第2章_模擬信號(hào)數(shù)字化

1、人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)2.1 模擬通信和數(shù)字通信2.2 數(shù)字通信的特點(diǎn)及性能指標(biāo)2.3 語聲信號(hào)數(shù)字化編碼2.4 時(shí)分多路復(fù)用2.5 高次群數(shù)字復(fù)接人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 信道上傳輸?shù)氖悄M信號(hào)的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。 信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號(hào)的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 模數(shù)變換設(shè)備將模擬電信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)，數(shù)字信號(hào)通常是采用二進(jìn)制信號(hào)形式送至信道傳輸。 在接收端，數(shù)字信號(hào)再經(jīng)數(shù)模變換和電聲變換還原成聲音，送給接收者。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 一、

2、數(shù)字通信的特點(diǎn)一、數(shù)字通信的特點(diǎn) 二、二、 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 一、數(shù)字通信的特點(diǎn)一、數(shù)字通信的特點(diǎn) 1. 抗干擾能力強(qiáng)，無噪聲積累。 2. 便于加密處理。 3. 利于采用時(shí)分復(fù)用實(shí)現(xiàn)多路通信。 4. 設(shè)備便于集成化、小型化。 5. 占用頻帶寬。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 二、二、 數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo)數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標(biāo) 1. 有效性指標(biāo) (1) 信息傳輸速率 (2)符號(hào)傳輸速率 (3) 頻帶利用率 2. 可靠性指標(biāo) (1) 誤碼率 (2) 信號(hào)抖動(dòng) 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 1. 有效性指標(biāo) (1) 信息傳輸速率

3、信道的傳輸速率是以每秒鐘所傳輸?shù)男畔⒘縼砗饬康摹?人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) (2)符號(hào)傳輸速率 符號(hào)傳輸速率也叫碼元速率。它是指單位時(shí)間內(nèi)所傳輸碼元的數(shù)目，其單位為“波特”(Bd) 這里的碼元可以是多進(jìn)制的，也可以是二進(jìn)制的。符號(hào)傳輸速率和信息傳輸速率是可以換算的。信息傳輸速率與符號(hào)傳輸速率的關(guān)系是 Rb=NB log2M 式中，Rb為信息傳輸速率(bits)；NB為符號(hào)傳輸速率(碼元秒或波特)；M為碼元(或符號(hào))的進(jìn)制數(shù)。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) (3) 頻帶利用率 頻帶利用率是指單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。信系統(tǒng)占用的頻帶愈寬，傳輸信息的能力應(yīng)該愈大。所以，用來衡量數(shù)字通信系統(tǒng)傳輸效率(有效

4、性)的指標(biāo)應(yīng)當(dāng)是單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2可靠性指標(biāo) 衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標(biāo)是誤碼率和信號(hào)抖動(dòng)。 (1) 誤碼率 在傳輸過程中發(fā)生誤碼的碼元個(gè)數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比。 (2) 信號(hào)抖動(dòng) 在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號(hào)抖動(dòng)是指數(shù)字信號(hào)碼元相對(duì)于標(biāo)準(zhǔn)位置的隨機(jī)偏移。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.3.1 語聲信號(hào)編碼的基本概念及分類 一、語聲信號(hào)編碼的概念一、語聲信號(hào)編碼的概念 二、二、 語聲信號(hào)編碼的分類語聲信號(hào)編碼的分類 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 一、語聲信號(hào)編碼的概念一、語聲信號(hào)編碼的概念 一個(gè)簡(jiǎn)單的語聲信號(hào)的脈沖編碼調(diào)制(PCM)的

5、編碼、解碼過程說明語聲信號(hào)編 碼的概念，其示意圖如下圖所示。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 圖中的AD變換包含三個(gè)部分：抽樣、量化和編碼。 (1)抽樣：是指將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化的過程 (2)量化：是指將模擬信號(hào)在幅度上離散化的過程。 (3) 編碼：編碼是指將每個(gè)量化后的樣值用一定的二進(jìn)制代碼來表示。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 二、二、 語聲信號(hào)編碼的分類語聲信號(hào)編碼的分類 (1) 波形編碼 (2) 參量編碼 (3) 混合編碼 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.3.2 脈沖編碼調(diào)制 一、概述一、概述 脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)中的信號(hào)變換和處理過程如圖所示。 人民郵電出版社現(xiàn)代通

6、信技術(shù) 二、二、 抽樣抽樣 模擬信號(hào)數(shù)字化的第一步是在時(shí)間上對(duì)信號(hào)進(jìn)行離散化處理，即將時(shí)間上連續(xù)的信號(hào)處理成時(shí)間上離散的信號(hào)，這一過程稱之為抽樣。 1抽樣定義及實(shí)現(xiàn)抽樣的電路模型 2抽樣定理 3與抽樣有關(guān)的誤差 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 1 抽樣定義及實(shí)現(xiàn)抽樣的電路模型 連續(xù)信號(hào)在時(shí)間上離散化的抽樣過程如圖所示。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 具體地說，就是某一時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t)，僅取f(t0)、f(t1)、f(t2) 等各離散點(diǎn)數(shù)值，就變成了時(shí)間離散信號(hào)。這個(gè)取時(shí)間連續(xù)信號(hào)離散點(diǎn)數(shù)值的過程就叫做抽樣。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2抽樣定理 設(shè)時(shí)間連續(xù)信號(hào)f(t)，其最高截止頻率為fM。如果

7、用時(shí)間間隔為Ts1/2fM的開關(guān)信號(hào)對(duì)f f( (t) )進(jìn)行抽樣，則f(t) 就可被樣值信號(hào)fs(t)=f(nTs)來惟一地表示?；蛘哒f，要從樣值序列無失真地恢復(fù)原時(shí)間連續(xù)信號(hào)，其抽樣頻率應(yīng)選為fs2fM。這就是著名的奈奎斯特抽樣定理、簡(jiǎn)稱抽樣定理。 語聲信號(hào)的最高頻率限制在3400Hz，這時(shí)滿足抽樣定理的最低抽樣頻率應(yīng)為fsmm=6800Hz,為了留有一定的防衛(wèi)帶，原CCITT規(guī)定語音信號(hào)的抽樣頻率為fs=8000Hz，這樣，就留出了80006800=1200Hz作為濾波器的防衛(wèi)帶。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 3與抽樣有關(guān)的誤差 對(duì)語聲信號(hào)帶寬的限制是充分的； 實(shí)行抽樣的開關(guān)函數(shù)是單位沖

8、激脈沖序列，即理想抽樣； 通過理想低通濾波器恢復(fù)原語聲信號(hào)。 (1) 抽樣的折疊噪聲 如果前置低通濾波器性能不良，或抽樣頻率不能滿足f fs2f fM的條件，都會(huì)產(chǎn)生折疊噪聲。 (2) 抽樣展寬的孔徑效應(yīng)失真。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 三、三、 量化量化 1量化定義及描述 2均勻量化及量化噪聲計(jì)算 3非均勻量化及壓縮擴(kuò)張技術(shù) 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 1量化定義及描述 量化是把信號(hào)在幅度域上連續(xù)取值變換為幅度域上離散取值的過程。具體的定義是，將幅度域連續(xù)取值的信號(hào)在幅度域上劃分為若干個(gè)分層，在每一個(gè)分層范圍內(nèi)的信號(hào)值用“四舍五入”的辦法取某一個(gè)固定的值來表示。 這一近似過程一定會(huì)產(chǎn)生誤差

9、。量化誤差就是指量化前后信號(hào)之差，通常用功率來表示，稱之為量化噪聲。返回人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2均勻量化及量化噪聲計(jì)算 量化可以分為均勻量化與非均勻量化兩種方式。 各量化分級(jí)間隔相等的量化方式即為均勻量化。 均勻量化時(shí)在整個(gè)輸入信號(hào)的幅度范圍內(nèi)量化級(jí)的大小都是相等的。 在非過載區(qū)內(nèi)，量化值隨輸入信號(hào)的變化而離散地變化，并且量化誤差總是限制在一定的范圍之內(nèi)。 在過載區(qū)內(nèi)，量化輸出就不再隨輸入信號(hào)的變化而變化，而是保持在輸出的最大量化值上，故量化誤差將隨著信號(hào)的增加而增大。量化噪聲有非過載量化噪聲和過載量化噪聲。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 對(duì)于均勻量化則是將-U+U范圍內(nèi)均勻等分為N個(gè)量化

10、間隔，則N N稱為量化級(jí)數(shù)。設(shè)量化間隔為，則 =2U/N 如量化值取于每一量化間隔的中間值，在非過載區(qū)內(nèi)的最大量化誤差為： e ema (u)=/2 但在過載區(qū)內(nèi)的量化誤差，即過載量化誤差則會(huì)大于/2。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 非過載區(qū)內(nèi)量化噪聲功率應(yīng)為： 或 2322NU2)(1212人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 根據(jù)信噪比的定義，我們可求得量化信噪比，即信號(hào)功率與量化噪聲功率之比，可表示為： 其中S S= u ue2 為信號(hào)功率eeueuNUuNquqNSee2222223/人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 如前所述，N為量化分級(jí)數(shù)。在二進(jìn)制數(shù)字信號(hào)編碼中，編碼碼組的碼位數(shù)l與量化分級(jí)數(shù)N的關(guān)系

11、是： N=2l 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 當(dāng)過載電壓取得足夠大將使過載概率很小，這時(shí)主要考慮非過載項(xiàng)，則有 對(duì)通信系統(tǒng)提出如下要求：在信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍40dB的條件下，量化信噪比不應(yīng)低于26dB。 264.8+6l - 40 則可得l11返回eedBqXNXNNSlg20)3lg(2031lg10)/(22人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)3非均勻量化及壓縮擴(kuò)張技術(shù)(1)非均勻量化及實(shí)現(xiàn)(2)律和A律壓縮特性返回人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) (1) 非均勻量化及實(shí)現(xiàn) 采用均勻分級(jí)量化時(shí)其量化信噪比隨信號(hào)電平的減小而下降。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因就是均勻量化的分級(jí)間隔是固定值，它不能隨信號(hào)幅度的變化而變化，故大信

12、號(hào)時(shí)信噪比大；小信號(hào)時(shí)信噪比小。解決這一問題的有效方法是要用非均勻分級(jí)，即非均勻量化。 非均勻量化的特點(diǎn)是：信號(hào)幅度小時(shí)，量化間隔小其量化誤差也小；信號(hào)幅度大時(shí)，量化間隔大，其量化誤差也大。采用非均勻量化可以改善小信號(hào)的量化信噪比，可以做到在不增大量化級(jí)數(shù)N N的條件下，使信號(hào)在較寬的動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)的（S/Nq) dB達(dá)到指標(biāo)的要求。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 實(shí)現(xiàn)非均勻量化的方法之一是采用壓縮擴(kuò)張技術(shù)。 壓縮特性是：在最大信號(hào)時(shí)其增益系數(shù)為1，隨著信號(hào)的減小增益系數(shù)逐漸變大。信號(hào)通過這種壓縮電路處理后就改變了大信號(hào)和小信號(hào)之間的比例關(guān)系大信號(hào)時(shí)比例基本不變或變化較小，而小信號(hào)則相應(yīng)按比例增大。

13、 返回人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) (2) 律和A律壓縮特性 律壓擴(kuò)特性 律壓縮特性表示式為： A律壓擴(kuò)特性 以A為參量的壓擴(kuò)特性叫做A律特性。 A律特性的表示式為 )1ln()1ln(1XyAXAAXy10ln111lm1ln1XAAXAy人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 在現(xiàn)行的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)中A=87.6，此時(shí)信號(hào)很小時(shí)(即小信號(hào)時(shí))，從上式可以看到信號(hào)被放大了16倍，這相當(dāng)于與無 壓縮特性比較，對(duì)于小信號(hào)的情況，量化間隔比均勻量化時(shí)減小了16倍，因此，量化誤差大大降低；而對(duì)于大信號(hào)的情況例如x=1/A，量化間隔比均勻量化時(shí) 增大了5.47倍，量化誤差增大了。這樣實(shí)際上就實(shí)現(xiàn)了“壓大補(bǔ)小”的效果。人民

14、郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 上面只討論了x0的范圍，實(shí)際上x和y均在-1,1之間變化，因此，x和y的對(duì)應(yīng)關(guān)系曲線是在第一象限與第三象限奇對(duì)稱。為了簡(jiǎn)便，x1024，落在第8段，所以段落碼 C2C3C4=111。 （3） 確定段內(nèi)碼C5C6C7C8 在1024和2048內(nèi)有8個(gè)量化間隔，起點(diǎn)依次為 1024+n64， 1024+364=1216 1270 1024+464=1280 落在第三個(gè)量化間隔內(nèi)，段內(nèi)碼為0011。 總的編碼結(jié)果為1,111,0011。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 譯碼的作用：把收到的PCM信號(hào)還原成相應(yīng)的PAM樣值信號(hào)，即進(jìn)行D/A變換。記憶電路7/

15、12變換寄存讀出12位線性解碼電路極性控制時(shí)鐘脈沖D1D2D8C2C8B1B12B1B12PAMPCM 碼流A律13折線譯碼器原理框圖與逐次比較型編碼器中的本地譯碼器的比較：與逐次比較型編碼器中的本地譯碼器的比較：基本相同，所不基本相同，所不 同的是增加了極性控制部分和同的是增加了極性控制部分和帶有寄存讀出的帶有寄存讀出的7/12位碼變換電路。位碼變換電路。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 模擬信號(hào)m(t)是一個(gè)零均值的平穩(wěn)過程，一維統(tǒng)計(jì)特性服從均勻分布，其頻率范圍2008000HZ，電壓范圍是-5V-+5V （1）最小Nyquist抽樣速率是多少？ （2）如果改用標(biāo)準(zhǔn)PC

16、M所用的A率十三折線編碼，問碼字11111111的出現(xiàn)概率是多少？ 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 五、五、 單片集成單片集成PCM編解碼器編解碼器 大規(guī)模集成的單片編解碼器已商品化生產(chǎn)。 常把編碼和解碼集成在一塊芯片中，稱為單路PCM編解碼器。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)2.3. 3 差值脈沖編碼調(diào)制 一、 差值脈沖編碼調(diào)制原理及實(shí)現(xiàn) 二、 自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)PCM的缺點(diǎn)的缺點(diǎn) 雖然PCM編碼已得到了廣泛應(yīng)用，但PCM信號(hào)占用頻帶要比模擬通信系統(tǒng)中的一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)話路帶寬（3.1kHz）寬的多，這樣對(duì)于大容量的長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)，尤其是衛(wèi)星通信，采用PCM的經(jīng)濟(jì)性很難與模擬通信相

17、比。 語音壓縮編碼技術(shù)語音壓縮編碼技術(shù) 以較低的速率獲得高質(zhì)量編碼，一直是語音編碼追求的目標(biāo)。通常，人們把話路速率低于64kb/s的語音編碼方法，稱為語音壓縮編碼技術(shù)。 自適應(yīng)差分脈沖編碼調(diào)制ADPCM是語音壓縮中復(fù)雜度較低的一種編碼方法，可在32kb/s的速率上達(dá)到64kb/s的PCM數(shù)字電話質(zhì)量，已成為長(zhǎng)途傳輸中一種新型的國(guó)際通用的語音編碼方法。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)l線性預(yù)測(cè)基本原理 利用前面的幾個(gè)抽樣值的線性組合來預(yù)測(cè)當(dāng)前的抽樣值，利用前面的幾個(gè)抽樣值的線性組合來預(yù)測(cè)當(dāng)前的抽樣值，稱為線性預(yù)測(cè)。稱為線性預(yù)測(cè)。 當(dāng)前抽樣值和預(yù)測(cè)值之差，稱為預(yù)測(cè)誤差。當(dāng)前抽樣值和預(yù)測(cè)值之差，稱為預(yù)測(cè)誤

18、差。 由于相鄰抽樣值之間的相關(guān)性，預(yù)測(cè)值和抽樣值很接近，由于相鄰抽樣值之間的相關(guān)性，預(yù)測(cè)值和抽樣值很接近，即誤差的取值范圍較小。即誤差的取值范圍較小。 對(duì)較小的誤差值編碼，可以降低比特率。對(duì)較小的誤差值編碼，可以降低比特率。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 一、一、 差值脈沖編碼調(diào)制原理及實(shí)現(xiàn)差值脈沖編碼調(diào)制原理及實(shí)現(xiàn) 差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)就是考慮利用語聲信號(hào)的相關(guān)性找出可反映信號(hào)變化特征的一個(gè)差值量進(jìn)行編碼的。根據(jù)相關(guān)性原理，這一差值的幅度范圍一定小于原信號(hào)的幅度范圍。 因此，在保持相同量化誤差的條件下，量化電平數(shù)就可以減少，也就是壓縮了編碼速率。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)量化器編碼預(yù)測(cè)

19、器解碼預(yù)測(cè)器xneneqncnxnxncneqnxnxn編碼器解碼器圖 DPCM系統(tǒng)原理框圖人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)線性預(yù)測(cè)編解碼器原理方框圖：n編碼器：見右圖編碼器：見右圖s(t) 輸入信號(hào)；輸入信號(hào)；sk s(kT) s(t)的抽樣值；的抽樣值； s k 預(yù)測(cè)值；預(yù)測(cè)值；ek 預(yù)測(cè)誤差；預(yù)測(cè)誤差；rk 量化預(yù)測(cè)誤差；量化預(yù)測(cè)誤差；s*k 預(yù)測(cè)器輸入預(yù)測(cè)器輸入； s*k 的含義：當(dāng)無量化誤差時(shí)的含義：當(dāng)無量化誤差時(shí), ek = rk，則由圖可見：則由圖可見： 故故s*k是帶有量化誤差的是帶有量化誤差的sk。 預(yù)測(cè)器的輸入輸出關(guān)系： 式中，p是預(yù)測(cè)階數(shù)，ai是預(yù)測(cè)系數(shù) 。相加器kkkkkkk

20、kksssssesrs*piikiksas1*人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)lDPCM基本原理：當(dāng) p = 1，a1 = 1時(shí)， sk = s*k-1，預(yù)測(cè)器簡(jiǎn)化成延遲電路，延遲時(shí)間為T。這時(shí)，線性預(yù)測(cè)就成為DPCM。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 二、二、 自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制 為了能進(jìn)一步提高DPCM方式的質(zhì)量還需采取一些輔助措施，即自適應(yīng)措施。為了能在相當(dāng)寬的變化范圍內(nèi)仍能得到最佳的性能，DPCM也需要自適應(yīng)系統(tǒng)，這里的自適應(yīng)包括自適應(yīng)預(yù)測(cè)和自適應(yīng)量化，稱為ADPCM。 自適應(yīng)量化的基本思想是：讓量化間隔(t) 的變化，

21、與輸入信號(hào)方差相匹配，即量化器階距隨輸入信號(hào)的方差而變化，它正比于量化器輸入信號(hào)的方差。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)定義：定義：預(yù)測(cè)器系數(shù)隨信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性而自適應(yīng)調(diào)整，預(yù)測(cè)器系數(shù)隨信號(hào)的統(tǒng)計(jì)特性而自適應(yīng)調(diào)整，提高了預(yù)測(cè)信號(hào)的精度，提高了預(yù)測(cè)信號(hào)的精度， 從而得到高預(yù)測(cè)增益。預(yù)從而得到高預(yù)測(cè)增益。預(yù)測(cè)的基本的方法是線性預(yù)測(cè)，即測(cè)的基本的方法是線性預(yù)測(cè)，即piikikmam1 如果能夠選擇合理的預(yù)測(cè)規(guī)律，就能獲得增益。如果能夠選擇合理的預(yù)測(cè)規(guī)律，就能獲得增益。對(duì)對(duì)DPCMDPCM系統(tǒng)的研究就是圍繞著如何使系統(tǒng)的研究就是圍繞著如何使G Gp p和和(S/N)q(S/N)q 這兩這兩個(gè)參數(shù)取最大個(gè)參數(shù)

22、取最大值而逐步完善起來的。值而逐步完善起來的。 自適應(yīng)預(yù)測(cè)的常見方法有：自適應(yīng)預(yù)測(cè)的常見方法有：前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)前向自適應(yīng)預(yù)測(cè)、后向序貫自適應(yīng)預(yù)測(cè)后向序貫自適應(yīng)預(yù)測(cè)、梯度符號(hào)算法梯度符號(hào)算法等。等。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)定義：定義：方法：方法：ADPCMADPCM 在在DPCMDPCM基礎(chǔ)上，用基礎(chǔ)上，用自適應(yīng)量化自適應(yīng)量化取代取代固固定量化定量化，用，用自適應(yīng)預(yù)測(cè)自適應(yīng)預(yù)測(cè)取代取代固定預(yù)測(cè)固定預(yù)測(cè)發(fā)展了發(fā)展了ADPCMADPCM。在維持相同的話音質(zhì)量下，。在維持相同的話音質(zhì)量下，ADPCMADPCM允允許用許用32kb/s32kb/s比特率編碼，是標(biāo)準(zhǔn)比特率編碼，是標(biāo)準(zhǔn)64kb/s64kb

23、/s的的PCMPCM的的一半一半，在長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)中，有遠(yuǎn)大的，在長(zhǎng)途傳輸系統(tǒng)中，有遠(yuǎn)大的前景。前景。指量化間隔隨信號(hào)的變化而變化，指量化間隔隨信號(hào)的變化而變化，使量化誤差達(dá)到最小。使量化誤差達(dá)到最小。 前向自適應(yīng)量化、后向自適應(yīng)量化。前向自適應(yīng)量化、后向自適應(yīng)量化。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2. 3. 4 子帶編碼的基本概念及工作原理 子帶編碼是首先將輸入信號(hào)分割成幾個(gè)不同的頻帶分量，然后再分別進(jìn)行編碼，這類編碼方式稱為頻域編碼。 頻域編碼將信號(hào)分解成不同頻帶分量的過程去除了信號(hào)的冗余度，得到了一組互不相關(guān)的信號(hào)。 這同DPCM方式的機(jī)理雖然不同，但從去除冗余度的角度來說這兩者又是相似的。

24、人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.4.1 時(shí)分多路復(fù)用的概念及構(gòu)成 2.4.2 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步 2.4.3 PCM3032路系統(tǒng) 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.4.1 時(shí)分多路復(fù)用的概念及構(gòu)成 為了提高信道利用率，在傳輸過程中一般采用多路復(fù)用的傳輸方式多個(gè)信號(hào)在同一條信道上傳輸。 目前應(yīng)用較多的是頻分多路復(fù)用(FDM)和時(shí)分多路復(fù)用(TDM)。前者適用于時(shí)間連續(xù)信號(hào)的傳輸，后者適用于時(shí)間離散信號(hào)的傳輸，如前面討論的PCM系統(tǒng)就是采用

25、時(shí)分多路復(fù)用的方式傳輸?shù)摹?人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 下圖給出了一個(gè)時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)的示意圖。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 時(shí)分多路復(fù)用系統(tǒng)中收、發(fā)兩端的同步應(yīng)包括兩個(gè)方面： (1) 時(shí)鐘頻率的同步 (2) 幀時(shí)隙的同步 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.4.2 時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步 一、一、 幀同步電路的工作原理幀同步電路的工作原理 二、二、 幀同步系統(tǒng)中的保護(hù)電路幀同步系統(tǒng)中的保護(hù)電路 三、三、 對(duì)幀同步系統(tǒng)的要求對(duì)幀同步系統(tǒng)的要求 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 一、一、 幀同步電路的工作原理幀同步電路的工作原理 為完成同步功能，在接收端還需有兩種裝置： 一是同步碼識(shí)別裝置，識(shí)別接收的PCM信號(hào)

26、序列中的同步標(biāo)志碼的位置； 二是調(diào)整裝置，當(dāng)收、發(fā)兩端同步標(biāo)志碼位置不對(duì)應(yīng)時(shí)，需對(duì)收端進(jìn)行調(diào)整使其兩者位置相對(duì)應(yīng)，這些裝置統(tǒng)稱為幀同步電路。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 二、二、 幀同步系統(tǒng)中的保護(hù)電路幀同步系統(tǒng)中的保護(hù)電路 由同步碼誤碼引起的誤判失步叫做“假失步”。為了減少系統(tǒng)工作中出現(xiàn)假失步的現(xiàn)象，避免誤判，一般系統(tǒng)中并不是將一次比較結(jié)果就作為是否失步的判決依據(jù)，而是連續(xù)觀察幾次，如幾次都不能對(duì)準(zhǔn)信號(hào)序列中的同步碼時(shí)才確認(rèn)是真正失步。 在系統(tǒng)進(jìn)入同步引入過程之后，為了避免由于假同步碼的出現(xiàn)而誤判為同步，在電路設(shè)計(jì)中加入一個(gè)核對(duì)保護(hù)電路。這個(gè)電路的作用是在同步引入狀態(tài)中連續(xù)幾幀的同步檢測(cè)均檢

27、測(cè)到同步碼才確認(rèn)為同步，這一段時(shí)間稱為后方保護(hù)時(shí)間。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 三、三、 對(duì)幀同步系統(tǒng)的要求對(duì)幀同步系統(tǒng)的要求1、同步性能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾能力、同步性能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾能力2、同步識(shí)別性能好、同步識(shí)別性能好3、同步引入時(shí)間短、同步引入時(shí)間短4、構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單、構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡(jiǎn)單 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 基本概念基本概念 我們了解了時(shí)分復(fù)用的概念，我們了解了時(shí)分復(fù)用的概念， 為了提高為了提高信道的利用率和信息傳輸速率（也就是提高通信信道的利用率和信息傳輸速率（也就是提高通信容量）我們可以采用容量）我們可以采用TDM把多路信號(hào)在同一個(gè)信把多路信號(hào)在同一個(gè)信道中

28、分時(shí)傳輸。道中分時(shí)傳輸。 可是，可是， 通過深入研究我們就會(huì)通過深入研究我們就會(huì)發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題，發(fā)現(xiàn)一個(gè)問題， 假設(shè)要對(duì)假設(shè)要對(duì)120路電話信號(hào)進(jìn)行路電話信號(hào)進(jìn)行TDM， 根據(jù)根據(jù)PCM過程，過程， 首先要在首先要在125s內(nèi)完內(nèi)完成對(duì)成對(duì)120路話音信號(hào)的抽樣，路話音信號(hào)的抽樣， 然后對(duì)然后對(duì)120個(gè)樣個(gè)樣點(diǎn)值分別進(jìn)行量化和編碼。點(diǎn)值分別進(jìn)行量化和編碼。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 這樣， 對(duì)每路信號(hào)的處理時(shí)間（抽樣、量化和編碼）不到1 s， 實(shí)際系統(tǒng)只有0.95 s（這種對(duì)120路話音信號(hào)直接編碼復(fù)用的方法， 稱為PCM復(fù)用）。 如果復(fù)用的信號(hào)路數(shù)再增加， 比如480路， 則每路信號(hào)的處理時(shí)

29、間更短。 要在如此短暫的時(shí)間內(nèi)完成大路數(shù)信號(hào)的PCM復(fù)用， 尤其是要完成對(duì)數(shù)壓擴(kuò)PCM編碼， 對(duì)電路及元器件的精度要求就很高， 在技術(shù)上實(shí)現(xiàn)起來也比較困難。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 因此， 對(duì)于一定路數(shù)的信號(hào)（比如電話）， 直接采用時(shí)分復(fù)用FDM是可行的， 但對(duì)于大路數(shù)的信號(hào)而言， PCM復(fù)用在理論上是可行的， 而實(shí)際上難以實(shí)現(xiàn)。 那么我們自然就會(huì)提出一個(gè)問題， 如何實(shí)現(xiàn)大路數(shù)信號(hào)的多路復(fù)用呢？或者說， 如何利用分時(shí)傳輸提高通信系統(tǒng)的通信容量或線路利用率？數(shù)字復(fù)接是解決這一問題的“良方”。 我們首先給出數(shù)字復(fù)接的定義： 數(shù)字復(fù)接就是指將兩個(gè)或多個(gè)低速數(shù)字流合并成一個(gè)高速率數(shù)字流的過程、 方

30、法或技術(shù)。 它是提高線路利用率的一種有效方法， 也是實(shí)現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)字通信網(wǎng)的基礎(chǔ)。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 比如對(duì)30路電話進(jìn)行PCM復(fù)用（采用8位編碼）后， 通信系統(tǒng)的信息傳輸速率為80008322048 kb/s， 即形成速率2048 kb/s的數(shù)字流（比特流）。 現(xiàn)在要對(duì) 120 路電話進(jìn)行時(shí)分復(fù)用， 即把4個(gè)這樣的2048 kb/s的數(shù)字流合成為一個(gè)高速數(shù)字流， 就必須采用數(shù)字復(fù)接技術(shù)才能完成。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.5.1 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成及復(fù)接等級(jí) 2.5.2 數(shù)字復(fù)接方式及碼速調(diào)整 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.5.1 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成及復(fù)接等級(jí) 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)包括

31、數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器。 數(shù)字復(fù)接器是把兩個(gè)或兩個(gè)以上支路的數(shù)字信號(hào)按時(shí)分復(fù)用方式合并成為單一的合路數(shù)字信號(hào)的設(shè)備； 數(shù)字分接器是把一個(gè)合路數(shù)字信號(hào)分解為原來支路數(shù)字信號(hào)的設(shè)備。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 數(shù)字復(fù)接和分接設(shè)備的構(gòu)成框圖如圖所示。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 復(fù)接器在各支路數(shù)字信號(hào)復(fù)接復(fù)接器在各支路數(shù)字信號(hào)復(fù)接之前需要進(jìn)行碼速調(diào)整，即對(duì)各輸入支之前需要進(jìn)行碼速調(diào)整，即對(duì)各輸入支路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率和相位調(diào)整，使其路數(shù)字信號(hào)進(jìn)行頻率和相位調(diào)整，使其各支路輸入碼流速率彼此同步并與復(fù)接各支路輸入碼流速率彼此同步并與復(fù)接器的定時(shí)信號(hào)同步后，復(fù)接器方可將低器的定時(shí)信號(hào)同步后，復(fù)接器方可將低次

32、群碼流復(fù)接成高次群碼流。由此可得次群碼流復(fù)接成高次群碼流。由此可得出如下復(fù)接條件：被復(fù)接的各支路數(shù)字出如下復(fù)接條件：被復(fù)接的各支路數(shù)字信號(hào)彼此之間必須同步并與復(fù)接器的定信號(hào)彼此之間必須同步并與復(fù)接器的定時(shí)信號(hào)同步方可復(fù)接。根據(jù)此條件劃分時(shí)信號(hào)同步方可復(fù)接。根據(jù)此條件劃分的復(fù)接方式可分的復(fù)接方式可分為：同步復(fù)接、異源為：同步復(fù)接、異源（準(zhǔn)同步）復(fù)接、異步復(fù)接三種（準(zhǔn)同步）復(fù)接、異步復(fù)接三種。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 復(fù)接等級(jí) 根據(jù)不同傳輸介質(zhì)的傳輸能力和電路情況， 在數(shù)字通信中將數(shù)字流比特率劃分為不同等級(jí)， 其計(jì)量基本單元為一路PCM信號(hào)的比特率8000（Hz）8（bit）64 kb/s（零

33、次群）。 復(fù)用設(shè)備按照給定比特率系列劃分為不同的等級(jí)， 在各個(gè)數(shù)字復(fù)用等級(jí)上的復(fù)用設(shè)備就是將數(shù)個(gè)低等級(jí)比特率的信號(hào)源復(fù)接成一個(gè)高等級(jí)比特率的數(shù)字信號(hào)。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 在國(guó)際上， CCITT為了便于國(guó)際通信的發(fā)展， 推薦了兩類群路比特率系列和數(shù)字復(fù)接等級(jí)。 兩類數(shù)字速率系列和數(shù)字復(fù)接等級(jí)如表和圖所示。 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 表 兩種數(shù)字系列速率 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù)圖51 數(shù)字復(fù)接等級(jí)示意圖1544 kb/s6312 kb/s24307445441641332064 kb/s97728 kb/s44736 kb/s8448 kb/s2048 kb/s34368 kb/s

34、139264 kb/s564992 kb/s1.5 M系列2 M系列復(fù)接等級(jí)64 kb/s人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 北美和日本采用的系列和相應(yīng)數(shù)字復(fù)北美和日本采用的系列和相應(yīng)數(shù)字復(fù)接等級(jí)是接等級(jí)是1.544Mb/s（基群）、（基群）、6.312Mb/s（二次群）等，簡(jiǎn)稱為（二次群）等，簡(jiǎn)稱為1.5M系系列。歐洲各國(guó)和我國(guó)都采用的系列和相應(yīng)數(shù)字列。歐洲各國(guó)和我國(guó)都采用的系列和相應(yīng)數(shù)字復(fù)接等級(jí)是復(fù)接等級(jí)是2.048Mb/s（基群）、（基群）、8.488Mb/s（二次群）等，即所謂的（二次群）等，即所謂的2M系系列。列。 CCITT建議中大多數(shù)都是逐級(jí)復(fù)接，建議中大多數(shù)都是逐級(jí)復(fù)接，即采用即采用N

35、（N+1）方式復(fù)接等級(jí)。比如二次）方式復(fù)接等級(jí)。比如二次群復(fù)接為三次群（群復(fù)接為三次群（N=2），三次群復(fù)接為四），三次群復(fù)接為四次群（次群（N=3）。也有采用）。也有采用N（N+2）方式）方式復(fù)接，比如由二次群直接復(fù)接為四次群復(fù)接，比如由二次群直接復(fù)接為四次群（N=2）。）。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 采用采用2Mb/s基群數(shù)字速率系列和基群數(shù)字速率系列和復(fù)接等級(jí)具有如下一些好處：復(fù)接等級(jí)具有如下一些好處： (1)復(fù)接性能好，對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)復(fù)接性能好，對(duì)傳輸數(shù)字信號(hào)結(jié)構(gòu)沒有任何限制，即比特獨(dú)立性較好；結(jié)構(gòu)沒有任何限制，即比特獨(dú)立性較好； (2)信令通道容量大；信令通道容量大； (3)同步電路

36、搜捕性能較好（同步同步電路搜捕性能較好（同步碼集中插入）；碼集中插入）； (4)復(fù)接方式靈活，可采用復(fù)接方式靈活，可采用N（N+1）和）和N（N+2）兩種方式復(fù)接；）兩種方式復(fù)接； (5)2Mb/s系列的幀結(jié)構(gòu)與數(shù)字系列的幀結(jié)構(gòu)與數(shù)字交換用的幀結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，便于交換用的幀結(jié)構(gòu)是統(tǒng)一的，便于向數(shù)字交換向數(shù)字交換統(tǒng)一化方向發(fā)展。統(tǒng)一化方向發(fā)展。人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 2.5.2 數(shù)字復(fù)接方式及碼速調(diào)整 一、一、 復(fù)接方式復(fù)接方式 二、二、 同步時(shí)鐘復(fù)接異步時(shí)鐘復(fù)接同步時(shí)鐘復(fù)接異步時(shí)鐘復(fù)接人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 一、一、 復(fù)接方式復(fù)接方式 P62P62 1按位復(fù)接 2按路復(fù)接 3按幀復(fù)接 人民郵電出版社現(xiàn)代通信技術(shù) 二、同步時(shí)鐘復(fù)接異步時(shí)鐘復(fù)接二、同步時(shí)鐘復(fù)接異步時(shí)