脉冲编码调制的基本原理教学大纲.pdf

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1、 .-1-/11 批准人：年 月 日 第一讲 脉冲编码调制基本原理 教 学 提要 课目专业基础 目的 了解脉冲编码调制的基本原理。容 1、数的进制 2语音信号的数字化 3时分多路复用和 PCM30/32 系统 方法课堂讲解，电化教学。时间 45 分钟 要求1遵守课堂纪律，专心听讲，做好笔记；2勤于思考，积极发言，课后做好复习。器材保障 教材、资料 教学进程 .-2-/11 教学准备（5 分钟）1清点人数，准备教学用具；2 宣布作业提要。教学实施（37 分钟）一、数的进制 (一)二进制数 (二)八进制数 (三)十六进制数 一、语音信号的数字化 大家都知道，语音信号是模拟信号，而数字程控交换机部交

2、换的却是数字信号，那么如何使模拟的语音信号数字化，可采用脉冲编码调制的方法，即 PCM。我们知道，模拟信号数字化称为模/数（A/D）变换，而把数字信号还原成模拟信号称为数/模（D/A）变换，综合 A/D 和 D/A 的一般步骤，图 1-3 给出了 PCM 通信的简单模型。.-3-/11 图 1-3 PCM 通信的简单模型 （一）抽样 语音信号在时间上是连续的，经过抽样后变成时间上离散的信号。简单的说，抽样就是将模拟信号在时间上离散的过程。抽样上每隔一定的时间间隔 T，在抽样器上接入一个抽样脉冲，通过抽样的脉冲去控制抽样器的开关电路，取出话音信号的瞬间电压值，即样值。如图 1-4 所示，抽样后的

3、信号称为抽样信号，显然，它可以看作按幅度调制的脉冲信号，即 PAM 信号，其幅度的取值仍是连续的，不能用有限个数字来表示，因此抽样值仍是模拟信号。抽样 量化 编码 再生 解码 低通 语音 信号 语音 信号 发送端 接收端 A/D 变换 信道 .-4-/11 图 1-4 语音信号的抽样 语音信号抽样后信号所占用的时间被压缩了，这是时分复用技术的必要条件。关于这一点将在本节课第三个容讲解，但是，用抽样信号代替原信号必须要满足抽样定理，否则样值不能够完全表征原信号。抽样定理：对于一个具有有限带宽的模拟信号 f(t)，其最高频率分量为 fm,则当抽样频率 fs 2fm 时，样值可以完全表征原信号。我们

4、的语音信号频率在 300-3400HZ 之间，根据抽样定理，抽样频率 fs=2x3400=6800HZ，为了留一定的防卫带，ITUf(t)模拟信号 0 0 0 t t t 抽样脉冲 抽样信号 取样值 .-5-/11 规定的抽样频率为：fs=8000HZ，抽样周期为T=1/8000=125s。（二）量化 抽样后的信号，其幅度的取值仍是无限多个，是连续的，在幅度上离散化抽样信号，就是量化。简单的说，量化就是将抽样信号在幅度上离散化的过程。量化可以采用“四舍五入”的方法，使每个抽样后的幅度值用一个邻近的“整数”值来近似，图 1-5a 就是这种量化方法的示意图，图中把信号归纳为 0-7 级，并规定，小

5、于 0.5 的为 0 级；0.5-1.5 之间为 1 级；依次类推，这样经过量化，连续的样值被归到了 0-7 级中的某一级，图 1-5b 就是量化后的值，这里的每一级称为量化级。.-6-/11 图 1-5a 抽样 图 1-5b 量化 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 幅值 t 0 1 2 3 4 5 6 7 1 2 3 4 5 6 幅值 t 3 5 4 2 3 4 .-7-/11 需要注意的是，把无限多个幅度值量化成有限的量化级，必然会产生误差，即量化误差。小信号的量化误差相对较大，为提高小信号量化后的信噪比，可以增加量化级数或采用不均匀量化分组，第一种方法要求更多的编码

6、位数与更高的码速，也就对编码器要求更高；第二种方法是讲小信号的量化级分得更细些，将大信号的量化级分得粗略些，这种做法叫做“压缩扩法”，简称“压扩法”。ITU 建议的压扩法特性叫做 A 律或律。A 律用于欧洲和中国，30/32 路 PCM 系统中采用 A 律；律用于北美和日本，24 路 PCM 系统中采用律。（三）编码 简单的说，编码就是将量化后的幅度值用一定的代码来表示。由于编码后的数字信号携带着原始语音（模拟）信号信息，因此就如同将模拟信号“调制”到了代码上，而代码是由信号抽样得到的脉冲序列再量化编码后得到的，这就构成了脉冲编码调制通信，即我们通常所说的 PCM 通信。（四）再生、解码、低通

7、 在 PCM 通信的接收端，需要将 PCM 信号还原成语音（模拟）.-8-/11 信号，这需要再生、解码、低通（或重建）几个过程，再生就是将 PCM 信号进行放大，解码就是把 PCM 信号转换为与发送端相同的 PAM 信号，在 PAM 信号中包含原语音信号的频谱，因此可以采用把 PAM 信号通过低通滤波器分离出所需要的语音信号，这一过程即为重建。二、时分多路复用和 PCM30/32 系统 在通信网的建设中，线路设备的投资占较大比重，因此，如何提高线路利用率，在较少的硬件资源上传输更多的信号，实现多路复用，可采取频分和时分两种方法。现有的有线电视信号传送，就采用频分的方法，即把多种频段的信号混合

8、在一起传送，由接收机选频来分离信号。时分多路复用就是利用各路信号在信道上占有不同时间间隙（即时隙）而把各路信号分开。具体来说就是，就是把时间分成均匀的时间间隔，将每一路信号的传输时间分配在不同的时间间隔，以达到互相分开的目的，每路所占用的时间间隙称为时隙（TS）。PCM 通信是典型的时分多路通信系统，如图 1-6 所示。.-9-/11 如图 1-6 由上图可见，每一路信道在指定的时间接通，其它时间为别的信道接通，为了使发端与收端各路信道能够协调一致的工作，在发送端需要传送一个同步信号，利用同步控制信号来确保发端和收端协调工作。下面我们介绍 PCM 系统中时隙和帧的概念。前面已经讲过，对于语音信

9、号传送，抽样频率为 8000HZ，即每 125s 抽样一次，每次抽样后经过量化和编码成为 8 比特的码串，传送一路的 8 比特对应的时间长度就是一个时隙（TS）,在 PCM32 系统中，32 条信息复用一条物理电路，因此，在 125s 各路信号传送一次，即 32 个时隙的码串依次传送一遍，就合成了一“帧”。并且，在采用随路信令时，为了传送各话路的标志信号，还引入了复帧的概念，将连续的 16 帧称为一个复帧。ITU 建议的 PCM 基本结构包括 32 路系统和 24 路系统，我PCM 编码 PCM 译码 同步 控制 信道 1路 2路 31路 2路 3路 .-10-/11 国和欧洲采用的是 PCM

10、32 系统，关于这一点我们在前面已经讲过，因为通信中，由 30 个时隙作为话路使用，因此也称为 PCM30/32 系统，其帧结构如图 1-7 所示。图 1-7 PCM30/32 系统帧结构图 由上图可见，每一帧对应的时间长度为 125s，每个时隙的大小是 125s/32=3.9s，每一复帧的时间长度为16x125s=2ms。32 个时隙是这样分配的，TS1-TS15、TS17-TS31 为话路时隙，TS0 用来传送帧定位信号，保持发端与收端的同步工作。在局间采用随路信令时，TS16用来传送复帧同步码和各话路的标志信号，当局间采用NO.7 信令时，TS16 可以作为信令链路使用，也可以作为话路使

11、用。这里的随路信令和 NO.7 信令我们将在以后的课程中陆续讲到，这里不作详细讲解。F0 F1 F3 F2 F5 F4 F7 F6 F9 F8 F11 F10 F13 F12 F14 F15 1复帧=16帧(2ms)TS0 TS1 TS16 TS17 1帧=32时隙=256比特(125s)TS15 TS1-TS15 话 路 时隙 TS17-TS31话路时隙 TS16标志信号时隙 TS0同步时隙 TS31 .-11-/11 注意！我们这里只讲到了 PCM 一次群，因为数字程控交换只涉与到一次群，PCM 高次群在这里不作讲解。总 结 同志们，我们利用三个课时对脉冲编码调制的基本原理进行了学习，我们主要讲了三个方面的容，模拟信号和数字信号，语音信号的数字化，时分多路复用和 PCM30/32 系统，其中第一个容是第二个容的基础，第二个容是重点，第三个容是第二个容的延伸 教学讲评（分钟）思考题.什么是模拟信号和数字信号？.模拟信号经过哪几个步骤可以转化为数字信号并简述过程？.PCM30/32 系统话路占用哪些时隙，TSO 与 TS16 各传送什么信号？1.根据课堂容计算 PCM30/32系统传送码率是多少？