通信原理 第十二讲.ppt
通信原理通信原理 第十二讲第十二讲通信基础教研室通信基础教研室 潘若禹潘若禹 办公室办公室 3 3号实验楼号实验楼324324 电话电话 8816634888166348 邮箱邮箱 非均匀量化非均匀量化 定义：定义：非均匀量化是一种在整个动态范围非均匀量化是一种在整个动态范围内量化间隔不相等的量化。内量化间隔不相等的量化。非均匀量化时是根据信号的不同区间来确非均匀量化时是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。信号抽样值小时定量化间隔的。信号抽样值小时,量化间隔量化间隔 也也小小;信号抽样值大时信号抽样值大时,量化间隔量化间隔 也变大。也变大。非均匀量化的实现方法是将信号抽样值通非均匀量化的实现方法是将信号抽样值通过压缩器后再进行均匀量化。常用的是过压缩器后再进行均匀量化。常用的是压缩压缩律与律与A A压缩律。压缩律。1.1.律与律与A A律压缩特性律压缩特性律和律和A A律归一化压缩特性表示式分别为律归一化压缩特性表示式分别为律：律：A A律：律：2.A2.A律律1313折线的折线的PCMPCM编码编码 折叠码是目前折叠码是目前A A律律1313折线折线PCMPCM设备所采用的码设备所采用的码型。型。A A律律1313折线的近似折线的近似折折线线段段号号1 12 23 34 45 56 67 78 8斜斜 率率161616168 84 42 21 11/21/21/41/4 上述上述8 8段之中段之中,每一段都要再均匀地分成每一段都要再均匀地分成1616等等份份,每一等份就是一个量化级每一等份就是一个量化级。因此。因此,输入信号输入信号的取值范围的取值范围0 0至至1 1总共被划分为总共被划分为16168=1288=128个不均个不均匀的量化级。匀的量化级。它对小信号分得细它对小信号分得细,最小量化级为第最小量化级为第1.21.2段的段的量化级。即：量化级。即：(1/128)(1/128)(1/16)=1/2048(1/16)=1/2048 一般最小量化级为一个量化单位一般最小量化级为一个量化单位,用用表示表示,可可以计算出输入信号的取值范围以计算出输入信号的取值范围0 0至至1 1总共被划分总共被划分为为20482048。1.1.编码原理编码原理 码字码字对于对于Q Q个量化电平个量化电平,可以用可以用k k位二进制位二进制码来表示码来表示,称其中称其中每一种组合为一个码字每一种组合为一个码字。码型码型指的是把量化后的所有量化级指的是把量化后的所有量化级,按其按其量化电平的大小次序排列起来量化电平的大小次序排列起来,并列出各对应并列出各对应的码字的码字,这种对应关系的整体就称为码型。这种对应关系的整体就称为码型。1)1)码位的安排码位的安排 用于用于1313折线折线A A律特性的律特性的8 8位非线性编码的码组位非线性编码的码组结构如下：结构如下：极性码极性码 段落码段落码 段内码段内码 M1 M2M3M4 M5M6M7M8 其中第一位其中第一位M1 表示量化值的极性正负。表示量化值的极性正负。M1=1=1 代表信号极性为正代表信号极性为正 M1=0=0 代表信号极性为负代表信号极性为负 后面的后面的7 7位分为段落码和段内码两部分位分为段落码和段内码两部分,用用于表示量化值的绝对值。于表示量化值的绝对值。段落序号段落序号段落段落码码M2M3M4 段落范段落范围围（量化（量化单单位）位）8 81 1 11 1 110241024204820487 71 1 01 1 0512512102310236 61 0 11 0 12562565115115 51 0 01 0 01281282552554 40 1 10 1 164641271273 30 1 00 1 0323263632 20 0 10 0 1161631311 10 0 00 0 00 01515段内码的编码规则：段内码的编码规则：电平序号电平序号段内码段内码电平序号电平序号段内码段内码 M5M6M7M8 M5M6M7M8 1515141413131212111110109 98 81 1 1 11 1 1 11 1 1 01 1 1 01 1 0 11 1 0 11 1 0 01 1 0 01 0 1 11 0 1 11 0 1 01 0 1 01 0 0 11 0 0 11 0 0 0 1 0 0 0 7 76 65 54 43 32 21 10 00 1 1 10 1 1 10 1 1 00 1 1 00 1 1 00 1 1 00 1 0 10 1 0 10 0 1 10 0 1 10 0 1 00 0 1 00 0 0 10 0 0 10 0 0 00 0 0 0 至此至此,一个信号的正负极性用一个信号的正负极性用M1 表示表示,幅度幅度在一个方向上在一个方向上(正或负正或负)有有8 8个大个大段段,用用M2M3M4从表示，具体落在某段落内的电平上，从表示，具体落在某段落内的电平上，用用4 4位位段内码段内码M5M6M7M8 表示。表示。假若采用均匀量化而仍希望对于小电压保假若采用均匀量化而仍希望对于小电压保持有同样的动态范围持有同样的动态范围1/2048,1/2048,则需要用则需要用1111位的位的码组才行。现在采用非均匀量化码组才行。现在采用非均匀量化,只需要只需要7 7位位就够了。就够了。2)2)编码原理编码原理 逐次比较型编码器编码的方法逐次比较型编码器编码的方法用天平用天平称重物的过程称重物的过程 天平称重物的过程：天平称重物的过程：第一次称重所加砝码是估计的；第一次称重所加砝码是估计的；第二次称重所加砝码根据第一次的结果；第二次称重所加砝码根据第一次的结果；依次往下进行依次往下进行,直到接近平衡为止。直到接近平衡为止。以上这个过程称为逐次比较称重的过程。以上这个过程称为逐次比较称重的过程。例例2 2已知抽样值为已知抽样值为+635,+635,要求按要求按1313折线折线A A律编码。律编码。逐次比较型编码器原理图逐次比较型编码器原理图2)PCM2)PCM信号的码元速率和带宽信号的码元速率和带宽 码元速率码元速率 为抽样速率为抽样速率,Q,Q为量化电平数。为量化电平数。带宽带宽传输传输PCMPCM信号所需的最小带宽。信号所需的最小带宽。(理想低通传输理想低通传输)2.2.译码原理译码原理 作用是把收到的作用是把收到的PCMPCM信号还原成相应的信号还原成相应的PAMPAM信号。信号。极性控制部分的作用是根据收到的极性码极性控制部分的作用是根据收到的极性码M1来判断来判断PCMPCM信号的极性信号的极性,使译码后的使译码后的PAMPAM信号信号的极性恢复成与发送端相同的极性。的极性恢复成与发送端相同的极性。7/127/12变换电路是将变换电路是将7 7位非线性码转变为位非线性码转变为1212位位线性码。在编码器的本地译码电路中采用线性码。在编码器的本地译码电路中采用7/117/11位码变换位码变换,使量化误差有可能大于本段落量化使量化误差有可能大于本段落量化间隔的一半。间隔的一半。知识点：知识点：7/11 7/11变换：变换：7 7位码对应的电平位码对应的电平=11=11位线性码对应的电平位线性码对应的电平 7/12 7/12变换：变换：7 7位码对应的电平位码对应的电平+=12+=12位线性码对应位线性码对应的电平的电平5.35.3时分多路复用时分多路复用 在数字通信中在数字通信中,一般采用时分多路复用的一般采用时分多路复用的方式来提高系统的传输效率。方式来提高系统的传输效率。时分复用时分复用利用各信号的抽样值在时间上利用各信号的抽样值在时间上不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信不相互重叠来达到在同一信道中传输多路信号的方法。号的方法。5.3.1TDM5.3.1TDM基本原理基本原理 由于单路抽样信号在时间上离散的相邻脉由于单路抽样信号在时间上离散的相邻脉冲间有很大的空隙冲间有很大的空隙,在空隙中插入若干路其他在空隙中插入若干路其他抽样信号抽样信号,只要各路抽样信号在时间上不重叠只要各路抽样信号在时间上不重叠并能区分开并能区分开,从而一个信道可以同时传输多路从而一个信道可以同时传输多路信号。信号。相关定义相关定义各路信号的抽样间隔各路信号的抽样间隔复用信号脉冲的间隔复用信号脉冲的间隔一帧一帧各个消息构成单一抽样的一组脉冲各个消息构成单一抽样的一组脉冲时隙时隙一帧中一帧中相邻两个脉冲之间相邻两个脉冲之间的时间间隔的时间间隔保护时间保护时间未被抽样脉冲占用未被抽样脉冲占用的时隙的时隙5.3.2TDM5.3.2TDM的带宽及相关问题的带宽及相关问题1.1.抽样速率抽样速率 、抽样脉冲宽度、抽样脉冲宽度 、复用路数、复用路数2.2.信号带宽信号带宽 与路数与路数 的关系的关系3.3.时分复用信号仍然是基带信号时分复用信号仍然是基带信号4.4.时分复用系统必须严格同步时分复用系统必须严格同步5.3.3 TDM5.3.3 TDM与与FDMFDM的比较的比较 FDMFDM用用频率频率来区分同一信道上同时传输来区分同一信道上同时传输的信号，各信号在频域上是分开的，而在时的信号，各信号在频域上是分开的，而在时域上是混叠在一起的。域上是混叠在一起的。TDM TDM在在时间时间上区分同一信道上依次传输上区分同一信道上依次传输的信号，各信号在时域上是分开的，而在频的信号，各信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。域上是混叠在一起的。5.3.5 PCM30/325.3.5 PCM30/32路典型终端设备介绍路典型终端设备介绍 PCM30/32PCM30/32路终端设备与市话电缆、长途电路终端设备与市话电缆、长途电缆、数字微波系统各光纤等传输信道连接，缆、数字微波系统各光纤等传输信道连接，作为有线或无线电话的时分多路终端设备。作为有线或无线电话的时分多路终端设备。1.1.基本特性基本特性 话路数目：话路数目：3030 抽样频率：抽样频率：8Khz8Khz 压扩特性：压扩特性：A A律律1313折线，编码位数折线，编码位数k k8 8 每帧时隙数：每帧时隙数：3232 总数码率：编码位数总数码率：编码位数*时隙数时隙数*抽样速率抽样速率2.2.帧和复帧结构帧和复帧结构(1)(1)时隙分配时隙分配 抽样周期为抽样周期为1/8000=1251/8000=125s,s,它被称为一它被称为一个帧周期个帧周期,即即125125s s为一帧。一帧内要时分为一帧。一帧内要时分复用复用3232路路,每路占用的时隙为每路占用的时隙为125/32=3.9125/32=3.9s,s,称为称为 1 1个时隙。因此一帧有个时隙。因此一帧有3232个时隙个时隙,按顺序编号为按顺序编号为T TS S0 0、T TS S1 1、TSTS3131。TSTS1 1TSTS1515、TSTS1717TSTS3131为为3030个话路时隙。个话路时隙。TSTS0 0为帧同步码为帧同步码,监视码时隙。监视码时隙。TSTS1616为信令为信令(振铃、占线、摘机振铃、占线、摘机等各等各种标志信号种标志信号)时隙。时隙。(2)(2)话路比特的安排话路比特的安排 每每个个话话路路时时隙隙内内要要将将样样值值编编为为8 8位位二二元元码码,每每个个码码元元占占3.9s/8=488 3.9s/8=488 ns,ns,称称为为1 1比比特特,编编号号为为1 18 8。第第1 1比比特特为为极极性性码码,第第2 24 4比比特特为为段落码，第段落码，第5 58 8比特为段内码。比特为段内码。(3)TS(3)TS0 0时隙比特分配时隙比特分配(4)TS(4)TS1616时隙的比特分配时隙的比特分配 若若将将TSTS1616时时隙隙的的码码位位按按时时间间顺顺序序分分配配给给各各话话路路传传送送信信令令,需需要要用用1616帧帧组组成成一一个个复复帧帧,分分别别用用F F0 0、F F1 1、F F1515表表示示,复复帧帧周周期期为为2ms,2ms,复帧频率为复帧频率为500Hz500Hz。
