《数字终端技术》PPT课件.ppt

数字通信技术第2版 主编 第2章数字终端技术 1 抽样的概念及抽样定理 2 量化的概念 PCM编解码的概念及实现方法 3 自适应差值脉码的调制与解调 ADPCM 实现方法 4 时分复用的概念及时分多路复用系统的构成 5 PCM30 32路系统的时隙分配及帧结构方式 6 PCM高次群数字复接的概念及复用系统的构成 2 1脉冲编码调制2 1 1抽样2 1 2量化2 1 3编码2 1 4再生 第2章数字终端技术 2 1 5解码2 1 6滤波2 2PCM编解码器2 2 1单片编解码器的结构2 2 2Intel2914单路编解码器2 2 3PCM系统中的噪声2 3自适应差值脉冲编码调制2 3 1增量调制2 3 2差值脉冲编码调制2 3 3自适应差值脉冲编码调制的原理2 4时分复用原理 第2章数字终端技术 2 4 1时分多路复用 帧结构的基本概念2 4 230 32路PCM基群帧结构2 4 330 32路PCM基群终端机的构成及性能指标2 4 4PCM高次群7 30 32路PCM系统是全系统共分为32个时隙 其中30个时隙用来传送30路语音信息 一个路时隙 即TS0用来传送帧同步码 另一个路时隙 即TS16用来传送30路个话路的信令信号 2 1脉冲编码调制 图2 2PCM单路抽样 量化 编码波形图 2 1 1抽样 图2 3抽样时的样值序列波形图 2 1 1抽样 图2 4抽样时的样值序列频谱 1 当B fL 2B时 如果满足以下条件 2 1 1抽样 2 当2B fL 3B时 如能满足以下条件 3 当nB fL n 1 B时 即一般情况 如图2 5c所示 抽样频率应满足下列条件 图2 5带通型信号的抽样频率选择 2 1 1抽样 解 B f fL 552 312 240kH 2 1 2量化 图2 6量化的原理 2 1 2量化 图2 7非均匀量化的原理示意图 1 A律压缩特性 2 1 2量化 图2 8A律压缩特性 2 十三折线特性 2 1 2量化 1 A值要大 对改善小信号的信噪比有利 图2 9十三折线法 2 1 2量化 2 易于用数字电路实现 X轴上相邻段落的段距近似按2的幂次分段 Y轴仍按均匀分段 2 1 3编码 1 组成码字的码位安排1 信号样值有正负 用一位以 1 和 0 来分别表示信号的正和负 称这位码为极性码 2 A律13折线压缩律有8个大段 每个折线段的长度各不相同 第 段和第 段长度最短 为1 128 3 由于各段的长度不同 再把它等分为16小段后 每一小段所具有的量化值也不同 表2 1各折线长度及段内量化阶 2 1 3编码 表2 2段落电平关系表 2 编码的码型 2 1 3编码 表2 3自然二进制码与折叠二进制码比较 2 1 3编码 3 逐次反馈编码原理下面来说明逐次比较型编码的原理 编码器的任务就是要根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进制代码 我们来研究A律13折线逐次反馈型编码方法 这种编码方法是由整流极性判决 求和比较 局部解码等主要部件实现的 逐次反馈型编码框图如图2 10所示 2 1 3编码 图2 10逐次反馈型编码框图 2 1 4再生 图2 11再生中继器框图 均衡放大对收到的已失真PCM信号进行整形和放大 在一定程度上补偿了幅度和相位失真 2 1 4再生 定时电路定时电路从均衡放大输出中提取一个周期脉冲序列 以便在均衡放大的输出信噪比最大时刻对已均衡的信号进行取样 识别再生由一个门限参考电平 在取样时刻 当均衡波形幅度大于门限电平时 就判为 有 于是产生一个新的不失真的脉冲 送入信道 2 1 5解码 解码器根据A律13折线压扩律将输入并行PCM码进行数 模变换还原为PAM信号 简称D A变换器 解码与编码一样 有几种形式 有混合型及级联型 目前多采用权电流网络型 这里主要讨论这种形式的解码网络 图2 12所示为电阻网络型解码方式框图 记忆电路它的作用是将输入的PCM串行码变成同时输出的并行码 7 12码变换电路它的作用是将7位非线性码变成12位的线性码 极性控制电路检出极性码元 以便使恢复出来的PAM信号能够极性还原 寄存读出电路这是解码器特有的 2 1 5解码 恒流源及电阻网络它输出的电流值就是所恢复的信号量化样值 并有12位线性码控制 恒流源及电阻网络 的开关 图2 12电阻网络型解码方式框图 2 1 6滤波 这是接收机最后的一次操作 将译码器的输出经过一个截止频率为信息带宽 W 的低通滤波器 就可以取出原来的信号 假如在传输过程中没有误码 那么恢复出来的信号除了量化噪声以外 就没有其他噪声了 2 2PCM编解码器 早期的PCM系统 由于集成电路价格昂贵 大多采用公用的编解码器 但公用的PCM方式存在缺点 话路间有串扰 更为严重的是 当公用的编解码器出现故障 多路用户就不能通话 系统可靠性差 近年来 随着大规模集成电路技术的发展 集成电路的成本已大幅度下降 特别是采用了单路编 解码器 不仅提高了设备的可靠性 也使设备小型化 功耗降低 而且能够更方便地与数字交换机直接连接 本节以应用较多的Intel公司的芯片为例 介绍几种芯片结构 2 2 1单片编解码器的结构 图2 13单片编解码器的一种基本框图 1 控制单元 2 2 1单片编解码器的结构 2 编码单元3 解码单元解码单元由输入寄存器 保持放大以及控制单元的DAC等组成 由PCM母线来的接收数字信号由 PCM输入 端引入 经输入寄存器将串行码转换为并行码输出 然后在控制逻辑电路的控制下 经DAC和保持放大后 从 模拟输出 端输出PAM信号 从PCM母线输入到本路编解码器的路时隙由接收帧同步脉冲FSR控制 从PCM母线输入到本路编解码器的比特速率由收时钟控制 2 2 2Intel2914单路编解码器 1 Intel1 编解码器与滤波器做在同一芯片上 从而增大了芯片的集成度 2 两种工作速率 固定数据速率工作方式 时钟频率为1 536MH 1 544MH 和2 048MH 可变速率工作方式 64kH 4 096MH 即可在工作中动态地将编解码器速率从64 bit s变化到4096 bit s 由引脚控制选择芯片工作在 律或A律 低功耗 备用状态典型功耗为10mW 工作状态典型功耗为170mW 有极好的电源纹波抑制能力 2 2 2Intel2914单路编解码器 3 2914引脚排列及功能 Intel2914的引脚排列见表2 4 2 内部结构原理 图2 142914内部结构框图 2 2 2Intel2914单路编解码器 表2 4Intel2914单片引脚功能 2 2 2Intel2914单路编解码器 表2 4Intel2914单片引脚功能 2 2 2Intel2914单路编解码器 3 Intel1 传输系统的音频终端设备 如各种容量的数字终端机和复用转换设备 2 用户环路系统和数字交换机的用户系统 用户集线器等 3 用户终端设备 如数字电话机 4 综合业务数字网的用户终端 图2 15单路编解码器在数字交换机用户中的应用 2 2 3PCM系统中的噪声 1 加性噪声 由信道加性噪声引起的输出噪声 2 量化噪声 它是在发射机中进行量化时产生的 并一直作用到接收机的输出 2 3自适应差值脉冲编码调制 2 3 1增量调制 图2 16 的图解 2 3 2差值脉冲编码调制 图2 17DPCM原理框图 2 3 3自适应差值脉冲编码调制的原理 1 自适应量化 图2 18ADPCM前馈自适应量化 2 3 3自适应差值脉冲编码调制的原理 图2 19ADPCM反馈自适应量化 2 自适应预测 2 4时分复用原理 2 4 1时分多路复用 帧结构的基本概念 图2 203路PCM时分复用的示意图 2 4 1时分多路复用 帧结构的基本概念 图2 21时分复用系统的示意图 2 4 1时分多路复用 帧结构的基本概念 图2 22 路时分复用信号的时隙分配关系 2 4 230 32路PCM基群帧结构 图2 23帧和复帧结构 1 TS1 TS15 TS17 TS31为30话路时隙 2 4 230 32路PCM基群帧结构 2 TS0为帧同步码 监视码时隙 3 TS16为信令时隙 振铃 占线等各种标志信号 2 4 330 32路PCM基群终端机的构成及性能指标 图2 2430 32路PCM基群终端机的骨干框图 2 4 330 32路PCM基群终端机的构成及性能指标 图2 25发定时系统波形 2 4 330 32路PCM基群终端机的构成及性能指标 图2 26单路编解码片构成的30 32路PCM框图 2 4 4PCM高次群 图2 建议的数字 等级结构 1 语音数字通信的基本构成方式是发送端将模拟电信号经模 数转换后送往信道传输 在接收端将接收到的数字信号再经数 模转换即可还原成模拟的语音电信号 2 抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程 2 4 4PCM高次群 3 抽样是把一个时间上连续的信号变换成时间离散的信号 而量化是抽样信号的幅度离散化的过程 利用预先规定的有限个电平来表示模拟信号抽样值的过程称为量化 4 编码是把量化后的信号电平值变换成二进制码