脉冲编码调制地基本原理教学大纲设计

实用文案批准人：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、资料标准文档实用文案教 学 进 程教学准备 （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。标准文档实用文案发送端接收端语音信道语音信号抽量编再解低信号样化码生码通A/D变换 D/A变换图1-3PCM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。标准文档之间，根据抽，为了留一定的实用文案f(t)模拟信号0 t抽样脉冲0 t１Ｔ２Ｔ３Ｔ４Ｔ５Ｔ６Ｔ取样值抽样信号４Ｔ５Ｔ0 t１Ｔ２Ｔ３Ｔ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样定理，抽样频率fs=2x3400=6800HZ标准文档实用文案防卫带，ITU规定的抽样频率为：fs=8000HZ，抽样周期为T=1/8000=125μs。（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。标准文档实用文案幅值765432101 2 3 4 5 6图1-5a 抽样幅值76554

t4

43 3322101 2 3 4 5 6图1-5b 量化

t标准文档实用文案需要注意的是，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信号还原成语标准文档实用文案音（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内，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。标准文档实用文案同步1路1路控制2路PCMPCM2路3路编码译码3路信道如图1-6由上图可见，每一路信道在指定的时间内接通， 其它时间内为别的信道接通， 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，对于语音信号传送，抽样频率为8000HZ，即每125μs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125μs内各路信号传送一次，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。标准文档实用文案ITU建议的PCM基本结构包括 32路系统和24路系统，我国和欧洲采用的是 PCM32 系统，关于这一点我们在前面已经讲过，因为电话通信中，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。1复帧=16帧(2ms)F0F1 F2 F3 F4 F5F6 F7 F8 F9F10F11F12F13F14F151帧=32时隙=256比特(125μs)TS0 TS1 TS15TS16TS17 TS31TS1-TS15话路时隙 TS17-TS31话路时隙TS0同步时隙 TS16标志信号时隙图1-7PCM30/32系统帧结构图由上图可见，每一帧对应的时间长度为 125μs，每个时隙的大小是 125μs/32=3.9 μs，每一复帧的时间长度为16x125μs=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，当局间采用标准文档实用文案NO.7信令时，TS16可以作为信令链路使用，也可以作为话路使用。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。注意！我们这里只讲到了PCM一次群，因为数字程控交换只涉及到一次群，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内容， 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