换解压缩解压缩。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理 恒流源恒流源 产生各种标准电流值产生各种标准电流值Iw，在恒流源中有数个基本权值电流，在恒流源中有数个基本权值电流支路，个数与量化级有关，
33、如支路，个数与量化级有关，如A律律13折线中，折线中，128个量化级需要编个量化级需要编7位码，它要求位码，它要求11个基本的权值电流个基本的权值电流支路，每个支路均有一个控制开支路，每个支路均有一个控制开关。每次该哪关。每次该哪几个开关接通组成比较用的标准电流几个开关接通组成比较用的标准电流Iw，由前面的比，由前面的比较结果经变换后得到的控制信号来控制。较结果经变换后得到的控制信号来控制。保持电路保持电路 保持输入信号的样值在整个比较过程中具有一定幅度。保持输入信号的样值在整个比较过程中具有一定幅度。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理4 4）编码过程）编码过程通过实
34、例说明通过实例说明例：例：设输入信号抽样值为设输入信号抽样值为Is=1270,采用逐次比较型编码将它按照采用逐次比较型编码将它按照13折线折线A律特性编成律特性编成8位码。位码。解解 设码组的设码组的8位码分别用位码分别用C1 C2 C3 C4 C5 C6 C7 C8表示。表示。编码过编码过程如下：程如下：确定确定极性码极性码C1 因输入信号抽样值为正，故因输入信号抽样值为正，故C1=1。确定确定段落码段落码 C2 C3 C4128wI)4(1,2段后故因CIIws512wI)87(1,3段故因CIIws第一次比较：选本地译码器输出第一次比较：选本地译码器输出第二次比较：选本地译码器输出第二次
35、比较：选本地译码器输出1024wI第三次比较：选本地译码器输出第三次比较：选本地译码器输出)8(1,4段故因CIIwsC2 C3 C4 1 0 0？C2 C3 C4 1 1 0？C2 C3 C4 1 1 1？100第第5段段第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理确定确定段内码段内码C5C8经过三次比较后得出经过三次比较后得出段落码段落码C2C4为为111：信号在第：信号在第8段，起点电平为段，起点电平为1024记忆！记忆！量化间隔为量化间隔为64。15366481024810248uIw第四次比较：选本地译码器输出第四次比较：选本地译码器输出第五次比较：选本地译码器输出第
36、五次比较：选本地译码器输出5,0(807)swIIC因故前 级：12806441024410248uIw6,0(403)swIIC因故前 级：第六次比较：选本地译码器输出第六次比较：选本地译码器输出11526421024210248uIw)32(1,7级故因CIIwsC5 C6 C7C8 1 0 0 0？C5 C6 C7C8 0 1 0 0？C5 C6 C7C8 0 0 1 0？第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理第七次比较：选本地译码器输出第七次比较：选本地译码器输出12166431024310248uIw)3(1,8级故因CIIwsC5 C6 C7C8 0 0 1
37、1？B01001100000222641281024643102412166710经过上述七次比较，结果：输入信号处于第经过上述七次比较，结果：输入信号处于第8段中段中3量化级，编量化级，编出的出的8位位PCM码为：码为：11110011。量化误差：量化误差：1270-1216=54 处于第处于第8级量化误差级量化误差0，C1=1 段落码：段落码：Is 1024，位于第位于第8段：段：C2C3C4=111，Iw8=1024，u8=64 段内码：段内码：(Is-Iw8)/u8=(1270-1024)/64=3 余余54 3段内码序号，段内码序号，C5C6C7C8=0011 54 量化误差。量化误
38、差。8位位PCM码为：码为：11110011A律律13折线折线PCM编码简法：编码简法：段落段落序号序号i段落码段落码段落起始段落起始电平电平()Ui()C2C3C4876543211111101011000110100010001/2 10241/4 5121/8 2561/16 128 1/32 641/64 321/128 16 0 064321684211表表7.7 段落码段落码第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理例：例：Is=-=-57，A律律13折线折线PCM码组？码组？极性码：极性码：Is0，C1=0 段落码：段落码：32 Is 64，段落码段落码3段：段
39、：C2C3C4=010，Iw3=32，u3=2 段内码：段内码：(Is-Iw3)u3=（57-32）/2=12 余余 1 12段内码序号，段内码序号，C5C6C7C8=1100 1 量化误差。量化误差。于是，编出的于是，编出的8位码为位码为00101100。例：例：知知PCM码组码组00101100（A律律13折线，折叠码），求样值电平。折线，折叠码），求样值电平。反过程：反过程：Is=（i段起始电平序号段起始电平序号ui）00101100负值负值 3段段 第第12级级 Is=-（32+122）=-=-56 第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理（2 2）逐次比较型译码原
40、理）逐次比较型译码原理常用译码器：常用译码器：电阻网络型、级连型、级连网络混合型等。仅电阻网络型、级连型、级连网络混合型等。仅讨论电阻网络型译码器。讨论电阻网络型译码器。电原理框图电原理框图:原理：原理：与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同。与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同。区别：区别：仅在于后者只译出信号的幅度，不译出极性；而收端仅在于后者只译出信号的幅度，不译出极性；而收端译码器在译出信号幅度值的同时，还要恢复出信号的极性。译码器在译出信号幅度值的同时，还要恢复出信号的极性。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理电阻网络型译码器各部分电路的作用：电阻网络型
41、译码器各部分电路的作用：记忆电路记忆电路 用来将接收的串行码变为并行码，故又称为用来将接收的串行码变为并行码，故又称为“串串/并变换并变换”电路。电路。11/7变换电路变换电路 用来将表示信号幅度的用来将表示信号幅度的7位非线性码转变为位非线性码转变为11位线性码。位线性码。极性控制电路极性控制电路 用来恢复译码后的脉冲极性。用来恢复译码后的脉冲极性。寄存读出电路寄存读出电路 把寄存的信号在一定时刻并行输出到把寄存的信号在一定时刻并行输出到恒流源恒流源中的译码逻辑电路上去，使其产生所需要的各种逻辑控制脉中的译码逻辑电路上去，使其产生所需要的各种逻辑控制脉冲。这些逻辑控制脉冲加到恒流源的控制开关
42、上，从而驱动冲。这些逻辑控制脉冲加到恒流源的控制开关上，从而驱动权值电流电路产生译码输出。权值电流电路产生译码输出。电阻网络型译码器的电阻网络型译码器的工作原理工作原理：根据所收到的根据所收到的PCM码组码组（极性码除外）产生相应的脉冲去控制恒流源的标准电流支（极性码除外）产生相应的脉冲去控制恒流源的标准电流支路，从而输出一个与发送端原抽样值接近的脉冲。该脉冲极路，从而输出一个与发送端原抽样值接近的脉冲。该脉冲极性受极性控制电路控制。性受极性控制电路控制。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理7.5.2 PCM系统的抗噪性能系统的抗噪性能 影响影响PCM系统性能的系统性能
43、的主要噪声源：主要噪声源：量化噪声、信道噪声量化噪声、信道噪声（传输噪声）。两种噪声由不同的机理产生，故统计独立。（传输噪声）。两种噪声由不同的机理产生，故统计独立。)()()()(0tntntmtmeq式中式中:m0(t)输出信号成分输出信号成分;nq(t)量化噪声；量化噪声；ne(t)信道噪声。信道噪声。接收端接收端LPFLPF输出输出:第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理200220022000220()()()()()()()qqeeqeqeSE mtNE ntSE mtNE ntSE mtSNE ntntNN 抗量化噪声性能抗信道加性噪声性能总抗噪声性能于是于
44、是PCM系统的抗噪性能系统的抗噪性能可分为可分为：第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理PCM系统输出端平均信号量化噪声功率比为系统输出端平均信号量化噪声功率比为22002()()qqSE mtMNE nt（7.5.7a）对于二进制编码对于二进制编码式（式（9.5.7a）可）可写成写成 NqNS202（7.5.7b）式中式中 M量化电平数；量化电平数；N二进制代码位数。二进制代码位数。可见可见:PCM系统输出端平均信号量化噪声功率比仅依赖于每一系统输出端平均信号量化噪声功率比仅依赖于每一个编码组的位数个编码组的位数N。N越大，量化信噪比越大。越大，量化信噪比越大。1.S0
45、/Nq仅考虑量化噪声的系统性能仅考虑量化噪声的系统性能直接给出结论直接给出结论:2NM 注：注：均匀量化、信号均匀量化、信号m(t)的的pdf在在(-a,a)均匀分布。均匀分布。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理讨论：讨论：PCM系统的传码率：系统的传码率：),0()(,2HHsbftmNfNffPCM系统系统最小带宽最小带宽：（理想低通，频带利用率（理想低通，频带利用率2）故，有故，有22022BfHNqSN（7.5.7c）可见：可见：PCM系统输出端平均信号量化噪声功率比还与系统带系统输出端平均信号量化噪声功率比还与系统带宽宽B成指数关系。成指数关系。带宽与信噪比
46、可互换：增加较小带宽换取带宽与信噪比可互换：增加较小带宽换取较大信噪比。较大信噪比。HHfBNNfB/NqNS202（7.5.7b）第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理2.S0/Ne 仅考虑信道加性噪声对仅考虑信道加性噪声对PCM系统的影响系统的影响直接给出结论直接给出结论:eePNS410（7.5.8b）其中，其中，Pe每个码元的误码率。每个码元的误码率。可见：可见：由误码引起的信噪比与误码率成反比。由误码引起的信噪比与误码率成反比。制码为可正可负的折叠二进制码为可正可负的自然二进自然二进制码txPtxPtxPNSeeee5141010,第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理ePNS4100取决于信道信噪比取决于信道信噪比 （7.5.10b）3.S0/N0总的信噪比总的信噪比综上可得综上可得000200222211142142142qeqeeNNNeeSSNNNNNPMSSMPP（7.5.9）讨论：讨论：（1）大信噪比时大信噪比时(4Pe22N1,即即Ne1,即即NeNq)注：注：Pe=10-510-6时的误码信噪比大体上与时的误码信噪比大体上与k78位代码时的量化信噪比差不多。位代码时的量化信噪比差不多。第第7 7章章 模拟信号的数字传输模拟信号的数字传输通信原理作业：作业：P296习题习题9-5。
