1、2022-1-14通信與信息工程學(xué)院1第第6章章 模擬信號(hào)數(shù)字化與模擬信號(hào)數(shù)字化與PCM2022-1-14通信與信息工程學(xué)院2引引 言言模擬信號(hào)數(shù)字化：模擬信號(hào)數(shù)字化：通信與信息處理的基礎(chǔ)技術(shù)通信與信息處理的基礎(chǔ)技術(shù)電話通信系統(tǒng)：電話通信系統(tǒng)：采用采用PCM（脈沖編碼調(diào)制）實(shí)施語(yǔ)音信號(hào)（脈沖編碼調(diào)制）實(shí)施語(yǔ)音信號(hào) 數(shù)字化數(shù)字化抽樣、量化、編碼抽樣、量化、編碼2022-1-14通信與信息工程學(xué)院3引引 言言 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院4第第6章章 模擬信號(hào)數(shù)字化與模擬信號(hào)數(shù)字化與PCM6.1 模擬信號(hào)的抽樣模擬信號(hào)的抽樣6.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化6.3 量化信噪比與對(duì)

2、數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制6.5* 差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制6.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用2022-1-14通信與信息工程學(xué)院5第第6章章 模擬信號(hào)數(shù)字化與模擬信號(hào)數(shù)字化與PCM習(xí)題習(xí)題P2642666.1 6.2 6.6 6.8 6.11 6.12 6.13 6.14 6.15 6.16 6.202022-1-14通信與信息工程學(xué)院66.1 模擬信號(hào)的抽樣模擬信號(hào)的抽樣2022-1-14通信與信息工程學(xué)院76.1 模擬信號(hào)的抽樣模擬信號(hào)的抽樣目的：目的：時(shí)間連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散序列時(shí)間連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散序列抽樣抽樣/采樣（采樣（Sa

3、mpling）：在某些時(shí)刻上抽取信號(hào)值，形：在某些時(shí)刻上抽取信號(hào)值，形成反映原信號(hào)的樣值序列成反映原信號(hào)的樣值序列本節(jié)包括：本節(jié)包括：帶限信號(hào)的抽樣定理帶限信號(hào)的抽樣定理實(shí)際抽樣中的自然與平頂抽樣實(shí)際抽樣中的自然與平頂抽樣*模擬信號(hào)的脈沖調(diào)制模擬信號(hào)的脈沖調(diào)制*帶通信號(hào)的抽樣定理帶通信號(hào)的抽樣定理2022-1-14通信與信息工程學(xué)院86.1 模擬信號(hào)的抽樣模擬信號(hào)的抽樣6.1.1 帶限信號(hào)的抽樣帶限信號(hào)的抽樣定理：定理：給定最高非零頻率為給定最高非零頻率為fH的帶限信號(hào)的帶限信號(hào)m(t)，如果取抽，如果取抽樣間隔樣間隔Ts2fH），則），則m(t)唯一由其樣值唯一由其樣值序列序列mn=m(nT

4、s)，n為整數(shù)為整數(shù)決定。即決定。即fH為信號(hào)帶寬為信號(hào)帶寬B，2fH=2B稱為稱為奈奎斯特頻率（奈奎斯特頻率（Nyquist frequency） 2,0, 1, 2,sHffnm tm n 只要2022-1-14通信與信息工程學(xué)院96.1 模擬信號(hào)的抽樣模擬信號(hào)的抽樣2022-1-14通信與信息工程學(xué)院106.1 模擬信號(hào)的抽樣模擬信號(hào)的抽樣時(shí)域上時(shí)域上頻域上頻域上如果如果fs2fH，無(wú)理論上限，無(wú)理論上限 頻帶信號(hào)抽樣速率頻帶信號(hào)抽樣速率存在理論上下限存在理論上下限 （i）fH是是B的整數(shù)倍的整數(shù)倍 fs=2B （ii）fH不是不是B的整數(shù)倍的整數(shù)倍（2）通信系統(tǒng)中常采用先抽樣后調(diào)制的方

5、法）通信系統(tǒng)中常采用先抽樣后調(diào)制的方法 頻帶信號(hào)抽樣一般只用于對(duì)特殊信號(hào)的分析頻帶信號(hào)抽樣一般只用于對(duì)特殊信號(hào)的分析/HnfB2/sHffn2022-1-14通信與信息工程學(xué)院196.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化2022-1-14通信與信息工程學(xué)院20抽樣、抽樣、量化、量化、編碼編碼6.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院216.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化 6.2.1 量化原理量化原理量化（量化（Quantization）：）：近似過(guò)程，以適度誤差為代價(jià)，近似過(guò)程，以適度誤差為代價(jià)，使無(wú)限（較高）精度的數(shù)值可以用較少數(shù)位表示使

6、無(wú)限（較高）精度的數(shù)值可以用較少數(shù)位表示量化器（量化器（Quantizer）要點(diǎn)）要點(diǎn)（1）區(qū)間個(gè)數(shù)）區(qū)間個(gè)數(shù)M量化電平數(shù)量化電平數(shù) ，n位數(shù)位數(shù)（2）區(qū)間的分界）區(qū)間的分界xi分層或閾值電平分層或閾值電平（3）區(qū)間對(duì)應(yīng)的輸出）區(qū)間對(duì)應(yīng)的輸出yi輸出電平輸出電平2nM 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院226.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院236.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化 量化誤差（噪聲）量化誤差（噪聲）噪聲功率噪聲功率 越小，越小，M越多，表征的量化性能越好，但編碼越復(fù)雜越多，表征的量化性能越好，但編碼越復(fù)雜區(qū)間的劃分方法、輸

7、出電平的選取也有影響區(qū)間的劃分方法、輸出電平的選取也有影響 qexyxQ x 222( )qEx Q xx Q xf x dx2q2022-1-14通信與信息工程學(xué)院246.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化 6.2.2 均勻量化器均勻量化器M電平均勻量化器：電平均勻量化器：輸入范圍輸入范圍-V，+V（1）區(qū)間間隔相等）區(qū)間間隔相等（2）M+1個(gè)分層電平等間距排列個(gè)分層電平等間距排列（3）輸出電平位于區(qū)間中心）輸出電平位于區(qū)間中心2/VM 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院256.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化 量化誤差量化誤差（考慮輸入（考慮輸入x服從服從-V，+V的均勻分

8、布）的均勻分布）各區(qū)間上積分形式完全相同，即各區(qū)間上積分形式完全相同，即 122211122iiMVxqVxix Q xdxx Q xdxVV/222/212/223/2/ 2/ 21()2112312iiMyqiyixydxVMx dxxV2022-1-14通信與信息工程學(xué)院266.2 均勻量化與最佳量化均勻量化與最佳量化 可證明當(dāng)可證明當(dāng)M遠(yuǎn)大于遠(yuǎn)大于1時(shí)，均勻量化器的時(shí)，均勻量化器的量化噪聲功率與量化噪聲功率與x是是否服從均勻分布無(wú)關(guān)否服從均勻分布無(wú)關(guān)6.2.3* 最佳量化器（最佳量化器（P240-P242）使量化誤差達(dá)到最小時(shí)，所采用的量化器（使量化誤差達(dá)到最小時(shí)，所采用的量化器（Ll

9、oyd-Max）11222113211111312iiiiMMxxiiqiixxiiiiMMiiiiiiiiiPPxydxxydxxPxyPx2122022-1-14通信與信息工程學(xué)院276.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化2022-1-14通信與信息工程學(xué)院286.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 6.3.1 量化信噪比量化信噪比量化信噪比量化信噪比量化誤差的實(shí)際影響取決于它與信號(hào)的相量化誤差的實(shí)際影響取決于它與信號(hào)的相對(duì)對(duì) 大小大小信號(hào)幅度盡量大，但必須在量化范圍內(nèi)信號(hào)幅度盡量大，但必須在量化范圍內(nèi)22r m sqqxSN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院296.

10、3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 量化范圍量化范圍量化器的允許量化器的允許輸入范圍輸入范圍-V，+V過(guò)載（過(guò)載（Overloaded）信號(hào)超過(guò)范圍將被信號(hào)超過(guò)范圍將被“限幅限幅”其中，其中，D=xrms/V為歸一化有效值為歸一化有效值通過(guò)歸一化，可將需要量化的樣值控制在通過(guò)歸一化，可將需要量化的樣值控制在-1, +1之間之間222222222rmsrmsqqqqxxSVVDNV2022-1-14通信與信息工程學(xué)院306.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 討論討論 時(shí)均勻量化器的量化信噪比時(shí)均勻量化器的量化信噪比分貝形式：分貝形式：6 dB規(guī)則規(guī)則 (dB)2nM 222

11、221212121223nqnVV2222222323123nrmsnqxSDM DNV_6.024.7720lgqdBSnDN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院316.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 P243，圖，圖6.3.1 6.024.7720lgnD2022-1-14通信與信息工程學(xué)院326.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 特點(diǎn)特點(diǎn)（1）6 dB規(guī)則規(guī)則（2）受信號(hào)類型與幅度影響：）受信號(hào)類型與幅度影響：Dmax不一樣不一樣（D=xrms/V） 峰值信噪比：峰值信噪比：D=1（理論上理論上D的最大值的最大值）（3）平均信噪比：平均信噪比：均勻分布信號(hào)的均勻

12、分布信號(hào)的 _6.024.77qPkdBSnNmax3 3sDP V_6.024.774.776.02qAvr dBSnnN22(2 ) /12/3sPVV_6.024.7720lgqdBSnDN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院336.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 （4）正弦信號(hào)正弦信號(hào)max2 /22/2rmsxVD_6.024.77 3.01 6.021.76q dBSnnN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院346.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 例例6.4 高保真保存高保真保存2020 kHz音樂(lè)信號(hào)，采用音樂(lè)信號(hào)，采用44.1 kHz的采樣率的采樣率

13、與與16位均勻量化器，求位均勻量化器，求：（：（1）峰值信噪比與平均信噪）峰值信噪比與平均信噪比；（比；（2）立體聲）立體聲CD信號(hào)的數(shù)據(jù)率信號(hào)的數(shù)據(jù)率解：（解：（1）（2）_101.09qPkdBSdBN96.32qAvr dBSdBN44.1 1621411.2()bRkbps_6.024.7720lgqdBSnDN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院356.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 16位均勻量化器，求位均勻量化器，求峰值信噪比峰值信噪比_101.09qPkdBSdBN_6.024.7720lgqdBSnDN2232nqSDN2 1623212884901888101

14、.1qpkSDNdB2022-1-14通信與信息工程學(xué)院366.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 6.3.2 對(duì)數(shù)量化對(duì)數(shù)量化模擬語(yǔ)音信號(hào)的量化：模擬語(yǔ)音信號(hào)的量化：峰平功率差異很大，有效幅度為最峰平功率差異很大，有效幅度為最 大幅度的大幅度的20%實(shí)用語(yǔ)音信號(hào)幅度：實(shí)用語(yǔ)音信號(hào)幅度：不同發(fā)話人與情緒狀態(tài)（不同發(fā)話人與情緒狀態(tài)（30 dB）；話）；話機(jī)與數(shù)字化單元間的距離機(jī)與數(shù)字化單元間的距離/衰耗差別（衰耗差別（2030 dB）6.024.7720lgnD2022-1-14通信與信息工程學(xué)院376.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 實(shí)際電話系統(tǒng)：實(shí)際電話系統(tǒng)：約約40

15、50 dB動(dòng)態(tài)范圍，系統(tǒng)需提供至少動(dòng)態(tài)范圍，系統(tǒng)需提供至少25 dB的量化信噪比的量化信噪比采用較少量化比特采用較少量化比特（通常為（通常為8），在較寬的輸入動(dòng)態(tài)范圍在較寬的輸入動(dòng)態(tài)范圍上達(dá)到良好的量化信噪比上達(dá)到良好的量化信噪比對(duì)數(shù)量化對(duì)數(shù)量化+均勻量化均勻量化例例6.5 信號(hào)平均功率信號(hào)平均功率-40 dB_6.024.7720lg25q dBSnDdBN20lg2548.164.7728DdB 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院386.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院396.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 壓縮（壓縮（Co

16、mpression）量化中用對(duì)數(shù)變換，使大幅度的量化中用對(duì)數(shù)變換，使大幅度的 語(yǔ)音信號(hào)值縮小到量化范圍內(nèi)語(yǔ)音信號(hào)值縮小到量化范圍內(nèi)擴(kuò)張（擴(kuò)張（Expansion）還原中用指數(shù)變換，把相應(yīng)的量化值還原中用指數(shù)變換，把相應(yīng)的量化值 擴(kuò)張回去擴(kuò)張回去2022-1-14通信與信息工程學(xué)院406.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 6.3.3 A律與律與 律及其折線近似律及其折線近似國(guó)際電信聯(lián)盟（國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的標(biāo)準(zhǔn)（對(duì)數(shù)壓縮規(guī)律）：）的標(biāo)準(zhǔn)（對(duì)數(shù)壓縮規(guī)律）：（1）A律（我國(guó)大陸及歐洲各國(guó)）：律（我國(guó)大陸及歐洲各國(guó)）：A的典型值為的典型值為87.6：|0 | 1/1 ln1 ln(|)

17、1/| 11 lnAxxAAyA xAxA 6.024.77 20lg1 ln 38.2dBSnAdBN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院416.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 （2） 律（北美及日本）：律（北美及日本）： 的典型值為的典型值為255：ln(1| |)0 | | 1ln(1)xyx6.024.7720lgln(1)38.05dBSndBN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院426.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 _6.024.7720lg25q dBSnDdBN2022-1-14通信與信息工程學(xué)院436.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化

18、 折線近似：折線近似：等比地劃為等比地劃為8個(gè)段。每段用折線近似，段上采用個(gè)段。每段用折線近似，段上采用16個(gè)電平的均勻量化個(gè)電平的均勻量化2022-1-14通信與信息工程學(xué)院446.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 A律律13折線法：折線法：0、1兩段合并為一段折線。第一段量化間隔兩段合并為一段折線。第一段量化間隔最小最小(1/128) 16 1/20482022-1-14通信與信息工程學(xué)院456.3 量化信噪比與對(duì)數(shù)量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化 律律15折線法：折線法：0、1兩段不合并。第一段量化間隔最小兩段不合并。第一段量化間隔最小(1/255) 16 1/40802022-1-

19、14通信與信息工程學(xué)院466.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制2022-1-14通信與信息工程學(xué)院47抽樣、量化、抽樣、量化、編碼編碼6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院486.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 6.4.1 PCM的基本原理的基本原理脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制（Pulse Code Modulation）把模擬信號(hào)表把模擬信號(hào)表示成串行二進(jìn)制碼流示成串行二進(jìn)制碼流（A/D轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換ADC）（1）電話信號(hào)帶寬：電話信號(hào)帶寬：3003400 Hz，抽樣率為，抽樣率為8 kHz（2）量化：）量化：8比特比特A律律或或 律，動(dòng)態(tài)范圍律，動(dòng)態(tài)范圍4050 dB（3

20、）編碼（）編碼（Encoding）：將量化輸出電平表示為二進(jìn)制碼）：將量化輸出電平表示為二進(jìn)制碼 （4）PCM數(shù)據(jù)率：數(shù)據(jù)率： 8 kHz8 bit=64 kbps 語(yǔ)音信號(hào)傳輸速率語(yǔ)音信號(hào)傳輸速率2022-1-14通信與信息工程學(xué)院496.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 優(yōu)勢(shì)優(yōu)勢(shì)長(zhǎng)途通信借助中繼，及時(shí)再生出長(zhǎng)途通信借助中繼，及時(shí)再生出“干凈干凈”的數(shù)字信號(hào)，的數(shù)字信號(hào)，使使 總傳輸錯(cuò)誤非常低總傳輸錯(cuò)誤非常低數(shù)字化信號(hào)格式規(guī)范統(tǒng)一，便于多個(gè)用戶共用數(shù)字化信號(hào)格式規(guī)范統(tǒng)一，便于多個(gè)用戶共用數(shù)字化技術(shù)方便可靠、成本低數(shù)字化技術(shù)方便可靠、成本低可充分利用多種糾錯(cuò)技術(shù)與保密技術(shù)可充分利用多種糾錯(cuò)技術(shù)與保

21、密技術(shù)2022-1-14通信與信息工程學(xué)院506.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 6.4.2 編碼規(guī)則編碼規(guī)則8位位PCM的編碼結(jié)合的編碼結(jié)合13或或15折線法進(jìn)行，用折線法進(jìn)行，用折疊二進(jìn)制編碼折疊二進(jìn)制編碼自然編碼：自然編碼：對(duì)量化結(jié)果由對(duì)量化結(jié)果由最小（負(fù)）最小（負(fù)）到到最大（正）最大（正）依次進(jìn)依次進(jìn) 行編碼行編碼 -V, +V0000, 1111折疊二進(jìn)制編碼：折疊二進(jìn)制編碼：對(duì)量化結(jié)果對(duì)量化結(jié)果絕對(duì)值絕對(duì)值進(jìn)行自然編碼，首位進(jìn)行自然編碼，首位 以以1或或0表示正或負(fù)表示正或負(fù) -V, 0, 0, +V01110000, 10001111可獲得較好的接收質(zhì)量可獲得較好的接收質(zhì)量2022

22、-1-14通信與信息工程學(xué)院516.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 （1）確定極性，正為）確定極性，正為“1”，負(fù)為，負(fù)為“0”（2）確定段落，共）確定段落，共8段，段，3位編碼位編碼000111（3）確定量化電平，共）確定量化電平，共16電平，電平，4位編碼位編碼00001111b7b6b5b4b3b2b1b01位極性碼位極性碼3位段落碼位段落碼4位段內(nèi)碼位段內(nèi)碼1=正，正，0=負(fù)負(fù)（對(duì)應(yīng)（對(duì)應(yīng)8段）段）（對(duì)應(yīng)（對(duì)應(yīng)16電平）電平）2022-1-14通信與信息工程學(xué)院526.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院53習(xí)題習(xí)題1設(shè)設(shè)PCM系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用A律律13折線

23、量化器，量化器的量化范圍折線量化器，量化器的量化范圍為為-10, 10，若輸入采樣值為，若輸入采樣值為1.22和和 -0.03，求輸出的二進(jìn)，求輸出的二進(jìn)制碼組制碼組（提示：提示：A律律13折線主要參數(shù)見(jiàn)下表）折線主要參數(shù)見(jiàn)下表） 11281162048 6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院54解：解： （1）當(dāng)輸入采樣值為當(dāng)輸入采樣值為1.22時(shí)，其歸一化值為時(shí)，其歸一化值為 極性碼為極性碼為1屬于第屬于第4段：段：100二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼 1 100 1111 （2）當(dāng)輸入采樣值為當(dāng)輸入采樣值為 -0.03時(shí)，時(shí)，其歸一化值為其歸一化值為極性碼為極性碼為0屬

24、于第屬于第0段：段：000二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼 0 000 0110 1.220.12210 x 0.030.00310 x0.06250.122 0.062515.231882048x00.0036.1412048x 6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院55段內(nèi)碼的確定段內(nèi)碼的確定如某一量化電平如某一量化電平x落在段落在段x1，x2內(nèi)內(nèi)（P248，表，表6.3.1）那么段內(nèi)區(qū)間為那么段內(nèi)區(qū)間為討論：討論：對(duì)結(jié)果對(duì)結(jié)果取整取整后，確定其段內(nèi)碼后，確定其段內(nèi)碼 臨界值臨界值16，段內(nèi)碼取為，段內(nèi)碼取為11110.06250.122 0.062515.23188204

25、8x10,16xxx6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院56習(xí)題習(xí)題2設(shè)設(shè)PCM系統(tǒng)采用系統(tǒng)采用A律律13折線量化器，量化器的量化范圍折線量化器，量化器的量化范圍為為-2, 2，若輸入采樣值為，若輸入采樣值為0.6和和-1.4，求輸出的二進(jìn)制碼，求輸出的二進(jìn)制碼組（提示：組（提示：A律律13折線主要參數(shù)見(jiàn)下表）折線主要參數(shù)見(jiàn)下表） 11281162048 6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院57解：解： （1）當(dāng)輸入當(dāng)輸入采樣值為采樣值為0.6時(shí)，其歸一化時(shí)，其歸一化值為值為 極性碼為極性碼為1屬于第屬于第6段：段：110二進(jìn)

26、制碼二進(jìn)制碼 1 110 0011 （2）當(dāng)輸入采樣值為當(dāng)輸入采樣值為-1.4時(shí)，時(shí)，其歸一化值為其歸一化值為極性碼為極性碼為0屬于第屬于第7段：段：111二進(jìn)制碼二進(jìn)制碼 0 111 0110 0.60.32x 0.250.3 0.253.2132322048x1.40.72x0.70.50.26.41646420486.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院586.4.3* PCM傳輸系統(tǒng)的信噪比傳輸系統(tǒng)的信噪比PCM通信系統(tǒng)中，還原的話音信號(hào)與原始信號(hào)相比，誤差通信系統(tǒng)中，還原的話音信號(hào)與原始信號(hào)相比，誤差主要由主要由量化噪聲量化噪聲與與傳輸誤碼傳輸誤碼引起引

27、起 系統(tǒng)信噪比系統(tǒng)信噪比量化噪聲量化噪聲 傳輸誤碼傳輸誤碼6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 222nqt22qsPCMtPSN22/12q 22122202222(1 2 )1(2)1 21(1)4(1)3nnibtbibbqPnPnMPMP 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院59系統(tǒng)信噪比系統(tǒng)信噪比峰值信噪比峰值信噪比平均信噪比平均信噪比6.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2222( /)4(1)1 4(1)qsPCMqbqbS NPSNMPMP22_314(1)PCMpkbSMNMP22_14(1)PCMAvrbSMNMP2022-1-14通信與信息工程學(xué)院60系統(tǒng)信噪比系統(tǒng)信噪比1）如果

28、）如果Pb很小，量化噪聲起主導(dǎo)作用很小，量化噪聲起主導(dǎo)作用2）如果）如果Pb較大，則傳輸誤碼起主導(dǎo)作用較大，則傳輸誤碼起主導(dǎo)作用 量化噪聲與誤碼性能相同量化噪聲與誤碼性能相同PCM 8 bit量化，一般要求量化，一般要求Pb性能好于性能好于10-76.4 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 2222( /)4(1)1 4(1)qsPCMqbqbS NPSNMPMP214(1)bPM2022-1-14通信與信息工程學(xué)院616.5* 差分脈沖編碼與增量調(diào)制差分脈沖編碼與增量調(diào)制P2522562022-1-14通信與信息工程學(xué)院626.5* 差分脈沖編碼與增量調(diào)制差分脈沖編碼與增量調(diào)制6.5.1 語(yǔ)音壓縮編碼

29、語(yǔ)音壓縮編碼數(shù)據(jù)速率低于數(shù)據(jù)速率低于64 kbps的編碼方式的編碼方式2022-1-14通信與信息工程學(xué)院636.5* 差分脈沖編碼與增量調(diào)制差分脈沖編碼與增量調(diào)制6.5.2 差分脈沖編碼調(diào)制（差分脈沖編碼調(diào)制（DPCM）對(duì)有記憶的信號(hào)，對(duì)有記憶的信號(hào)，由前面的樣值預(yù)測(cè)后面的樣值，而后對(duì)由前面的樣值預(yù)測(cè)后面的樣值，而后對(duì)預(yù)測(cè)的誤差信號(hào)進(jìn)行量化與編碼預(yù)測(cè)的誤差信號(hào)進(jìn)行量化與編碼差信號(hào)的幅度總體上小于原信號(hào)，差信號(hào)的幅度總體上小于原信號(hào)，用較少比特可達(dá)到相同用較少比特可達(dá)到相同的性能的性能利用自適應(yīng)算法時(shí)，稱為利用自適應(yīng)算法時(shí)，稱為ADPCM（Adaptive DPCM）一路數(shù)字話音的數(shù)據(jù)率為一路

30、數(shù)字話音的數(shù)據(jù)率為32 kbps，為，為PCM的的50%2022-1-14通信與信息工程學(xué)院646.5* 差分脈沖編碼與增量調(diào)制差分脈沖編碼與增量調(diào)制預(yù)測(cè)的誤差預(yù)測(cè)的誤差 預(yù)測(cè)器輸入預(yù)測(cè)器輸入 接收端輸出接收端輸出 nnndxxnnnnxxdxnnnnnnxdxdxx2022-1-14通信與信息工程學(xué)院656.5* 差分脈沖編碼與增量調(diào)制差分脈沖編碼與增量調(diào)制6.5.3 增量調(diào)制（增量調(diào)制（DM）最簡(jiǎn)單的最簡(jiǎn)單的DPCM，預(yù)測(cè)器是一個(gè)延時(shí)器，量化器只有，預(yù)測(cè)器是一個(gè)延時(shí)器，量化器只有1比特比特低比特率時(shí)的質(zhì)量?jī)?yōu)于低比特率時(shí)的質(zhì)量?jī)?yōu)于PCM，抗誤碼性優(yōu)良，抗誤碼性優(yōu)良2( /)1 4(1)qPC

31、MbS NSNMP2022-1-14通信與信息工程學(xué)院666.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用2022-1-14通信與信息工程學(xué)院676.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用6.6.1 TDM的基本原理的基本原理時(shí)分復(fù)用（時(shí)分復(fù)用（TDM）多個(gè)信源數(shù)據(jù)分別占用不同時(shí)隙，多個(gè)信源數(shù)據(jù)分別占用不同時(shí)隙，共用一條信道進(jìn)行數(shù)字傳輸?shù)募夹g(shù)（傳輸速率共用一條信道進(jìn)行數(shù)字傳輸?shù)募夹g(shù)（傳輸速率N64 kb/s）2022-1-14通信與信息工程學(xué)院686.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用輪流占用不同時(shí)隙，互不影響輪流占用不同時(shí)隙，互不影響組成一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)，稱為組成一個(gè)確定的結(jié)構(gòu)，稱為幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu)收發(fā)同步工作收發(fā)同步工作幀同步幀同步。借助。借助幀同步

32、碼幀同步碼優(yōu)點(diǎn)：優(yōu)點(diǎn)：1）它采用全數(shù)字電路技術(shù)；）它采用全數(shù)字電路技術(shù)；2）不需要大量并行）不需要大量并行設(shè)設(shè) 備，備，3）無(wú)非線性引起各路信號(hào)之間的串?dāng)_）無(wú)非線性引起各路信號(hào)之間的串?dāng)_缺點(diǎn)：缺點(diǎn)：需要更高速率的數(shù)字傳輸與更為嚴(yán)格的同步定時(shí)需要更高速率的數(shù)字傳輸與更為嚴(yán)格的同步定時(shí)2022-1-14通信與信息工程學(xué)院696.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用6.6.2 幀同步法幀同步法利用包含同步數(shù)據(jù)的幀頭或幀尾進(jìn)行同步利用包含同步數(shù)據(jù)的幀頭或幀尾進(jìn)行同步在突發(fā)型數(shù)據(jù)交換中，利用分組（包）傳輸模式在突發(fā)型數(shù)據(jù)交換中，利用分組（包）傳輸模式利用利用分組（包）頭信息進(jìn)行同步分組（包）頭信息進(jìn)行同步6.6.3 E

33、1與與T1國(guó)際電信聯(lián)盟（國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）兩類重要的標(biāo)準(zhǔn)：）兩類重要的標(biāo)準(zhǔn)：E體系與體系與T體系體系基群基群或或一次群一次群：一定路數(shù)的數(shù)字信號(hào)：一定路數(shù)的數(shù)字信號(hào)（64 kbps）復(fù)用成復(fù)用成 一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流一個(gè)標(biāo)準(zhǔn)的數(shù)據(jù)流2022-1-14通信與信息工程學(xué)院706.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用E1：將將30路路64 kbps的的PCM（A律）律）信號(hào)復(fù)用在一起信號(hào)復(fù)用在一起 幀率幀率8000幀幀/秒，每幀含秒，每幀含32個(gè)時(shí)隙個(gè)時(shí)隙32個(gè)時(shí)隙中的個(gè)時(shí)隙中的30個(gè)時(shí)隙：對(duì)應(yīng)個(gè)時(shí)隙：對(duì)應(yīng)30路路PCM信號(hào)信號(hào)（8 bit）TS0與與TS16用于用于同步碼、信令同步碼、信令等用途等用途E1的總數(shù)據(jù)

34、率（的總數(shù)據(jù)率（30/32路基群）路基群）8000幀幀/s（30+2）時(shí)隙）時(shí)隙/幀幀8 bit/時(shí)隙時(shí)隙=2048 kbps應(yīng)用于歐洲與我國(guó)的語(yǔ)音電話傳輸網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用于歐洲與我國(guó)的語(yǔ)音電話傳輸網(wǎng)絡(luò)中2022-1-14通信與信息工程學(xué)院714.9 線路碼型線路碼型4.9.2* HDB3碼（碼（P181-182）AMI碼的改進(jìn)型碼的改進(jìn)型對(duì)連對(duì)連“0”中的第中的第4個(gè)個(gè)“0”進(jìn)行特殊編碼進(jìn)行特殊編碼加入破壞碼加入破壞碼V，復(fù)雜度有所增加復(fù)雜度有所增加為為ITU-T推薦碼型之一推薦碼型之一歐洲歐洲32路時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)一（路時(shí)分復(fù)用系統(tǒng)一（2.048 Mbps）/二（二（8.448 Mbps） /三次群

35、（三次群（34.368 Mbps）的線路接口碼型）的線路接口碼型2022-1-14通信與信息工程學(xué)院726.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用T1：將將24路路64 kbps的的PCM（律）律）信號(hào)復(fù)用在一起信號(hào)復(fù)用在一起 幀率幀率8000幀幀/秒，每幀含秒，每幀含24個(gè)時(shí)隙個(gè)時(shí)隙每幀包含每幀包含193個(gè)個(gè)bit：824+1位同步碼位同步碼=193 bitT1的總數(shù)據(jù)率（的總數(shù)據(jù)率（24路基群）路基群）8000幀幀/s（24時(shí)隙時(shí)隙/幀幀8 bit/時(shí)隙時(shí)隙+1）=1544 kbps應(yīng)用于北美與日本的語(yǔ)音電話傳輸網(wǎng)絡(luò)中應(yīng)用于北美與日本的語(yǔ)音電話傳輸網(wǎng)絡(luò)中2022-1-14通信與信息工程學(xué)院734.9 線路碼

36、型線路碼型1、AMI（傳號(hào)）反轉(zhuǎn)交替碼（傳號(hào)）反轉(zhuǎn)交替碼（三電平編碼）（三電平編碼）交替的交替的+1、-1表示表示1（半占空（半占空RZ序列），零電平表示序列），零電平表示0直流分量為直流分量為0，總功率較低，總功率較低易于檢錯(cuò)，無(wú)連續(xù)易于檢錯(cuò)，無(wú)連續(xù)+1或或-1接收電路簡(jiǎn)單接收電路簡(jiǎn)單 出現(xiàn)長(zhǎng)連出現(xiàn)長(zhǎng)連“0”信號(hào)時(shí)，無(wú)法提取時(shí)鐘信號(hào)時(shí)，無(wú)法提取時(shí)鐘北美北美24路時(shí)分復(fù)用（路時(shí)分復(fù)用（TDM）系統(tǒng)一次群）系統(tǒng)一次群1.544 Mb/s線路碼型線路碼型2022-1-14通信與信息工程學(xué)院746.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用6.6.4 準(zhǔn)同步與同步數(shù)字體系準(zhǔn)同步與同步數(shù)字體系TDM數(shù)字體系分為數(shù)字體系分為

37、同步數(shù)字體系同步數(shù)字體系（SDH, Synchronous Digital Hierarchy）準(zhǔn)同步數(shù)字體系（準(zhǔn)同步數(shù)字體系（PDH, Plesiochronous Digital Hierarchy）E體系與體系與T體系：兩種準(zhǔn)同步數(shù)字體系，按某種倍數(shù)關(guān)系體系：兩種準(zhǔn)同步數(shù)字體系，按某種倍數(shù)關(guān)系 再次復(fù)用，可得高次群信號(hào)再次復(fù)用，可得高次群信號(hào)2022-1-14通信與信息工程學(xué)院756.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用8.192 Mbps 33.792 Mbps 137.472 Mbps 557.056 Mbps 2022-1-14通信與信息工程學(xué)院766.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用同步數(shù)字體系（同步數(shù)字體

38、系（SDH）：信息以同步傳輸模塊（）：信息以同步傳輸模塊（STM）的結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，各級(jí)的容量（路數(shù)）之間為的結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳輸，各級(jí)的容量（路數(shù)）之間為4倍關(guān)系倍關(guān)系同步光網(wǎng)絡(luò)（同步光網(wǎng)絡(luò)（SONET）等級(jí)等級(jí)比特率（比特率（Mb/s）STM-1155.52STM-4622.08STM-162488.32STM-649953.282022-1-14通信與信息工程學(xué)院77（1）SDH幀結(jié)構(gòu)：幀結(jié)構(gòu)：塊狀幀結(jié)構(gòu)，并以字節(jié)為基礎(chǔ)塊狀幀結(jié)構(gòu)，并以字節(jié)為基礎(chǔ)（PCM） （2）塊狀幀：塊狀幀：縱向縱向9行，橫向行，橫向270列列 （3）傳輸一幀需）傳輸一幀需125 s，每秒傳輸，每秒傳輸8000幀幀（8 kHz

39、） （4）STM-1傳輸速率：傳輸速率：892708000=155.52 Mb/s（5）4路復(fù)用路復(fù)用（基群、二次群、三次群（基群、二次群、三次群.）6.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用2022-1-14通信與信息工程學(xué)院786.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用移動(dòng)通信移動(dòng)通信第一代第一代（1G：20世紀(jì)世紀(jì)80年代）：年代）：模擬傳輸模擬傳輸+頻分多址頻分多址FDMA以頻率為基本單元，對(duì)不同用戶進(jìn)行劃分以頻率為基本單元，對(duì)不同用戶進(jìn)行劃分無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)途漫游，通話質(zhì)量較差無(wú)法進(jìn)行長(zhǎng)途漫游，通話質(zhì)量較差頻帶資源緊張，用戶擴(kuò)容受限頻帶資源緊張，用戶擴(kuò)容受限有線光通信主干網(wǎng)有線光通信主干網(wǎng)波分復(fù)用（波分復(fù)用（WDM）技術(shù)：使

40、用不同光波長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用傳輸）技術(shù)：使用不同光波長(zhǎng)進(jìn)行復(fù)用傳輸850 nm、1310 nm、1550 nm2022-1-14通信與信息工程學(xué)院79光通信中的波段光通信中的波段6.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用BandDescriptorRange (nm)O bandOriginal12601360E bandExtended13601460S bandShort wavelength14601530C bandConventional15301565L bandLong wavelength15651625U bandUltralong wavelength162516752022-1-14通信與信息工程學(xué)院806.6 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用第