通信原理 第六、七、八章

1、 64kb/s的A律或律的对数压扩PCM编码（最小带宽32kHz）已经在大容量的光纤通信系统和数字微波系统中得到了广泛的应用。 PCM信号占用频带要比模拟通信系统中的一个标准话路带占用频带要比模拟通信系统中的一个标准话路带宽（宽（4 kHz）宽很多倍）宽很多倍对于频带资源非常有限的长途传输系统，尤其是卫星通信和超短波通信中，采用PCM的经济性能很难与模拟通信相比。 第六章第六章 自适应差分脉冲调制自适应差分脉冲调制ADPCM以较低的速率获得高质量编码，一直是语音编码追求的目标。把话路速率低于64kb/s的语音编码方法， 称为语音压缩语音压缩编码技术编码技术。自适应差分脉冲编码调制（ ADPCM

2、 ）是语音压缩中复杂度较低的一种编码方法： 在32kb/s的比特率上达到64kb/s的PCM数字电话质量 ADPCM已成为长途传输中一种新型的国际通用的语音编码方法。 ADPCM是在差分脉冲编码调制（DPCM）的基础上发展起来的。 DPCM 在PCM中，每个波形样值都独立编码，与其他样值无关， 这样，样值的整个幅值编码需要较多位数，比特率较高， 造成数字化的信号带宽大大增加。大多数以奈奎斯特或更高速率抽样的信源信号在相邻抽样间表现出很强的相关性， 有很大的冗余度。利用信源的这种相关性，一种比较简单的解决方法是对相邻样值的差值而不是样值本身进行编码。可以在量化台阶不变的情况下（即量化噪声不变），

3、编码位数显著减少，信号带宽大大压缩。这种利用差值的PCM编码称为差分PCM（DPCM）。 如果将样值之差仍用N位编码传送，则DPCM的量化信噪比显然优于PCM系统。 增量调制简称M或DM，它是继PCM后出现的又一种模拟信号数字传输的方法，是DPCM的一个重要特例。其目的在于简化语音编码方法。 M中，它只用一位编码表示相邻样值的相对大小，从而反映出抽样时刻波形的变化趋势，与样值本身的大小无关。 M与PCM编码方式相比具有编译码设备简单， 低比特率时的量化信噪比高，抗误码特性好等优点。应用：应用：在军事和工业部门的专用通信网和卫星通信，近年来在高速超大规模集成电路中用作A/D转换器。 第七章第七章

4、 增增 量量 调调 制制 （M） 7.1简单增量调制原理简单增量调制原理一个语音信号，如果抽样速率很高（远大于奈奎斯特速率），抽样间隔很小，那么相邻样点之间的幅度变化不会很大，相邻抽样值的相对大小（差值）同样能反映模拟信号的变化规律。 若将这些差值编码传输， 同样可传输模拟信号所含的信息。此差值又称差值又称“增量增量”，其值可正可负。 这种用差值编码进行通信的方式，就称为“增量调制”（Delta Modulation），缩写为DM或M。 m(t)代表时间连续变化的模拟信号，我们可以用一个时间间隔为t， 相邻幅度差为+或-的阶梯波形m(t)来逼近它。只要t足够小，即抽样速率fs=1/t足够高，且

5、足够小，则阶梯波m(t)可近似代替m(t)。其中，为量化台阶，t=Ts为抽样间隔。 增量编码波形示意图阶梯波阶梯波m(t)有两个特点：l每个t间隔内， m(t)的幅值不变l相邻间隔的幅值差不是+（上升一个量化阶），就是-（下降一个量化阶）。用“1”码和“0”码分别代表m(t)上升或下降一个量化阶， 则m(t)就被一个二进制序列表征。该序列也相当表征了模拟信号m(t)， 实现了模/数转换。 除了用阶梯波m(t)近似m(t)外，还可用斜变波斜变波m1(t)来近似m(t) ： 按斜率/t上升一个量阶，用用 “1”码表示正斜率，码表示正斜率， 按斜率-/t下降一个量阶，用用“0”码表示负斜率码表示负斜

6、率 同样可以获得二进制序列。由于斜变波由于斜变波m1(t)在电路上更容易实现，实际中常采用它来近似在电路上更容易实现，实际中常采用它来近似m(t)。 积分器译码原理p(t)1010111OTs2Ts3Ts4Ts7Tst积分器m1(t)m1(t)OTs2Ts3Ts4Ts7Tstp(t)判决器(比较器)消息信号m(t)e(t)积分器脉冲发生器发送端编码器p(t)抽样定时增量调制信号输出c(t)脉 冲发生器c(t)积分器EE低 通滤波器消息信号m(t)接收端译码器m1(t) 2. 简单简单M系统方框图系统方框图相减器相减器：取出差值e(t)，使e(t)=m(t)-m1(t)。判决器判决器：对差值e(

7、t)的极性进行识别和判决，以便在抽样时刻输出数码（增量码）c(t)：1( )( )( )0: ( )1iiie tm tm tc t=-=1( )( )( )0: ( )0iiie tm tm tc t=-=积分器积分器和脉冲产生器脉冲产生器组成本地译码器本地译码器：根据c(t)，形成预测信号m1(t)：即c(t)为“1”码时， m1(t)上升一个量阶c(t)为“0”码时，m1(t)下降一个量阶，接收端解码电路由译码器译码器和低通滤波器低通滤波器组成：译码器译码器：其电路结构和作用与发送端的本地译码器相同低通滤波器低通滤波器：滤除m1(t)中的高次谐波，使输出波形平滑，更加逼近m(t) 增量编

8、码波形示意图7.2 M系统的量化噪声系统的量化噪声 一般量化噪声一般量化噪声 量化间隔量化间隔 过载量化噪声过载量化噪声 模拟信号模拟信号m（t）斜率陡变，本地译码器输出信号）斜率陡变，本地译码器输出信号m1（t）跟不上）跟不上m（t）的变化，形成很大失真的）的变化，形成很大失真的m1（t）波形。）波形。 7.3PCM与与M系统的比较系统的比较 PCM和M都是模拟信号数字化的基本方法。M实际上是DPCM的一种特例，所以有时把PCM和M统称为脉冲编码。但应注意，PCM是对样值本身编码，M是对相邻样值的差值的极性（符号）编码。这是M与PCM的本质区别。 1. 抽样速率抽样速率 PCM系统中的抽样速

9、率fs是根据抽样定理是根据抽样定理来确定的。若信号的最高频率为fm，则fs2fm。对语音信号，取fs=8kHz。 在M系统中传输的是信号的增量（即斜率），抽样速率与最大跟踪斜率和信噪比最大跟踪斜率和信噪比有关。M的抽样速率远远高于奈奎斯特速率。 2. 带宽带宽 M系统在每一次抽样时，只传送一位代码，因此M系统的数码率为fb=fs，要求的最小带宽为实际应用时 而PCM系统的数码率为fb=Nfs。在同样的语音质量要求下，PCM系统的数码率为64 kHz，因而要求最小信道带宽为32kHz。 12MsBfMsBf 而采用M系统时，抽样速率至少为100 kHz，则最小带宽为50kHz。 3. 量化信噪比

10、量化信噪比 在相同的信道带宽（即相同的数码率fb）条件下：在低数码率时，M性能优越；在编码位数多，码率较高时，PCM性能优越。这是因为PCM量化信噪比为20()10lg26NPCMqsNdBN它与编码位数N成线性关系比较两者曲线可看出，若PCM系统的编码位数N4（码率较低）时， M的量化信噪比高于PCM系统。 4. 信道误码的影响信道误码的影响 在M系统中，每一个误码代表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，一般在10-310-4。而PCM的每一个误码会造成较大的误差，尤其高位码元，错一位可造成许多量阶的误差(例如，最高位的错码表示2N-1个量阶的误差)。误码对PCM

11、系统的影响要比M系统严重些，故对误码率的要求较高， 一般为10-510-6。M允许用于误码率较高的信道条件，这是允许用于误码率较高的信道条件，这是M与与PCM不同的不同的一个重要条件。一个重要条件。 5. 设备复杂度设备复杂度 PCM系统的特点是多路信号统一编码，一般采用8位（对语音信号），编码设备复杂，但质量较好编码设备复杂，但质量较好。PCM一般用于大容量大容量的干线（多路）通信的干线（多路）通信。 M系统的特点是单路信号独用一个编码器，设备简单，单路信号独用一个编码器，设备简单， 单路应用时，不需要收发同步设备。单路应用时，不需要收发同步设备。但在多路应用时，每路独用一套编译码器，所以路

12、数增多时设备成倍增加路数增多时设备成倍增加。 在传输语音信号时，M话音清晰度和自然度方面都不如PCM。因此目前在通用多路系统中很少用或不用M。M一般适于小容量支线通信小容量支线通信。随着集成电路的发展，M的优点已不再那么显著。 一 、时分复用（TDM）原理PCM、ADPCM、DM或者其他模拟信号的数字化传输，一般都采用时分复用的方式来提高信道传输效率。利用不同时隙在同一信道传输各路不同信号。将传输时间分割为若干个互不重叠的时隙各个信号按照一定的顺序占用各自的时隙。第八章第八章 时分复用时分复用f1(t) 多多路路PAM信信号号 信信号号码码组组 PCM信信号号 f2(t) fN(t) fs 发

13、发送送端端 LPF1 LPF2 LPFN 时时 分分开开关关 压压 缩缩 量量化化编编码码 合合 成成 信信 道道 同同 步步 时时 钟钟 第八章 时分复用f1(t) f2(t) fN(t) 接接收收端端 LPF2 LPFN LPF1 选选通通门门 扩扩 张张 再再 生生 解解 码码 同同 步步 量量化化多多路路 PAM 二、采用TDM的数字通信系统，国际上已建立起标准：先把一定路数的电话语音复合成一个标准数据流（称为基群）再把基群流采用同步数字复接技术汇合成更高速的数字信号。三、三、PCM基群帧结构基群帧结构目前国际上推荐的PCM基群有两种标准：PCM30/32路(A律压扩特性)制式PCM2

14、4路(律压扩特性)制式国际通信时，以A律压扩特性为标准。 PCM30/32路制式基群帧结构共由32路组成：30路用来传输用户话语，2路用作勤务。每路话音信号抽样速率fs=8000Hz，故对应的每帧时间间隔为125 s。一帧共有32个时间间隔，称为时隙。各个时隙从0到31顺序编号，分别记作TS0，TSl，TS2， ，TS31。 PCM30/32路制式基群帧结构 P175 图8-3TS012345678910 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F1500110110000111A2abcdabcdabcdabcd复帧同步信号备用比特CH1CH16CH2CH17abcdabcdCH15CH30F1F2F15帧同步信号1A111111保留给国内通信用帧同步时隙话路时隙话路时隙信令时隙CH30(CH16 CH29)(