2023学年完整公开课版PCM原理

PCM原理（一）

采用PCM的模拟信号数字传输系统首先对模拟信息源发出的模拟信号进行抽样，使其成为一系列离散的抽样值，然后将这些抽样值进行量化并编码，变换成数字信号，这时信号便可用数字通信方式传输。在接收端，则将接收到的数字信号进行译码和低通滤波，恢复原模拟信号。（二）PCM原理脉冲编码调制PCM简称为脉码调制，是一种典型的语音信号数字化的波形编码方式。PCM系统原理框图二进制码组1.抽样抽样是按抽样定理把时间上连续的模拟信号传换成一系列时间上离散的抽样值的过程。此样值序列应能重建原信号。抽样定理，如果对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值时，则根据它的抽样值就能重建原信号。也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需传输按抽样定理得到的抽样值即可。因此，抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。（1）低通抽样定理一个频带限制在（0，fH）内的时间连续信号m(t)，如果以Ts≤1/(2fH)的间隔对它进行等间隔（均匀）抽样，则m(t)将被所得到的抽样值完全确定。或者说抽样速率fs（每秒内的抽样点数）应不小于2fH，即fs≥2fH。其中Ts=1/(2fH)，是最大允许抽样间隔，称为奈奎斯特间隔。fs=2fH，是最低抽样速率，称为奈奎斯特速率。若抽样速率fs＜

2fH

，则会产生失真，这种失真称作混叠失真。2.量化量化是把幅度上仍连续（无穷多个取值）的抽样信号进行幅度离散，即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。需要把取值无限的抽样值划分成有限的M个离散电平，此电平被称为量化电平。2.量化量化的物理过程m(t)是模拟信号抽样周期是Tsm(kTs)是第k个抽样值q1~qM是预先规定好的M个量化电平mi为第i个量化区间的中点电平（分层电平）电平之间的间隔Δi=mi-mi-1称为量化间隔mq(t)是量化器输出的量化信号可以看出，量化后的信号mq(t)是对原来信号m(t)的近似，当抽样速率一定，量化级数（量化电平数）增加并且量化电平选择适当时，可以使mq(t)与m(t)的近似程度提高。2.量化mq(kTs)与m(kTs)之间的误差称为量化误差。对于语音、图像等随机信号，量化误差也是随机的，它像噪声一样影响通信质量，因此又称为量化噪声。量化误差的平均功率与量化间隔的分割有关，如何使量化误差的平均功率最小或符合一定规律，是量化理论所要研究的问题。2.量化均匀量化的量化信噪比为量化信噪比随量化电平数M的增加而提高，系统质量越好。通常量化电平数应根据对量化信噪比的要求来确定。量化方法有均匀量化与非均匀量化两种。2.量化A律13折线压扩特性P203.编码和译码把量化后的电平值变换成二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为解码或译码。模拟信息源输出的模拟信号m(t)经抽样和量化后得到的输出脉冲序列是一个M进制（一般常用128或256）的多电平数字信号，如果直接传输的话，抗噪声性能很差，因此还要经过编码器转换成二进制数字信号（PCM信号）后，再经数字信道传输。在接收端，二进制码组经过译码器还原为M进制的量化信号，再经低通滤波器恢复原模拟基带信号。量化与编码的组合成为模/数变换器（A/D）；译码与低通滤波的组合称为数/模变换器（D/A）。3.编码和译码信息源调制解调信源编码受信者信源译码信道编码信道译码信道干扰smcRM*S*数字通信系统模型（1）码字和码型的选择考虑到二进制码有抗干扰能力强，易于产生等优点，因此PCM中一般采用二进制码。对于N个量化电平，可以用n位二进制码来表示，其中的每一个码组称为一个码字。为保证通信质量，目前国际上多采用8位编码的PCM系统。（1）码字和码型的选择码型指的是代码的编码规律，其含义是把量化后的所有量化级，按其量化电平的大小次序排列起来，并列出各对应的码字，这种对应关系的整体就称为码型。常用的二进制码型有三种：自然二进码折叠二进码和格雷二进码在PCM通信中，折叠二进码比自然二进码和格雷二进码优越。（2）码位的选择与安排码位数的选择，不仅关系到通信质量的好坏，而且还涉及到设备的复杂程度。码位数的多少，决定了量化分层的多少，反之，若信号量化分层数一定，则编码位数也被确定。在信号变化范围一定时，用的码位数越多，量化分层越细，量化误差就越小，通信质量就越好。但码位数越多，设备越复杂，同时还会使总的传码率增加，传输带宽加大。（2）码位的选择与安排线性编码对应于均匀量化特性的编码叫做线性编码。量化级数为N＝8，用3位二进制码a1a2a3表示（其中：a1为极性码）（2）码位的选择与安排非线性编码（A律13折线量化与编码）A律13折线量化电平被分成8段*16等份*2极性=256个量化级，因此须用8位码表示每一个量化级，记a1a2a3a4a5a6a7a8。（2）码位的选择与安排8位码的安排第1位码C1的数值“1”或“0”分别表示信号的正、负极性，称为极性码；第2位至第4位码C2C3C4为段落码，表示信号绝对值处在哪个段落；C5C6C7C8表示信号绝对值处在哪个量化区间。19量化段序号’电平范围（△）段落码a2a3a4段落起始电平IBi（△）量化间隔(△i)段内码对应权值a5a6a7a881024~2048111102464512256128647512~10241105123225612864326256~512101256161286432165