模拟信号的数字化传输

2026/5/151第二章模拟信号的数字化传输2.1引言2.2脉冲编码调制2.3增量调制2.4时分复用和多路数字电话系统22.1引言

通信系统可以分为模拟通信系统和数字通信系统两类，本章在介绍抽样定理和脉冲振幅调制的基础上，将着重讨论用来传输模拟语音信号常用的脉冲编码调制(PCM)和增量调制(ΔM)原理及性能，并简要介绍时分复用与多路数字电话系统原理的基本概念。

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脉冲编码调制的概念是1937年，由法国工程师AlecReeres最早出来的。1946年美国Bell实验室实现了第一台PCM数字电话终端机。

1962年，晶体管PCM终端机大量应用于市话网中局间中继线，使市话电缆传输电话路数扩大24－30倍。

70年代后期，超大规模集成电路的PCM编、解码器的出现，使光纤通信、数字微波通信、卫星通信获得了更广泛的应用42.2脉冲编码调制

模数转换要经过抽样、量化和编码三个步骤。抽样：时间离散化量化：幅度离散化编码：转换为二进制码5

PCM单路抽样、量化、编码波形图6一、抽样定理

抽样定理的具体内容如下：一个频带限制在(0，fH)内的时间连续信号x(t)，如果以不大于（1/2fH)秒的间隔对它进行等间隔抽样(也就是fS≥2fH)，则x(t)将被所得到的抽样值完全确定。信号：最高频率fH

，限带(0，fH)描述。无失真恢复条件：7抽样定理FLASH演示8关于抽样的结论：

（1）XS(ω)具有无穷大的带宽；（2）只要抽样频率fS≥2fH

，XS(ω)

中n值不同的频谱函数就不会出现重叠的现象；（3）XS(ω)

中n=0时的成分是X(ω)/T

，因此只要用一个带宽B满足的理想低通滤器，就可以取出的成分，以不失真地恢复x(t)的波形。

抽样定理仿真演示9二、脉冲振幅调制(PAM)

10脉幅调制的工作原理：就是脉冲载波的幅度随基带信号变化的一种调制方式。11三、模拟信号的量化

量化：用有限个电平来表示模拟信号抽样值被称为量化。量化误差:

量化后的信号和原来信号存在误差，这种误差被称为量化误差。均匀量化：把原来信号的值域按等幅值分割的量化过程被称为均匀量化。量化阶的Q值越大，用以表述的二进制码组越长，得到的量化信噪比越大，信号的逼真度就越好。

1213非均匀量化:

非均匀量化是根据信号的不同区间来确定量化间隔的。对于信号取值小的区间，其量化间隔也小，反之，量化间隔就大。这样可以提高小信号时的量化信噪比，适当减小大信号时的信噪功率比。优点：

适合于非均匀分布信号情况；量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改善了小信号时的量化信噪比。

14四、编码和译码

编码、译码：

把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码，逆过程称为解码。

量化与编码的组合称为模/数变换器(A/D变换器),译码与低通滤波的组合称为数/模变换器(D/A变换器)。PCM编译码系统仿真演示152.3增量调制一、编码的基本思想

假设一个模拟信号x(t)，我们用一时间间隔为Δt，幅度差为±σ的阶梯波形x′(t)去逼近它，如图所示。只要Δt足够小，即抽样频率fs=1/Δt足够高，且σ足够小，则x′(t)可以相当近似于x(t)。我们把σ称作量阶，Δt=Ts称为抽样间隔。16用阶梯或锯齿波逼近模拟信号

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二、译码的基本思想

收到“1”码上升一个量化阶，收到“0”码下降一个量化阶，这样就可以把二进制代码经过译码变成这样的阶梯波。三、简单增量调制系统框图

判决器是用来比较x(t)与x0(t)大小，在定时抽样时刻如果x(t)-x0(t)＞0输出’1’；x(t)-x0(t)

＜0输出’0’。18三、简单增量调制系统框图增量调制系统仿真演示19

四、脉码增量调制(DPCM)

综合了增量调制和脉冲编码调制两者特点的调制方法进行编码，这种编码方式被简称为脉码增量调制。

202.4时分复用和多路数字电话系统多路复用通信方式定义：在一个信道上同时传输多个话音信号的技术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时分复用以及码分复用等。一、PAM时分复用原理

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3路时分复用波形(a)第1路；(b)第2路；(c)第3路；(d)3路合成的波形

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二、时分复用的PCM系统

24时分复用PCM系统FLASH演示25带宽设计：

TDM—PCM的信号代码在每一个抽样周期内有Nk个，这里N表示复用路数，k表示每个抽样值编码的二进制码元位数。在32路PCM系统中，只计话音信息码，它有30路，当fs=8k，k＝8时，话音信息的码元速率为：30×8×8000＝1920千波特。但是，当考虑振铃码和同步码后2048千波特，也就是相当于32个话路。带宽为2MHz。26

三、32路PCM的帧结构27从时间上讲：

抽样频率为8KHz，抽样周期125µS，这也就是PCM30/32的帧周期；一复帧由16个帧组成，复帧周期为2ms；一帧内要时分复用32路，每时隙包含8位码组。从传码率上讲：

每秒钟传送8000帧，每帧32×8＝256bit，总码率为256比特/帧×8000帧/秒＝2048kb/s。

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时隙分配:

在PCM30/32路的制式中抽样周期为125μs，125μs为一帧。

一帧内要时分复用32路，每路占用的时隙为13.9μs，称为一个时隙。

因此一帧有32个时隙，按顺序编号为TS0、TS1、……、TS31。时隙的使用分配为:

①TS1~TS15,TS17~TS31为30个话路时隙。②TS0为帧同步码，监视码时隙。③TS16为信令(振铃、占线、摘机……等各种标志信号)时隙。29话路比特的安排。

每个话路时隙内要将样值编为8位二元码，每个码元占488ns，称为一比特。TS0时隙比特分配。