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微机原理中断与中断管理微机原理中断与中断管理第1页，共77页，编辑于2022年，星期六9.1 9.1 引言引言9.2 9.2 抽样定理抽样定理9.4 9.4 模拟信号的量化模拟信号的量化9.5 9.5 脉冲编码调制脉冲编码调制9.9 9.9 时分复用和多路数字电话系统时分复用和多路数字电话系统作业作业9.7 9.7 增量调制增量调制9.8 PCM9.8 PCM和和MM的性能比较的性能比较9.6 9.6 差分脉冲编码调制差分脉冲编码调制第2页，共77页，编辑于2022年，星期六习题习题 9-19-1、9 9、1010、1313、1414作业作业第3页，共77页，编辑于2022年，星期六9.1 引引 言言特点：特点：用数字通信系统传输模拟信号用数字通信系统传输模拟信号m（t）ak m（t）数字通信数字通信系统系统模拟模拟信息源信息源抽样抽样量化量化编码编码译码译码低通低通 ak 任务：任务：模拟信号的数字化，形成数字基带信号模拟信号的数字化，形成数字基带信号数字基带信号的无失真传输数字基带信号的无失真传输从接收数字信号中完整无失真的还原模拟信号从接收数字信号中完整无失真的还原模拟信号第4页，共77页，编辑于2022年，星期六9.2 抽样定理抽样定理9.2.1 低通型信号的抽样定理低通型信号的抽样定理9.2.2 带通型信号的抽样定理带通型信号的抽样定理第5页，共77页，编辑于2022年，星期六定义：一个频带限制在定义：一个频带限制在 fm 以下的连续信号以下的连续信号 m(t)，可以唯一，可以唯一的用时间间隔的用时间间隔 的抽样值序列来确定。的抽样值序列来确定。9.2.1 低通信号的抽样定理低通信号的抽样定理或：或：若连续信号若连续信号 m(t)的频带限制在的频带限制在 fm 以下，则当抽样信以下，则当抽样信号频率满足号频率满足 fs 2 fm，并对，并对 m(t)进行抽样，必能从进行抽样，必能从所得样值序列中恢复所得样值序列中恢复 m(t)。抽样：每隔一定的时间间隔抽样：每隔一定的时间间隔 T，抽取模拟信号的一个瞬，抽取模拟信号的一个瞬时幅度值（样值）。时幅度值（样值）。概念概念抽样频率抽样频率 fs：fs 不是越高越好，与数字基带信号的不是越高越好，与数字基带信号的带宽有关。带宽有关。图形说明图形说明第6页，共77页，编辑于2022年，星期六ms(t)0时域图时域图频谱图频谱图m(t)M(f)fm-fmMs(f)0讨论：讨论：结论：结论：fs 的值必须满足抽样定理的值必须满足抽样定理第7页，共77页，编辑于2022年，星期六9.2.2 带通型信号的抽样定理带通型信号的抽样定理定义：定义：若模拟信号若模拟信号 m(t)的频率范围为的频率范围为 fL fH带宽带宽 B=fH-fL 如果如果 fL B，则则 m(t)为为带通带通型信号型信号概念：概念：带通型信号的带通型信号的 fH 很高，若仍按很高，若仍按 fs 2 fH 抽样，虽抽样，虽能满足样值序列频谱不产生重叠以确保恢复能满足样值序列频谱不产生重叠以确保恢复 m(t)的要求，但将降低信道频带利用率。的要求，但将降低信道频带利用率。讨论：讨论：结论：结论：fH =nBfH 任意任意 fs 通用公式通用公式第8页，共77页，编辑于2022年，星期六fMs(f)0B-B 令令 带通信号带通信号 fH=6B，抽样频率抽样频率 fs=2B9.2.2.1 fH =nBfM(f)fLfHfs-fs 0fT(f)0-fL-fHB-B 讨论：讨论：结论：结论：若限制若限制 fs 2 fH ，只有当抽样频率，只有当抽样频率 fs=2B 时，样值序列时，样值序列的频谱不发生重叠。因此抽样频率值特殊。的频谱不发生重叠。因此抽样频率值特殊。第9页，共77页，编辑于2022年，星期六fMs(f)0B-B 9.2.2.2 fH =nB+kB (n=0、1、2 0 k 1)令令 带通信号带通信号 fH=4B+kB，抽样频率抽样频率 fs=2BfM(f)fLfH0-fL-fHB-B fs-fs fT(f)0结论：结论：样值序列的频谱发生重叠，不能恢复模拟信号。样值序列的频谱发生重叠，不能恢复模拟信号。讨论讨论 fs 的选择方法的选择方法第10页，共77页，编辑于2022年，星期六T(f)f0fMs(f)0B-B fs 的选择方法的选择方法恢复恢复 m(t)的条件是的条件是红三角形红三角形频谱图处不能产生重叠频谱图处不能产生重叠fs-fs 因而需将与之重叠的下边带移开因而需将与之重叠的下边带移开讨论：讨论：n fs 抽样脉冲右移距离是抽样脉冲右移距离是fs 无解无解第11页，共77页，编辑于2022年，星期六9.2.2.3 fs 的通用公式的通用公式fM(f)fLfH0-fL-fHB-B T(f)f0fs-fs 设设 fH=2.8BfMs(f)0B-B 定义：定义：m=1令令 fs=2 fH减小减小 fs ，可以使可以使所有所有下边带左移，与下边带左移，与红色红色频谱频谱不重叠不重叠的条件是的条件是:第一个下边带第一个下边带第二个下边带第二个下边带通式推导通式推导 取取讨论：讨论：fs=3B第12页，共77页，编辑于2022年，星期六T(f)f0fM(f)fLfH0-fL-fHB-B fs 令令 fs=2 fH fH=5.5B fL=4.5Bf0讨论：讨论：fs=8Bfs=3Bm fs fs=2.2B与与红色红色频谱频谱不重叠不重叠的条件是的条件是:令：令：防卫带相等防卫带相等第13页，共77页，编辑于2022年，星期六9.4 模拟信号的量化模拟信号的量化9.4.1 量化的定义量化的定义9.4.2 均匀量化均匀量化9.4.3 非均匀量化非均匀量化第14页，共77页，编辑于2022年，星期六特征：模拟信号被抽样后，若抽样值仍随信号幅度连续变特征：模拟信号被抽样后，若抽样值仍随信号幅度连续变化，则当其上叠加噪声后，接收端无法准确判断所发化，则当其上叠加噪声后，接收端无法准确判断所发送的样值。送的样值。定义：定义：利用预先规定的有限个电平来表示模拟样值的过程利用预先规定的有限个电平来表示模拟样值的过程称为量化。称为量化。模拟信号模拟信号 m(t)量化信号量化信号 mq(t)9.4.1 量化的定义量化的定义样值信号样值信号 ms(t)量化误差信号量化误差信号常用名词常用名词量化区间量化区间 (mi-1 ,mi )量化电平量化电平 q i 量化间隔量化间隔 v（量化噪声）（量化噪声）量化信噪比量化信噪比 Sq/Nq量化器量化器ms(kTs)mq(kTs)波形波形量化级数量化级数 M 动态范围动态范围 (-a,a)eq(t)=|ms(t)-mq(t)|第15页，共77页，编辑于2022年，星期六Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Tsm(t)q qi it0m i-1m i 量化信号量化信号 mq(t)ms(t)量化信噪比量化信噪比mq=mq(kTs)记：记：ms=ms(kTs)vt0量化误差量化误差 nq第16页，共77页，编辑于2022年，星期六定义：把输入信号定义：把输入信号 m(t)的值域按等距离分割的量化称为的值域按等距离分割的量化称为均匀量化，其量化电平取量化区间的中点。均匀量化，其量化电平取量化区间的中点。9.4.2 均匀量化均匀量化v 为常数为常数分析分析 量化信噪比量化信噪比设设 m(t)的参数：动态范围的参数：动态范围(-a,a)量化间隔量化间隔 v=2a/Mmi =-a+i v 第第 i 个量化区间的终点个量化区间的终点量化级数为量化级数为 Mqi =(m i-1+m i )/2 i=1、2 Mm i-1=-a+(i-1)v 第第 i 个量化区间的起点个量化区间的起点量化区间量化区间量化电平量化电平当当 m(t)是平稳随机过程，概率密度函数为是平稳随机过程，概率密度函数为 f(x)时时例例第17页，共77页，编辑于2022年，星期六解：解：当当 v 一定，一定，Nq 为常数。与为常数。与输入信号大小无关输入信号大小无关例：已知均匀量化器量化级数为例：已知均匀量化器量化级数为M，输入信号在，输入信号在-a，a 具有具有均匀概率分布，试求输出端的量化信噪比。均匀概率分布，试求输出端的量化信噪比。满负荷值满负荷值当输入信号当输入信号较小较小时，时，Sq 比满负荷值小，导致比满负荷值小，导致 Sq/Nq小，小，不能不能满足通信的要求。满足通信的要求。第18页，共77页，编辑于2022年，星期六9.4.3 非均匀量化非均匀量化定义定义：v 不不为为常数常数思路：输入信号的特征是小信号出现的概率大，大信号出思路：输入信号的特征是小信号出现的概率大，大信号出现的概率小，因而重点要改善小信号的量化信噪比。现的概率小，因而重点要改善小信号的量化信噪比。实现：将抽样值通过实现：将抽样值通过对数压缩对数压缩再再进行均匀量化进行均匀量化对数压缩方法：对数压缩方法：15 折线折线率压缩率压缩13 折线折线 A 率压缩率压缩xy1187量化波形量化波形第19页，共77页，编辑于2022年，星期六Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Tsm(t)q qi it0m i-1m i mq(t)ms(t)vi第20页，共77页，编辑于2022年，星期六13 折线分段时的折线分段时的 x 值与实际的值与实际的 x 值比较值比较 13 折线折线 A 率压缩率压缩y01按折线分段的按折线分段的 x01实际实际 x 的计算值的计算值01段落段落12345678斜率斜率16168421第21页，共77页，编辑于2022年，星期六0 x 0 时，时，是压缩后量化精度提高的倍数，是压缩后量化精度提高的倍数，定义定义表示量化信噪比改善程度表示量化信噪比改善程度第23页，共77页，编辑于2022年，星期六 例：例：设设=100小信号时（小信号时（x0）大信号时（大信号时（x=1）说明性能变差说明性能变差解：解：第24页，共77页，编辑于2022年，星期六9.5 脉冲编码调制（脉冲编码调制（PCM）9.5.1 码型的选择码型的选择9.5.2 PCM 编码方法编码方法9.5.3 PCM 系统的抗噪性能系统的抗噪性能第25页，共77页，编辑于2022年，星期六自然二进制码自然二进制码 折叠二进制码折叠二进制码 格雷码格雷码抽样值抽样值脉冲极性脉冲极性自然二进制码自然二进制码 折叠二进制码折叠二进制码 量化级量化级正极性信号正极性信号1 1 11 1 171 1 01 1 0 61 0 11 0 151 0 01 0 04负极性信号负极性信号0 1 10 0 030 1 00 0 120 0 1 0 1 010 0 00 1 109.5.1 码型的选择码型的选择发发发发收收 0 1 1 收收 0 1 1收收 0 0 0收收 0 0 0发发发发第26页，共77页，编辑于2022年，星期六折叠码折叠码优优点：点：1）只需对单极性信号进行编码。）只需对单极性信号进行编码。2）小信号的抗噪性能强，大信号反之。）小信号的抗噪性能强，大信号反之。码位数码位数 N 的确定：的确定：当输入信号动态范围一定，当输入信号动态范围一定，量化级数量化级数 M 越大，越大，量化间隔量化间隔v 越小，越小，量化噪声越小，但所需编码位数量化噪声越小，但所需编码位数 N 越多。越多。定义：定义：PCM 信号参数信号参数fs=8 KHz、混合量化方法、二进制折叠码混合量化方法、二进制折叠码M=256、N=8一个码组：一个码组：C1C2C3C4C5C6C7C8C1 极性码极性码C2C3C4 段落码段落码C5C6C7C8 段内码段内码第27页，共77页，编辑于2022年，星期六9.5.2 PCM 编码方法编码方法量化区间的划分量化区间的划分x1非均匀量化非均匀量化 M1=8，分为分为 8 个段落个段落均匀量化均匀量化 M2=16，每段分为每段分为 16 级级第一、二段第一、二段依此类推：依此类推：第三段第三段M=M0 M1 M2=第28页，共77页，编辑于2022年，星期六段落号段落号12345678段落起点电平段落起点电平0163264128256512 1024编码方法编码方法段落号段落号 段落码段落码 C2C3C481 1 171 1 061 0 151 0 04 0 1 130 1 0 20 0 110 0 0段内码段内码 量化级量化级 C5C6C7C8 1 1 1 1151 1 1 014 1 0 0 080 1 1 170 0 0 1 10 0 0 0 0例例第29页，共77页，编辑于2022年，星期六例：例：已知一个样值为已知一个样值为+1270 个量化单位，采用个量化单位，采用13 折线折线 A 率压率压缩。求缩。求 PCM 编码码组和量化误差。编码码组和量化误差。解：解：1）确定）确定 C1 C1 =1 +1270 个量化单位个量化单位=+1270 v 02）确定）确定 C2C3C4 1024 1270 2048 C2C3C4=1 1 13）确定）确定 C5C6C7C8 C5C6C7C8 =0 0 1 1样值落在第样值落在第 3 量化级量化级4）确定）确定 量化误差量化误差 第第 3 量化级的坐标为（量化级的坐标为（1216，1280）量化电平量化电平 量化误差量化误差=1270-1248 =22 (量化单位量化单位)(量化单位量化单位)样值落在第样值落在第 8 段段 码组：码组：1 1 1 1 0 0 1 1第30页，共77页，编辑于2022年，星期六PCM 系统系统框图框图 系统输出系统输出 其中其中：m0(t)：有效输出信号：有效输出信号 nq0(t)：量化噪声引起的输出噪声：量化噪声引起的输出噪声 ne(t)：信道加性噪声引起的输出噪声：信道加性噪声引起的输出噪声系统输出信噪比为系统输出信噪比为9.5.3 PCM 系统的抗噪性能系统的抗噪性能讨论：讨论：m(t)信道信道抽样抽样译码译码量化量化编码编码 A/Dn(t)ms(t)mq(t)低通低通第31页，共77页，编辑于2022年，星期六分析分析均匀量化器均匀量化器设设 样值信号为样值信号为 ms(t)、量化信号为量化信号为mq(t)输出量化噪声功率输出量化噪声功率输出有效信号功率输出有效信号功率 输出信噪比输出信噪比译码输出还原量化信号译码输出还原量化信号二进码位数二进码位数N与量化级数与量化级数M的关系为的关系为 M=2N第32页，共77页，编辑于2022年，星期六 PCM 信号一个抽样值对应一个时隙，一个时隙对应信号一个抽样值对应一个时隙，一个时隙对应 8 bit，每每8 bit 称为一个码组，称为一个码组，n(t)对信号的干扰造成码元错对信号的干扰造成码元错判（判（bit 错误）。错误）。n(t)的大小不同将会造成一个码组中出现一位错码和的大小不同将会造成一个码组中出现一位错码和多位错码的情况。多位错码的情况。仅讨论仅讨论 1 位错码的情况（因多位码同时出错事件出现的概位错码的情况（因多位码同时出错事件出现的概率极小）率极小）设设 每个码元的误码率为每个码元的误码率为Pe（各码元之间相互独立）（各码元之间相互独立）第33页，共77页，编辑于2022年，星期六 已知接收输出端有效信号功率已知接收输出端有效信号功率 只需求出只需求出 n(t)经译码输出后的噪声功率经译码输出后的噪声功率 设设 接收码组码长为接收码组码长为N接收框图接收框图 N0低通低通 译码译码S(t)S0n(t)接收时，码组中任意一位均可能出错，考虑误码积累接收时，码组中任意一位均可能出错，考虑误码积累权值：权值：2N-12N-22i2120寻找信噪比与误码率的关系寻找信噪比与误码率的关系讨论出现讨论出现 1 位错码位错码N-1N-2i10结论：结论：输出端信噪比输出端信噪比第34页，共77页，编辑于2022年，星期六量化间隔为量化间隔为 v若若 第第 0 位码判决错位码判决错译码误差为译码误差为 20v译码误差为译码误差为 27v设设 码组中每出现码组中每出现 1 位错码引起的译码误差电压为位错码引起的译码误差电压为 Q 码组中所有码组中所有 1 位错码的平均误差功率为位错码的平均误差功率为 E Q2 1000000000000000 误差误差-27v0000000000000001 误差误差+v若若 第第 N-1 位码判决错位码判决错0000000100000000 误差误差-v0000000010000000 误差误差+27v 等比级数等比级数 q=4第35页，共77页，编辑于2022年，星期六r 1系统输出信噪比系统输出信噪比第36页，共77页，编辑于2022年，星期六 9.6 差分脉冲编码调制差分脉冲编码调制 9.6.1 DPCM 原理原理 9.6.2 DPCM 编译码编译码 9.6.3 DPCM 的量化信噪比的量化信噪比第37页，共77页，编辑于2022年，星期六 9.6.1 DPCM 原理原理PCM 信号的特点：其幅度动态范围大，样值编码需要较多信号的特点：其幅度动态范围大，样值编码需要较多位数以满足精度要求，增加了传输速率。位数以满足精度要求，增加了传输速率。大多数信源信号在相邻抽样样值间具有很强的相关性大多数信源信号在相邻抽样样值间具有很强的相关性思路：思路：对相邻样值的差值进行编码，以降低信号传输速率。对相邻样值的差值进行编码，以降低信号传输速率。其信号称为其信号称为DPCM（差分脉冲编码调制）。（差分脉冲编码调制）。在量化台阶不变的情况下（即量化噪声不变），编码位在量化台阶不变的情况下（即量化噪声不变），编码位数减少，信号带宽压缩。数减少，信号带宽压缩。若样值之差仍用若样值之差仍用 N 位编码传送，则位编码传送，则DPCM的量化信噪比的量化信噪比优于优于PCM系统。系统。DPCM 的特点：的特点：第38页，共77页，编辑于2022年，星期六 9.6.2 DPCM 编译码编译码方法：方法：依据前面第依据前面第 k-1 个样值预测当前第个样值预测当前第 k 个的样值。个的样值。xn:输入样值输入样值:重建序列重建序列xndn:差值序列差值序列:预测序列预测序列xn量化量化器器编编码码预测预测器器解解码码+-xnxndndqndqncnxnxncn预测预测器器+xn+预测器预测器输出：输出：例例第39页，共77页，编辑于2022年，星期六例例量化器量化器-+激励激励预测输入预测输入第一拍第一拍 预测输出预测输出第二拍第二拍 预测输出预测输出激励激励预测输入预测输入第40页，共77页，编辑于2022年，星期六线性预测器种类线性预测器种类 极点预测器极点预测器 零点预测器零点预测器 零极点预测器零极点预测器量化器量化器-+第41页，共77页，编辑于2022年，星期六定义：定义：系统的总量化误差系统的总量化误差 en 为输入样值为输入样值 xn 与重建与重建序列序列 之差。之差。xn仅与差值序列仅与差值序列 dn 的量化误差有关的量化误差有关9.6.3 DPCM系统的量化信噪比系统的量化信噪比量化信噪比为量化信噪比为:第42页，共77页，编辑于2022年，星期六：差值序列经过量化处理产生的量化信噪比。：差值序列经过量化处理产生的量化信噪比。相当于相当于PCM系统的量化信噪比。系统的量化信噪比。Gp：预测增益。：预测增益。是是DPCM系统相对于系统相对于PCM系统而言的信噪比增益系统而言的信噪比增益一般差值序列功率一般差值序列功率Ed 2n远小于信号功率远小于信号功率Ex2nGp大于大于 1，约为约为611 dB。结论：结论：若要求若要求 DPCM 系统达到与系统达到与 PCM 系统相同的信噪比，系统相同的信噪比，可降低对量化器信噪比的要求，即可减小量化级数，从可降低对量化器信噪比的要求，即可减小量化级数，从而减少码位数，降低比特率。而减少码位数，降低比特率。改进型改进型第43页，共77页，编辑于2022年，星期六自适应预测器：预测系数随语音信号的统计特性变化，使预自适应预测器：预测系数随语音信号的统计特性变化，使预测增益最大。测增益最大。自适应量化器：分层电平、量化电平随预测误差的统计特性变自适应量化器：分层电平、量化电平随预测误差的统计特性变化，使误差量化器的量化信噪比最大。化，使误差量化器的量化信噪比最大。ADPCM 自适应差分脉码调制自适应差分脉码调制采用自适应预测和自适应量化技术采用自适应预测和自适应量化技术改善改善 DPCM量化信噪比量化信噪比ADPCM 编、译码器简化框图编、译码器简化框图第44页，共77页，编辑于2022年，星期六第45页，共77页，编辑于2022年，星期六 9.7 增量调制（增量调制（M）9.7.1 M 原理原理9.7.2 M 编译码编译码9.7.3 M 系统的抗噪性能系统的抗噪性能第46页，共77页，编辑于2022年，星期六思路：思路：样值序列中两个相邻样值之间必存在大小关系，可以样值序列中两个相邻样值之间必存在大小关系，可以用两个逻辑状态来描述。用两个逻辑状态来描述。9.7.1 M 原理原理要求：要求：进一步降低信号传输速率。进一步降低信号传输速率。定义：定义：用一位二进制码表示相邻样值之间的变化趋向，使每个用一位二进制码表示相邻样值之间的变化趋向，使每个样值只需样值只需 1 位编码，称为增量调制。位编码，称为增量调制。样值序列特征：样值序列特征：抽样速率很高（远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小，抽样速率很高（远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小，相邻样值之间的幅度变化较小，不超过量化间隔相邻样值之间的幅度变化较小，不超过量化间隔。波形波形参数：抽样间隔参数：抽样间隔t，均匀量化，量化间隔，均匀量化，量化间隔第47页，共77页，编辑于2022年，星期六010101111110m(t)m(t)0tt12t11t10t9t8t7t6t5t4t3t2t1阶梯信号阶梯信号 m(t)的两个特点：的两个特点：在每个在每个t 间隔内，间隔内，m(t)的幅值不变的幅值不变;相邻间隔的幅值差为相邻间隔的幅值差为（上升或下降一个量化阶），（上升或下降一个量化阶），不能出现不能出现过载。过载。过载量化噪声过载量化噪声限制条件限制条件过载分析过载分析第48页，共77页，编辑于2022年，星期六 9.7.2 M 编译码编译码方法一方法一量化器量化器-+编编码码解解码码低低通通M是是DPCM的特例，量化器的量化级数为的特例，量化器的量化级数为2方法二方法二特点：适合进行理论分析或计算机仿真研究。特点：适合进行理论分析或计算机仿真研究。积分器积分器m(t)脉冲发生器脉冲发生器M低通低通特点：适合硬件实现。特点：适合硬件实现。_+积分器积分器m(t)e(t)m1(t)脉冲发生器脉冲发生器M判决比较器判决比较器Ts发送端发送端接收端接收端波形波形第49页，共77页，编辑于2022年，星期六m(t)010101111110m(t)0tt12t11t10t9t8t7t6t5t4t3t2t1m1(t)预测信号预测信号第50页，共77页，编辑于2022年，星期六过载特性与动态编码范围过载特性与动态编码范围当当 K 大于或等于模拟信号大于或等于模拟信号 m(t)的最大斜率时的最大斜率时定义定义 译码器的最大跟踪斜率译码器的最大跟踪斜率已知已知 抽样间隔为抽样间隔为t，量化台阶为，量化台阶为译码器输出译码器输出 m(t)能跟踪输入信号能跟踪输入信号 m(t)的变化，不发生过载，与的变化，不发生过载，与m(t)误差局限在误差局限在-，为一般量化误差。，为一般量化误差。克服过载方法：克服过载方法：增大增大，使一般量化误差增加。，使一般量化误差增加。增大增大 fs ，使一般量化误差减小。，使一般量化误差减小。结论：结论：M系统的抽样速率比系统的抽样速率比PCM系统的抽样速率高，系统的抽样速率高，其典型值为其典型值为 16 KHz 或或 32 KHz过载噪声是在正常工作时必须且过载噪声是在正常工作时必须且可以避免的噪声可以避免的噪声第51页，共77页，编辑于2022年，星期六例：输入模拟信号为例：输入模拟信号为m(t)=A sink t斜率的最大值斜率的最大值为了不发生过载，应满足为了不发生过载，应满足 临界过载振幅为临界过载振幅为 当抽样频率当抽样频率 fs一定，一定，Amax随随 fk 的增加而减小的增加而减小导致语音高频段的量化信噪比下降，导致语音高频段的量化信噪比下降，M 不实用不实用 定义定义Amax为最大编码电平，为最大编码电平，Amin/2 为最小编码电平为最小编码电平 定义编码的动态范围定义编码的动态范围 DC=Amax/Amin第52页，共77页，编辑于2022年，星期六选用选用 fk=800Hz 为测试标准，获得动态范围与抽样频率关系为测试标准，获得动态范围与抽样频率关系分析分析抽样频率为抽样频率为 fs(KHz)1020324080100编码的动态范围编码的动态范围 DC(dB)121822243032结论：结论：增量调制的编码动态范围较小，在低传码率时，不符合话音增量调制的编码动态范围较小，在低传码率时，不符合话音信号要求。通常，话音信号动态范围要求为信号要求。通常，话音信号动态范围要求为 40 50 dB，因，因此，实用中的此，实用中的M常用改进型，如增量总和调制、常用改进型，如增量总和调制、数字压数字压扩自适应增量调制。扩自适应增量调制。第53页，共77页，编辑于2022年，星期六 量化信噪比量化信噪比9.7.3 M 系统的抗噪性能系统的抗噪性能则则 量化噪声的平均功率为量化噪声的平均功率为假定假定 eq(t)在（在（-，+）之间均匀分布）之间均匀分布 eq(t)的最小周期大致是抽样频率的最小周期大致是抽样频率 fs 的倒数，而且大于的倒数，而且大于 1/fs 的的任意周期都可能出现任意周期都可能出现 近似认为近似认为 在（在（0，fs）频带内均匀分布）频带内均匀分布 量化噪声的单边功率谱密度为量化噪声的单边功率谱密度为仅考虑一般量化噪声仅考虑一般量化噪声 eq(t)=m(t)-m(t)经带宽为经带宽为 fm 的低通滤波器后输出的的低通滤波器后输出的量化噪声功率为量化噪声功率为与与fm/fs有关有关第54页，共77页，编辑于2022年，星期六 临界振幅条件下输入信号功率的最大值为临界振幅条件下输入信号功率的最大值为 系统最大的量化信噪比为系统最大的量化信噪比为 fs 每提高一倍，量化信噪比提高每提高一倍，量化信噪比提高 9 dB。当。当 fs 为为 32kHz 时，量化信时，量化信噪比约为噪比约为26 dB，只能满足一般通信质量的要求。，只能满足一般通信质量的要求。信号频率信号频率 fk 每提高一倍，每提高一倍，量化信噪比下降量化信噪比下降 6 dB。第55页，共77页，编辑于2022年，星期六 误码信噪比误码信噪比信道加性噪声引起的误码噪声功率信道加性噪声引起的误码噪声功率Ne 为为f1 是语音频带的下截止频率是语音频带的下截止频率与与 系统误码率系统误码率 Pe 成反比成反比M 系统输出的总信噪比为系统输出的总信噪比为第56页，共77页，编辑于2022年，星期六本质区别：本质区别：PCM 是对样值本身编码是对样值本身编码9.8 PCM 与与M 的性能比较的性能比较M 是对相邻样值的差值的极性编码是对相邻样值的差值的极性编码 抽样速率抽样速率PCM 系统中的抽样速率系统中的抽样速率fs 是根据抽样定理来确定的；是根据抽样定理来确定的；M 的抽样速率与最大跟踪斜率和信噪比有关。在保证的抽样速率与最大跟踪斜率和信噪比有关。在保证不发生过载，达到与不发生过载，达到与PCM系统相同的信噪比时，系统相同的信噪比时，M的抽样速率远远高于奈奎斯特速率。的抽样速率远远高于奈奎斯特速率。带宽带宽M系统的数码率为系统的数码率为Rb=fs，要求的最小信道带宽为，要求的最小信道带宽为PCM系统的数码率为系统的数码率为64 KHz，要求最小信道带宽为，要求最小信道带宽为32KHz。通常实际应用取通常实际应用取 fs 第57页，共77页，编辑于2022年，星期六 量化信噪比量化信噪比在相同的数码率在相同的数码率Rb条件下条件下数码率低时，数码率低时，M 性能优越；性能优越；数码率较高时，数码率较高时，PCM 性能优越性能优越比较曲线可知，当比较曲线可知，当 PCM 系统系统的编码位数的编码位数N4（码率较低）（码率较低）时，时，M的量化信噪比高于的量化信噪比高于PCM 系统。系统。第58页，共77页，编辑于2022年，星期六 信道误码的影响信道误码的影响M 系统中，每一个误码只造成一个量阶的误差，所系统中，每一个误码只造成一个量阶的误差，所以它对误码不太敏感。故对误码率的要求较低，以它对误码不太敏感。故对误码率的要求较低，一般在一般在 10-3 10-4，允许用于误码率较高的信道。，允许用于误码率较高的信道。PCM 系统中，每一个误码尤其是码组高位误码会造成许多系统中，每一个误码尤其是码组高位误码会造成许多量阶的误差，误码对量阶的误差，误码对 PCM 系统的影响要比系统的影响要比M系统系统严重，故对误码率的要求较高，严重，故对误码率的要求较高，一般为一般为10-5 10-6。第59页，共77页，编辑于2022年，星期六9.9 时分复用和多路数字电话系统时分复用和多路数字电话系统9.9.1 时分复用的基本概念时分复用的基本概念9.9.2 时分复用系统时分复用系统9.9.3 时分多路数字电话系统时分多路数字电话系统第60页，共77页，编辑于2022年，星期六9.9.1 时分复用时分复用(TDM)的基本概念的基本概念多路复用：使多路信号沿同一信道传输而互不干扰。多路复用：使多路信号沿同一信道传输而互不干扰。时分多路复用：使各路信号在信道上占有不同的时时分多路复用：使各路信号在信道上占有不同的时间间隔同时传输而互不干扰。间间隔同时传输而互不干扰。帧周期：抽样周期帧周期：抽样周期 Ts 。路时隙：每路信号的一个样值占有的时间路时隙：每路信号的一个样值占有的时间 TC 。位时隙：码组中一个码元占有的时间位时隙：码组中一个码元占有的时间 TB 。第一路信号第一路信号第二路信号第二路信号复用信号复用信号 Ts Ts TC TC Ts Ts 第61页，共77页，编辑于2022年，星期六213量化量化编码编码译码译码K2132量化量化编码编码译码译码K1特征：特征：将各路信号的抽样时间错开将各路信号的抽样时间错开 TDM 原理框图：原理框图：9.9.2 时分复用系统时分复用系统要求：要求：收、发两端开关收、发两端开关K1、K2 完全同步。完全同步。保证开关保证开关K1、K2 旋转一圈的频率（即抽样频率）满足抽旋转一圈的频率（即抽样频率）满足抽样定理，既可实现收发一致。样定理，既可实现收发一致。信道信道第62页，共77页，编辑于2022年，星期六PCM 30/32 路复用系统路复用系统帧周期帧周期 Ts=125s 9.9.3 时分多路数字电话系统时分多路数字电话系统基群信号：基群信号：包含包含 30 路用户信号和路用户信号和 2 路信令信号路信令信号每路信号的采样频率每路信号的采样频率 fs =8000 Hz PCM 高次群高次群将将 4 个基群复接成二次群，将个基群复接成二次群，将 4 二次群复接成三次群二次群复接成三次群 复接的目的：提高传输速率复接的目的：提高传输速率帧结构及参数帧结构及参数群群基群基群二次群二次群三次群三次群四次群四次群路数路数304120448041920数码率数码率 Mb/s2.0488.44834.368139.264PCM 高次群的高次群的复接方法复接方法第63页，共77页，编辑于2022年，星期六PCM 30/32 路系统帧结构路系统帧结构125 s (F )TS0TS1TS2.TS16TS17 .TS30TS31TS0、TS16 为为信令信令TS0 .TS31 称为称为路时隙路时隙TS1 TS15、TS17 TS31 为为用户信号用户信号PCM 30/32 路系统帧参数路系统帧参数路时隙的时间路时隙的时间位时隙的时间位时隙的时间数码率数码率帧长度帧长度PCM 30/32 路系统复帧结构路系统复帧结构16 个基本帧组成个基本帧组成 1 个复帧个复帧F0F1.F14F15第64页，共77页，编辑于2022年，星期六复帧对告码复帧对告码信令信令奇帧奇帧 TS0复帧同步码复帧同步码帧同步码帧同步码偶帧偶帧 TS0CH16CH1CH30CH150 0 1 1 0 1 1F0 F1125 sTS0TS1TS2 .TS16TS17 .TS30TS31 1A11 1 1 1 100001A211abcdabcd F15abcdabcdA1 ：帧失步对告码帧失步对告码同步：同步：A1=0、A2=0失步：从收信号中得失步：从收信号中得不到帧同步信号或复不到帧同步信号或复帧同步信号时，向对帧同步信号时，向对方发告警信号方发告警信号 A1=1、A2=1a b c 的组合描述各话路的空闲、忙、主叫、被的组合描述各话路的空闲、忙、主叫、被叫、摘机、挂机等信息叫、摘机、挂机等信息A2 ：复帧失步对告码复帧失步对告码第65页，共77页，编辑于2022年，星期六复接方法复接方法按位复接：每次复接按位复接：每次复接 1 bit 基群基群 1特点：复接后每位码元的宽度为原来的特点：复接后每位码元的宽度为原来的1/4基群基群 2基群基群 3基群基群 4二次群二次群1 0 0 1 0 1 11 1 0 1 0 0 10 1 1 0 1 0 00 0 1 0 1 1 01 1 0 0 0 1 1 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 0 0 1 1 1 0 0按码字复接：每次复接按码字复接：每次复接 8 bit，循环周期长。，循环周期长。按帧复接：每次复接按帧复接：每次复接 256 bit，利于信息交换，但需大容量存，利于信息交换，但需大容量存储器。储器。第66页，共77页，编辑于2022年，星期六复接方法分类复接方法分类同步复接：被复接的所有支路信号的时钟由总时钟源同步复接：被复接的所有支路信号的时钟由总时钟源提供，保证各个支路信号是同步信号，完成复提供，保证各个支路信号是同步信号，完成复接。（接。（SDH 系统）系统）异步复接：所有被复接支路信号的时钟由各自系统异步复接：所有被复接支路信号的时钟由各自系统提供，虽然其标称值相同，但允许出现偏差，提供，虽然其标称值相同，但允许出现偏差，所以各个支路的瞬时码速不等。因此，在复所以各个支路的瞬时码速不等。因此，在复接这些异步信号之前，必须对各个支路的信接这些异步信号之前，必须对各个支路的信号进行码速调整（即相位调整）使之成为同号进行码速调整（即相位调整）使之成为同步信号，再进行复接。步信号，再进行复接。（PDH 系统）系统）第67页，共77页，编辑于2022年，星期六SDH 复用原理复用原理同同步步数数字字系系列列(Synchronousdigital Hierarchy-SDH)的的构构想想起起始始于于20世世纪纪80年年代代中中期期，由由同同步步光光纤纤网网(Synchronous Optical Network-SONET)演变而成。演变而成。1.SDH的特点的特点不仅适用于光纤传输，亦适用于微波及卫星等其他传输手段，不仅适用于光纤传输，亦适用于微波及卫星等其他传输手段，并并且使原有人工配线的数字交叉连接且使原有人工配线的数字交叉连接(DXC)手段可有效地按动态需求方手段可有效地按动态需求方式改变传输网拓扑式改变传输网拓扑,充分发挥网络构成的灵活性与安全性，充分发挥网络构成的灵活性与安全性，而且在而且在网路管理网路管理功能方面大大增强。因此，功能方面大大增强。因此，SDH成为成为B-SDN的重要支撑，的重要支撑，形成一种较为理想的新一代传送网形成一种较为理想的新一代传送网(Transport Network)体制。体制。第68页，共77页，编辑于2022年，星期六(2)使使不不同同等等级级的的净净负负荷荷码码流流在在帧帧结结构构上上有有规