脉冲编码调制的基本原理.doc

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。
内容 1、数的进制


方法课堂讲解,电化教学。
时间 45分钟
要求 ,专心听讲,做好笔记;
,积极发言,课后做好复****br/>器材保障教材、资料
教学进程
教学准备(5分钟)
,准备教学用具;
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,而数字程控交换机内部交换的却是数字信号,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。
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
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。
f(t)
模拟信号
0
0
0
t
t
t
抽样脉冲
抽样信号
1T
2T
3T
4T
5T
6T
取样值
1T
2T
3T
4T
D/A变换
5T
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内容讲解,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,ITU规定的抽样频率为:fs=8000HZ,抽样周期为T=1/8000=125
μs。
(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,;-;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。
0
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
幅值
t
图1-5a 抽样
0
1
2
3
4
5
6
7
1
2
3
4
5
6
幅值
t
3
5
4
2
3
4
图1-5b 量化
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位数及更高的码速,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“压缩扩张法”,简称“压扩法”。
ITU建议的压扩法特性叫做A律或μ律。A律用于欧洲和中国,30/32路PCM系统中采用A律;μ律用于北美和日本,24路PCM系统中采用μ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
在PCM通信的接收端,需要将PCM信号还原成语音(模拟)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