脉冲编码调制PCM原理

PCM原理与在电力通信中的应用PCM(PulseCodeModulation)脉码调制是实现语音信号数字化的一种方法。是对模拟信号数字化的取样技术，将模拟语音信号变换为数字信号的编码方式，特别是对于音频信号。PCM对信号每秒钟取样8000次；每次取样为8个位，总共64kbps。取样等级的编码有二种标准。北美洲及日本使用Mu-Law标准，而其它大多数国家使用A-Law标准。一．PCM基本工作原理

数字程控调度机PCM脉码调制就是把一个时间连续、取值连续的模拟信号变换成时间离散、取值离散的数字信号后在信道中传输。脉码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化、编码的过程,国际标准化的PCM码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。编码后的PCM码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300－3400Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。

1抽样(Samping)抽样是把模拟信号以其信号带宽2倍以上的频率提取样值，变为在时间轴上离散的抽样信号的过程。例如，话音信号带宽被限制在0.3～3.4kHz内，用8kHz的抽样频率（fs），就可获得能取代原来连续话音信号的抽样信号。对一个正弦信号进行抽样获得的抽样信号是一个脉冲幅度调制（PAM）信号。对抽样信号进行检波和平滑滤波，即可还原出原来的模拟信号。

抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理，离散信号才可以完全代替连续信号。低通连续信号抽样定理内容：一个频带限制在赫内的时间连续信号,若以的间隔对它进行等间隔抽样，则将被所得到的抽样值完全确定。语音信号经过抽样变成一种脉冲幅度调制（PAM）信号。取样是应注意以下几点:a取样矩形脉冲要尽量窄，尽可能接近瞬时取样过程；b为了保证在接受端能满意的恢复出信息，取样速率必须大于最高频率的两倍；c为了使输出的信息成为合格的信息限带信号，在取样以前，先经过一个上限为W的低通滤波器，以便)(tm中所包含的高于W的那些谐波成分。

2量化（quantizing）把幅度连续变化的模拟量变成用有限位二进制数字表示的数字量的过程称为量化。即：抽样信号虽然是时间轴上离散的信号，但仍然是模拟信号，其样值在一定的取值范围内，可有无限多个值。显然，对无限个样值一一给出数字码组来对应是不可能的。为了实现以数字码表示样值，必须采用“四舍五入”的方法把样值分级“取整”，使一定取值范围内的样值由无限多个值变为有限个值。量化后的抽样信号与量化前的抽样信号相比较，当然有所失真，且不再是模拟信号。这种量化失真在接收端还原模拟信号时表现为噪声，并称为量化噪声。量化噪声的大小取决于把样值分级“取整”的方式，分的级数越多，即量化级差或间隔越小，量化噪声也越小。

量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。

为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。量化的方法有许多种。像均匀量化和非均匀量化。均匀量化，其量阶是常数，根据这种量化进行的编码叫“线性编码”相应的译码叫“线性译码。”至于量阶的取值，则需根据具体情况来看，原则是保证通信的质量要求。但是，在电话通信中，均匀量化是不合适的。因为在均匀量化中的量阶的大小是不变的，与输入的样值大小无关。这样，当输入大信号时和输入小信号时的量化噪声都一样大，如果满足对小信号信扰比的要求则大信号的信扰比就显得太低了。反之，如果满足大信号的要求，则对小信号就显得过剩，造成不必要的浪费。所以必须使用量阶数值比固定，而是随输入值的大小变化。所以对这样的信号必须使用“非均匀量化器”，其特点是：输入小时，量阶也小；输入大时，量阶也大。这样在整个输入信号的变化范围内得到几乎一样的信扰比，而总的量阶可比均匀量化是还小。因此，缩短了码字的长度，提高了通信效率。非均匀量化就是对信号的不同部分用不同的量化间隔，具体地说，就是对小信号部分采用较小的量化间隔，而对大信号部分就用较大的量化间隔。实现这种思路的一种方法就是压缩与扩张法。压缩的概念是这样的：在抽样电路后面加上一个叫做压缩器的信号处理电路，该电路的特点是对弱小信号有比较大的放大倍数（增益），而对大信号的增益却比较小。抽样后的信号经过压缩器后就发生了“畸变”，大信号部分没有得到多少增益，而弱小信号部分却得到了“不正常”的放大（提升），相比之下，大信号好像被压缩了，压缩器由此得名。对压缩后的信号再进行均匀量化，就相当于对抽样信号进行了非均匀量化。

非均匀量化的实现方法有两种：一种是北美和日本采用的μ律压扩，一种是欧洲和我国采用的A律压扩。

业务的混传通信。这是目前电力PCM设备通信的主要应用模式.这种情况下所建设的电力系统通信接入网不仅仅是一个只提供接入传输的互连互通平台，而是一个对各种业务的传输质量和接入安全性提供保障的多业务承载平台。PCM线路的特点：PCM线路可以提供很高的带宽，满足用户的大数据量的传输。支持从2M开始的各种速率,最高可达155M的速率。通过SDH设备进行网络传输，线路协议简单。与传统的DDN技术相比,PCM具有以下特点：线路使用费用相对便宜。能够提供较大的带宽。接口丰富便于用户连接内部网络.可以承载更多的数据传输业务。参考文献:1樊昌信，通信原理，电子工业出版社，20092严晓华，现代通信技术基础，清华大学出版社，20103苗长云等主编，现代通信原理及应用，电子工业出版社，20054达新宇.通信原理实验与课程设计.北京:北京邮电大学出版社.20035樊昌信.通信原理.北京.国防工业出版社.20026王慕坤/刘文贵.通信原理.哈尔滨工业大学出版社.20072015-2016学年第一学期《通信系统引论》结课论文题目：PCM原理与在