1、第二章第二章數(shù)字終端技術(shù)數(shù)字終端技術(shù) 教學(xué)重點教學(xué)重點1理解模擬信號數(shù)字化的方法，脈沖編碼調(diào)制（理解模擬信號數(shù)字化的方法，脈沖編碼調(diào)制（PCM）基本原理基本原理;2理解取樣定理，會計算取樣頻率和編碼率理解取樣定理，會計算取樣頻率和編碼率;3理解時分多路復(fù)用原理，理解時分多路復(fù)用原理，30/32路路PCM基群幀結(jié)構(gòu)，基群幀結(jié)構(gòu)，建立數(shù)字信號幀的概念建立數(shù)字信號幀的概念;4了解差值脈碼調(diào)制（了解差值脈碼調(diào)制（DPCM），自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制），自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（ADPCM）、增量調(diào)制（）、增量調(diào)制（M）的基本原理）的基本原理; 5了解了解30/32路路PCM數(shù)字通信系統(tǒng)的組成。數(shù)字通信系統(tǒng)的組成。

2、掌握脈沖編碼調(diào)制（掌握脈沖編碼調(diào)制（PCM）基本原理。）基本原理。序號序號 內(nèi)內(nèi) 容容學(xué)時學(xué)時1 1 2.1 2.1概述概述 1 12 2 2.2 2.2脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制（PCMPCM）2 23 3 2.3 2.3自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制(ADPCM(ADPCM）2 24 4 2.4 2.4時分多路復(fù)用通信時分多路復(fù)用通信1 15 5 習(xí)題和小結(jié)習(xí)題和小結(jié) 6 6 本章講授學(xué)時本章講授學(xué)時 6 6學(xué)時分配學(xué)時分配 教學(xué)難點教學(xué)難點第二章數(shù)字終端技術(shù)第二章數(shù)字終端技術(shù)2.12.1概述概述2.2 2.2 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制（PCM）2.3 2.3 自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制自適

3、應(yīng)差值脈碼調(diào)制（ADPCM）2.4 2.4 時分多路復(fù)用通信時分多路復(fù)用通信本章小結(jié)本章小結(jié)2.1概述概述一、引入相關(guān)概念一、引入相關(guān)概念二、脈碼調(diào)制二、脈碼調(diào)制三、模擬信號數(shù)字化三、模擬信號數(shù)字化四、壓縮編碼四、壓縮編碼1數(shù)字通信數(shù)字通信：是以是以數(shù)字信號作為載體數(shù)字信號作為載體來傳遞信息的通來傳遞信息的通信方式。信方式。 2數(shù)字通信的任務(wù)數(shù)字通信的任務(wù)：是將各種信息變換成數(shù)字信號后是將各種信息變換成數(shù)字信號后在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸。在數(shù)字通信系統(tǒng)中傳輸。 一、引入相關(guān)概念一、引入相關(guān)概念 3數(shù)字終端技術(shù)：數(shù)字終端技術(shù)：是指由發(fā)或收的終端設(shè)備來完成的，是指由發(fā)或收的終端設(shè)備來完成的，將將連續(xù)信

4、號或離散信號變換成數(shù)字的基帶信號連續(xù)信號或離散信號變換成數(shù)字的基帶信號的技術(shù)。的技術(shù)。 1脈碼調(diào)制或脈碼調(diào)制或PCM （Pulse Code Modulation） ：是脈是脈沖編碼調(diào)制的簡稱。是實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化的最基本最常用沖編碼調(diào)制的簡稱。是實現(xiàn)模擬信號數(shù)字化的最基本最常用的一種方法。的一種方法。 2脈碼調(diào)制的任務(wù)：脈碼調(diào)制的任務(wù)：是把時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信是把時間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號轉(zhuǎn)換成為時間離散、取值離散的數(shù)字信號，并按一定規(guī)律號轉(zhuǎn)換成為時間離散、取值離散的數(shù)字信號，并按一定規(guī)律組合編碼，形成組合編碼，形成PCM信號序列信號序列。 二、脈碼調(diào)制二、脈碼調(diào)制 3模擬信號數(shù)字化

5、過程模擬信號數(shù)字化過程一般用一般用抽樣抽樣、量化量化和和編碼編碼三個步三個步驟來完成。驟來完成。 4脈沖編碼調(diào)制通信系統(tǒng)的方框圖如圖脈沖編碼調(diào)制通信系統(tǒng)的方框圖如圖2.1所示。所示。 圖圖 2.1 脈碼調(diào)制通信系統(tǒng)方框圖脈碼調(diào)制通信系統(tǒng)方框圖 5解碼器的任務(wù)解碼器的任務(wù)與與PCM調(diào)制器的任務(wù)相反，將接收到調(diào)制器的任務(wù)相反，將接收到的數(shù)字信號還原成模擬信號，濾波器濾除離散脈沖中的諧波的數(shù)字信號還原成模擬信號，濾波器濾除離散脈沖中的諧波分量。分量。 三、模擬信號數(shù)字化三、模擬信號數(shù)字化模擬信號變換成數(shù)字信號的模擬信號變換成數(shù)字信號的過程如圖過程如圖2.2所示。圖中模擬信所示。圖中模擬信號極性為正時

6、用號極性為正時用“0”表示，極表示，極性為負(fù)時用性為負(fù)時用“1”表示，采用表示，采用8421碼。碼。 圖圖 2.2 將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程將模擬信號轉(zhuǎn)換成數(shù)字信號的過程 由由分析可知，許多信號（例如語言信號）在大多數(shù)情況分析可知，許多信號（例如語言信號）在大多數(shù)情況下相鄰兩個樣值幅度變化并不很大。利用這一特點，有一種下相鄰兩個樣值幅度變化并不很大。利用這一特點，有一種信源編碼的方法，可以對當(dāng)前樣值與上一個樣值的差值進(jìn)行信源編碼的方法，可以對當(dāng)前樣值與上一個樣值的差值進(jìn)行編碼，這種方法稱為編碼，這種方法稱為差值編碼差值編碼。四、壓縮編碼四、壓縮編碼因為因為“差值差值”的幅度遠(yuǎn)小于當(dāng)前樣值

7、，編碼時可以用較的幅度遠(yuǎn)小于當(dāng)前樣值，編碼時可以用較少的碼位來表示，這就達(dá)到了降低信息編碼位數(shù)、減少信道少的碼位來表示，這就達(dá)到了降低信息編碼位數(shù)、減少信道傳輸壓力的目的，這種編碼方法又稱為傳輸壓力的目的，這種編碼方法又稱為壓縮編碼壓縮編碼。 2.2 脈沖編碼調(diào)制（脈沖編碼調(diào)制（PCM） 一、取樣一、取樣二、量化二、量化三、編碼三、編碼四、解碼四、解碼五、實用五、實用PCM編、解碼集成塊編、解碼集成塊一、取樣一、取樣 取樣取樣就是在信號的通路上加一個開關(guān)，按一定的速率進(jìn)就是在信號的通路上加一個開關(guān)，按一定的速率進(jìn)行開關(guān)動作，當(dāng)開關(guān)閉合時，信號通過，開關(guān)斷開時，信行開關(guān)動作，當(dāng)開關(guān)閉合時，信號通

8、過，開關(guān)斷開時，信號被阻擋，這樣就使通過開關(guān)后的信號變成了離散的不同號被阻擋，這樣就使通過開關(guān)后的信號變成了離散的不同幅度的脈沖信號，如圖幅度的脈沖信號，如圖2.3所示。我們將此信號稱為所示。我們將此信號稱為脈沖幅脈沖幅度調(diào)制（度調(diào)制（PAM）信號）信號。 本節(jié)主要學(xué)習(xí)本節(jié)主要學(xué)習(xí)脈沖編碼調(diào)制的三個過程：取樣、量化、脈沖編碼調(diào)制的三個過程：取樣、量化、編碼。編碼。 圖圖 2.3 取樣示意圖取樣示意圖 從示意圖可見，提取信號樣值的時間間隔越短，就越能從示意圖可見，提取信號樣值的時間間隔越短，就越能正確地重現(xiàn)信號，但是縮短時間間隔會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的增加；正確地重現(xiàn)信號，但是縮短時間間隔會導(dǎo)致數(shù)據(jù)量的增

9、加；如果取樣時間過長，可能造成頻譜混疊，無法恢復(fù)原來的模如果取樣時間過長，可能造成頻譜混疊，無法恢復(fù)原來的模擬信號。擬信號。 因此應(yīng)根據(jù)因此應(yīng)根據(jù)奈奎斯特取樣定理（簡稱取樣定理）奈奎斯特取樣定理（簡稱取樣定理）來確定來確定取樣時間。取樣定理描述為：取樣時間。取樣定理描述為：式中，式中，fh為模擬信號的最高頻率，為模擬信號的最高頻率，fs為取樣開關(guān)的頻率，如果為取樣開關(guān)的頻率，如果fs=2fh稱為稱為奈奎斯特速率奈奎斯特速率。hsff2 舉例：舉例： 在電話中傳送數(shù)字化聲音信號，聲音信號的頻帶限制在在電話中傳送數(shù)字化聲音信號，聲音信號的頻帶限制在3003400Hz，fh=3400Hz。其取樣頻率

10、。其取樣頻率fs34002，選定，選定fs=8000Hz， 。用此取樣頻率可在接收端無失真。用此取樣頻率可在接收端無失真地恢復(fù)出話音信號。地恢復(fù)出話音信號。 usfTss1251二、量化二、量化 量化：量化：用有限個數(shù)的幅度取樣值來取代原模擬信號無限用有限個數(shù)的幅度取樣值來取代原模擬信號無限個數(shù)的幅度取樣值。把這種取代稱為個數(shù)的幅度取樣值。把這種取代稱為量化量化。用有限個量化值表示無限個取樣值，總是含有誤差的。用有限個量化值表示無限個取樣值，總是含有誤差的。由于量化而導(dǎo)致量化值和樣值的差稱為由于量化而導(dǎo)致量化值和樣值的差稱為量化誤差量化誤差，用，用e(t)表表示，即示，即e(t) = 量化值量

11、化值 - 樣值樣值量化誤差在重現(xiàn)信號時將會以噪聲的形式表現(xiàn)出來，由量化誤差在重現(xiàn)信號時將會以噪聲的形式表現(xiàn)出來，由此而產(chǎn)生的噪聲稱為此而產(chǎn)生的噪聲稱為量化噪聲量化噪聲。 量化分為量化分為均勻量化均勻量化和和非均勻量化非均勻量化，把每個量化值用數(shù)字，把每個量化值用數(shù)字碼（或碼組）表示，這個過程稱為碼（或碼組）表示，這個過程稱為編碼編碼。實際設(shè)備中，量化。實際設(shè)備中，量化和編碼是一起完成的。和編碼是一起完成的。 1均勻量化均勻量化均勻量化的實質(zhì)是不管信號的大小，均勻量化的實質(zhì)是不管信號的大小，量化級差都相同量化級差都相同。其量化特性曲線如圖其量化特性曲線如圖2.4(a) 所示。所示。 量化誤差與輸

12、入電壓的關(guān)系曲線如圖量化誤差與輸入電壓的關(guān)系曲線如圖2.4(b)所示。所示。 該量化特性曲線共分該量化特性曲線共分8個量化級，量化輸出取其量化級個量化級，量化輸出取其量化級的中間值。的中間值。 當(dāng)輸入信號幅度在當(dāng)輸入信號幅度在-4-4+4+4之間，量化誤差的絕對值之間，量化誤差的絕對值都不會超過，這段范圍稱為都不會超過，這段范圍稱為量化的未過載區(qū)量化的未過載區(qū)。當(dāng)輸入電壓幅。當(dāng)輸入電壓幅度度u u( (t t)4)4或或u u( (t t)-4)128 a2=1 Iw3=512 Is=1270512 a3=1 Iw4=1024 Is=12701024 a4=1 a2a4=111說明該樣值屬于第

13、說明該樣值屬于第大段，參看圖大段，參看圖2.8，其段落起始電平，其段落起始電平=段段落差落差=1024， 8=64。 設(shè)輸入信號取樣值為設(shè)輸入信號取樣值為+1270，試采用逐次對分，試采用逐次對分比較法編碼器將其按比較法編碼器將其按13折線折線A律壓擴特性編成律壓擴特性編成8位二位二進(jìn)制碼，并計算量化誤差。進(jìn)制碼，并計算量化誤差。 IW8=1024+ 1024+ 1024=1216IS=12701216 a8=1取樣值為取樣值為+1270的的PCM碼為碼為11110011。21418181求段內(nèi)碼求段內(nèi)碼a5 a8, 由式由式2.4： IW5=1024+ 1024=1536 IS=127015

14、36 a5=0 IW6=1024+ 1024=1280 IS=12701152 a7=1161 在接收端，在接收端，解碼電平解碼電平 = 碼字電平碼字電平量化誤差量化誤差= =22 12486421121621812701248四、解碼四、解碼 解碼解碼是編碼的逆變換，其任務(wù)是把接收到的是編碼的逆變換，其任務(wù)是把接收到的PCM碼還原碼還原成幅度受調(diào)制的脈沖信號成幅度受調(diào)制的脈沖信號，即重建，即重建PAM信號，然后通過低信號，然后通過低通濾波器恢復(fù)成原模擬信號。這種從數(shù)字信號到模擬信號的通濾波器恢復(fù)成原模擬信號。這種從數(shù)字信號到模擬信號的變換也稱變換也稱數(shù)字?jǐn)?shù)字/模擬變換模擬變換（D/A變換）變

15、換） 解調(diào)器的種類很多，通常普遍采用的是梯形電阻網(wǎng)絡(luò)解解調(diào)器的種類很多，通常普遍采用的是梯形電阻網(wǎng)絡(luò)解碼方式，即非線性解碼器。其方框如圖碼方式，即非線性解碼器。其方框如圖 2.12 2.12所示。所示。 圖圖2.12 非線性解碼器方框圖非線性解碼器方框圖 PCMPCM信號首先經(jīng)串信號首先經(jīng)串/ /并變換電路將串行碼變?yōu)椴⑿写a，其并變換電路將串行碼變?yōu)椴⑿写a，其中極性碼經(jīng)極性控制譯成正、負(fù)控制信號，剩余的中極性碼經(jīng)極性控制譯成正、負(fù)控制信號，剩余的a a2 2a a3 3aa8 87 7位電平碼變換成位電平碼變換成1111位線性碼。但考慮到減小量位線性碼。但考慮到減小量化誤差的要求，再附加一個第

16、化誤差的要求，再附加一個第1212位，使最小段落的量化誤位，使最小段落的量化誤差不超過半個量化級。差不超過半個量化級。 這樣在解碼中代碼變換就變?yōu)橛蛇@樣在解碼中代碼變換就變?yōu)橛?bit7bit變?yōu)樽優(yōu)?2bit 12bit 。7/127/12變換器輸出到寄存讀出器，其作用是緩沖解碼的時間，變換器輸出到寄存讀出器，其作用是緩沖解碼的時間，把存入的信號在確定的時刻一齊讀出到解碼網(wǎng)絡(luò)中，解碼把存入的信號在確定的時刻一齊讀出到解碼網(wǎng)絡(luò)中，解碼網(wǎng)絡(luò)由標(biāo)準(zhǔn)電流源和梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成。網(wǎng)絡(luò)由標(biāo)準(zhǔn)電流源和梯形電阻網(wǎng)絡(luò)組成。 解碼器的工作原理：解碼器的工作原理： 五、實用五、實用PCM編、解碼器集成塊編、解碼器集

17、成塊 隨著隨著PCM通信方式發(fā)展的需要，以及大規(guī)模集成電路通信方式發(fā)展的需要，以及大規(guī)模集成電路和發(fā)展，編解碼器這個和發(fā)展，編解碼器這個PCM通信方式的心臟部份已經(jīng)集成通信方式的心臟部份已經(jīng)集成化?；?用一塊集成塊便可以完成單路用一塊集成塊便可以完成單路PCM數(shù)字通信，如用時數(shù)字通信，如用時分多址（分多址（TDMA）的方式，很容易構(gòu)成）的方式，很容易構(gòu)成PCM基群或更高次基群或更高次群的數(shù)字通信系統(tǒng)，實現(xiàn)群的數(shù)字通信系統(tǒng)，實現(xiàn)PCM多路數(shù)字通信。多路數(shù)字通信。 圖圖2.13 單路編解碼器構(gòu)成的單路編解碼器構(gòu)成的PCMPCM系統(tǒng)方框圖系統(tǒng)方框圖 圖圖 2.13是由單路編解碼器構(gòu)成的是由單路編解

18、碼器構(gòu)成的PCM系統(tǒng)方框圖。系統(tǒng)方框圖。 該系統(tǒng)由每個單路的語音信號各自進(jìn)行該系統(tǒng)由每個單路的語音信號各自進(jìn)行抽樣、量化和編碼，輸出數(shù)字信號。各路輸抽樣、量化和編碼，輸出數(shù)字信號。各路輸出信號通過合路傳輸電路，匯合成一個串行出信號通過合路傳輸電路，匯合成一個串行的數(shù)字流在信道上傳輸。在收端同樣用解碼的數(shù)字流在信道上傳輸。在收端同樣用解碼器進(jìn)行反變換。器進(jìn)行反變換。 2.3 自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制ADPCM 一、差值脈碼調(diào)制一、差值脈碼調(diào)制DPCM的原理的原理二、自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制二、自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（ADPCM） 三、增量調(diào)制三、增量調(diào)制（M） PCM編碼是按樣值幅度獨立地進(jìn)行

19、編碼，不考慮相鄰二編碼是按樣值幅度獨立地進(jìn)行編碼，不考慮相鄰二個樣值的相關(guān)性如何。個樣值的相關(guān)性如何。 需要尋求在保證需要尋求在保證相同質(zhì)量指標(biāo)的條件下，降低數(shù)字化話音相同質(zhì)量指標(biāo)的條件下，降低數(shù)字化話音數(shù)碼率，以提高數(shù)字通信系統(tǒng)的頻帶利用率的方法，即數(shù)碼率，以提高數(shù)字通信系統(tǒng)的頻帶利用率的方法，即話音話音壓縮編碼技術(shù)壓縮編碼技術(shù) 。 結(jié)論：結(jié)論：回顧：回顧： PCM編碼方式雖然能提供很高的通信質(zhì)量，但都要采用編碼方式雖然能提供很高的通信質(zhì)量，但都要采用8位編碼，傳輸速率為位編碼，傳輸速率為64kbit/s，占據(jù)的頻帶寬度為，占據(jù)的頻帶寬度為64kHz。大。大大高于模擬通信所占的頻帶寬度大高于

20、模擬通信所占的頻帶寬度 。 話音壓縮編碼技術(shù)：是指低于話音壓縮編碼技術(shù)：是指低于64kbit/s數(shù)碼率的話音編數(shù)碼率的話音編碼方法。碼方法。 話音壓縮編碼的方法有許多種，自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制話音壓縮編碼的方法有許多種，自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（ADPCM）就是其中之一。它能在就是其中之一。它能在3232kbit/s數(shù)碼率的條件下數(shù)碼率的條件下達(dá)到符合達(dá)到符合64kbit/s(64kbit/s(PCM) )數(shù)碼率的話音質(zhì)量要求。數(shù)碼率的話音質(zhì)量要求。 ADPCM是在差值脈碼調(diào)制（是在差值脈碼調(diào)制（DPCM）基礎(chǔ)上發(fā)展起來）基礎(chǔ)上發(fā)展起來的，在學(xué)習(xí)的，在學(xué)習(xí)ADPCM工作原理之前先學(xué)習(xí)工作原理之前先學(xué)習(xí)D

21、PCM。 一、差值脈碼調(diào)制一、差值脈碼調(diào)制DPCMDPCM的原理的原理 把話音樣值分成二個成份：一個成份與過去的樣值有關(guān)，把話音樣值分成二個成份：一個成份與過去的樣值有關(guān)，因而是可以預(yù)測的；另一個成份是不可預(yù)測的?？深A(yù)測的成因而是可以預(yù)測的；另一個成份是不可預(yù)測的?？深A(yù)測的成份是由過去一些適當(dāng)數(shù)字樣值加權(quán)后得到，不可預(yù)測的成份份是由過去一些適當(dāng)數(shù)字樣值加權(quán)后得到，不可預(yù)測的成份可看成是預(yù)測誤差（簡稱差值）。這樣就可以不必傳輸原始可看成是預(yù)測誤差（簡稱差值）。這樣就可以不必傳輸原始的信息取樣序列，只需傳送差值序列就行了。由于樣值差值的信息取樣序列，只需傳送差值序列就行了。由于樣值差值的動態(tài)范圍遠(yuǎn)

22、小于樣值本身的動態(tài)范圍，這樣就可以在保證的動態(tài)范圍遠(yuǎn)小于樣值本身的動態(tài)范圍，這樣就可以在保證話音質(zhì)量的前提下，降低數(shù)碼率。接收端只要把收到的差值話音質(zhì)量的前提下，降低數(shù)碼率。接收端只要把收到的差值信號序列疊加到預(yù)測序列上，就可以恢復(fù)出原始的信號序列。信號序列疊加到預(yù)測序列上，就可以恢復(fù)出原始的信號序列。設(shè)想：設(shè)想： 由傳送樣值差值實現(xiàn)通信的方法稱為是由傳送樣值差值實現(xiàn)通信的方法稱為是差值脈碼調(diào)制差值脈碼調(diào)制（DPCM）。由圖。由圖2.15說明說明DPCM的基本原理。的基本原理。圖圖2.14 樣值差值序列與樣值序列的恢復(fù)樣值差值序列與樣值序列的恢復(fù)圖圖2.14(a) 中，設(shè)話音信號樣值序列為中，

23、設(shè)話音信號樣值序列為S(0)，S(1)、S(2)S(n)，設(shè)，設(shè)d(i)為本時刻樣值為本時刻樣值S(i)與前鄰樣值與前鄰樣值S(i-1)之差之差值，即值，即d(i)=S(i)-S(i-1)，如圖，如圖(b)所示（在所示（在t=0時刻，前鄰時刻時刻，前鄰時刻（-T）的樣值為零，故）的樣值為零，故d(0)=S(0)。 從圖從圖(a)(a)可知：可知： S(0)=(0)=d(0)(0)； S(1)=(1)=d(0)+(0)+d(1)=(1)=s(0)+(0)+d(1)(1)； S(2)=(2)=d(0)+(0)+d(1)+ (1)+ d(2)=(2)=s(1) +(1) +d(2)(2)； S(3)

24、=(3)=d(0)+(0)+d(1)+ (1)+ d(2) + (2) + d(3)=(3)=s(2)+(2)+d(3)(3)； S( (n n)=)=s( (n n-1)+-1)+d( (n n) ) 1.差值脈碼調(diào)制差值脈碼調(diào)制（DPCM）原理原理 從上式與圖從上式與圖(a)(a)可以看出，樣值可以看出，樣值S S( (n n) )等于過去到現(xiàn)在的等于過去到現(xiàn)在的所有差值的積累。由此可以設(shè)想，假若信道是理想的，在所有差值的積累。由此可以設(shè)想，假若信道是理想的，在發(fā)端發(fā)送差值脈沖序列發(fā)端發(fā)送差值脈沖序列d d(0)(0)、d d(1)(1)、d d(2)(2)見圖見圖(b)(b)，那，那么在

25、收端就有可能恢復(fù)原始樣值序列么在收端就有可能恢復(fù)原始樣值序列S S(0)(0)、S S(1)(1)、S(2)S(2)。即在接收端將前一樣值。即在接收端將前一樣值S S（n n-1-1）（所有過去差）（所有過去差值之累積）記憶一個抽樣周期值之累積）記憶一個抽樣周期T T（這可由遲延（這可由遲延T T回路完成，回路完成，見圖見圖(c)(c)，然后與本時刻的，然后與本時刻的d d( (n n) )疊加，就可恢復(fù)出疊加，就可恢復(fù)出S S( (n n)=)=S S( (n n-1)+-1)+d d( (n n) )。 圖圖2.15 DPCM原理方框圖原理方框圖2.差值脈碼調(diào)制差值脈碼調(diào)制（DPCM）框圖

26、框圖信號信號f(t)經(jīng)低通濾波器限帶后，進(jìn)行取樣而變成離散的經(jīng)低通濾波器限帶后，進(jìn)行取樣而變成離散的樣值信號樣值信號S(n)，分別送入減法器和預(yù)測器。預(yù)測器即為所，分別送入減法器和預(yù)測器。預(yù)測器即為所有過去有過去(n-1)個樣值累加器。得到的預(yù)測值即是相鄰的前一個樣值累加器。得到的預(yù)測值即是相鄰的前一時刻的樣值，該時刻的樣值時刻的樣值，該時刻的樣值S(n)與預(yù)測值與預(yù)測值S(n-1)相減，得出相減，得出的差值的差值d(n)，經(jīng)量化、編碼送入信道。信道中傳輸?shù)男盘柧?，?jīng)量化、編碼送入信道。信道中傳輸?shù)男盘柧褪遣钪担ㄊ遣钪担―PCM）信號。傳輸?shù)浇邮斩撕?，?jīng)再生處理、）信號。傳輸?shù)浇邮斩撕?，?jīng)再生

27、處理、解碼變成差值信號解碼變成差值信號d(n), 再與接收端預(yù)測器取得的所有過去再與接收端預(yù)測器取得的所有過去（n-1）個樣值信號累加的預(yù)測信號）個樣值信號累加的預(yù)測信號S(n-1)相加而得到相加而得到S(n)，經(jīng)低通濾波器后恢復(fù)原信號經(jīng)低通濾波器后恢復(fù)原信號f(t)。 工作過程：工作過程：二、自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制二、自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（ADPCM） 在在DPCM方式的基礎(chǔ)上采取一些自適應(yīng)措施來提高方式的基礎(chǔ)上采取一些自適應(yīng)措施來提高DPCMDPCM方方式的質(zhì)量，這種方式稱為式的質(zhì)量，這種方式稱為自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（ADPCM）。 ADPCM原理與圖原理與圖2.15相似，但圖

28、中的量化和預(yù)測器應(yīng)改相似，但圖中的量化和預(yù)測器應(yīng)改為自適應(yīng)量化和自適應(yīng)預(yù)測器。為自適應(yīng)量化和自適應(yīng)預(yù)測器。 自適應(yīng)量化自適應(yīng)量化是指量化器的量化級差隨輸入差值電平是指量化器的量化級差隨輸入差值電平d(n)的大小自動改變，輸入差值電平大的時候，量化級差大；輸?shù)拇笮∽詣痈淖儯斎氩钪惦娖酱蟮臅r候，量化級差大；輸入差值電平小的時候，量化級差小，從而減小量化噪聲。入差值電平小的時候，量化級差小，從而減小量化噪聲。 自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（自適應(yīng)差值脈碼調(diào)制（ADPCM）也有集成電路，廣泛用）也有集成電路，廣泛用于各種數(shù)字通信設(shè)備。于各種數(shù)字通信設(shè)備。 自適應(yīng)系統(tǒng)的增加可以大大提高自適應(yīng)系統(tǒng)的增加可以大大提

29、高DPCM系統(tǒng)的系統(tǒng)的編碼動態(tài)編碼動態(tài)范圍范圍和和信噪比信噪比，從而提高系統(tǒng)的傳輸性能。，從而提高系統(tǒng)的傳輸性能。 自適應(yīng)預(yù)測器自適應(yīng)預(yù)測器中的預(yù)測（累加）系數(shù)是隨樣值輸入信號中的預(yù)測（累加）系數(shù)是隨樣值輸入信號S(n)的大小自動變化，精確地逼近樣值信號，從而達(dá)到減小的大小自動變化，精確地逼近樣值信號，從而達(dá)到減小差值信號差值信號d(n)的目的。的目的。三、增量調(diào)制三、增量調(diào)制（M） 增量調(diào)制增量調(diào)制M是差值脈沖編碼調(diào)制（是差值脈沖編碼調(diào)制（DPCM）的一個特）的一個特例。例。它是指在差值脈沖編碼調(diào)制中用一位二進(jìn)制碼來表示信它是指在差值脈沖編碼調(diào)制中用一位二進(jìn)制碼來表示信號幅度的增減。號幅度的

30、增減。增量調(diào)制增量調(diào)制M的基本思想的基本思想是用一個階梯波來逼近一個模是用一個階梯波來逼近一個模擬信號擬信號 。如圖如圖2.162.16所示。所示。逼近方法逼近方法是將現(xiàn)抽樣時刻的抽樣值是將現(xiàn)抽樣時刻的抽樣值u u1 1( (t tn n) )與前一抽樣時刻的階梯波形值與前一抽樣時刻的階梯波形值u u2 2( (t tn-1n-1) )相比較，若相比較，若u u1 1( (t tn n) u u2 2( (t tn-1n-1) )，則，則u u2 2( (t t) )增加一個臺階增加一個臺階U U；若；若u u1 1( (t tn n)0時，編成時，編成“1”碼，當(dāng)碼，當(dāng)d0時，則編成時，則編

31、成“0”碼碼?！?”碼是一個正脈沖，碼是一個正脈沖，“0”碼是一個負(fù)脈沖。碼是一個負(fù)脈沖。M增增量調(diào)制編碼輸出如圖量調(diào)制編碼輸出如圖2.16坐標(biāo)下邊所示。坐標(biāo)下邊所示。 增量調(diào)制的設(shè)備簡單，但傳輸質(zhì)量較差，應(yīng)用也較少。增量調(diào)制的設(shè)備簡單，但傳輸質(zhì)量較差，應(yīng)用也較少。但現(xiàn)在已有較大的改進(jìn)，應(yīng)用在逐漸普及。但現(xiàn)在已有較大的改進(jìn)，應(yīng)用在逐漸普及。 2.4 時分多路復(fù)用通信時分多路復(fù)用通信 一、多路復(fù)用的基本概念一、多路復(fù)用的基本概念二、二、30/32路時分復(fù)用路時分復(fù)用PCM系統(tǒng)系統(tǒng) 三、數(shù)字復(fù)接技術(shù)三、數(shù)字復(fù)接技術(shù)一、一、多路復(fù)用的基本概念多路復(fù)用的基本概念1頻分多路復(fù)用（頻分多路復(fù)用（FDM）

32、頻分制多路通信是頻分制多路通信是頻率分割制多路通信頻率分割制多路通信。它是將輸入端。它是將輸入端各路信號的頻率搬移（調(diào)制）到不同的高頻段后，再匯合起各路信號的頻率搬移（調(diào)制）到不同的高頻段后，再匯合起來送至信道上傳輸。在接收端用濾波器將各路頻率再分開，來送至信道上傳輸。在接收端用濾波器將各路頻率再分開，完成多路復(fù)用。完成多路復(fù)用。 頻分多路復(fù)用可用頻分多路復(fù)用可用圖圖2.17(a) 表示。它廣泛應(yīng)用于表示。它廣泛應(yīng)用于無線電無線電廣播廣播，長途載波電話長途載波電話以及以及第一代第一代TACS模擬制移動電話模擬制移動電話等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。圖圖2.17A 頻分多路頻分多路頻分復(fù)用頻分復(fù)用 頻率時間頻

33、率 1頻率 2頻率 3頻率 4頻率 5時分制多路復(fù)用是時分制多路復(fù)用是時間分割制多路復(fù)用時間分割制多路復(fù)用的簡稱。在這個的簡稱。在這個系統(tǒng)中，各路信號共用一個信道，輪流在不同的時間間隙進(jìn)系統(tǒng)中，各路信號共用一個信道，輪流在不同的時間間隙進(jìn)行傳輸。其特點是：各路信號在時間上互不重迭，但將同時行傳輸。其特點是：各路信號在時間上互不重迭，但將同時占據(jù)全部頻域，因為經(jīng)時間分割而形的各路樣值脈沖都有無占據(jù)全部頻域，因為經(jīng)時間分割而形的各路樣值脈沖都有無限寬的頻譜，如圖限寬的頻譜，如圖2.17(b)所示。所示。 時分多路復(fù)用是通過取樣來實現(xiàn)的。為形象地說明復(fù)用時分多路復(fù)用是通過取樣來實現(xiàn)的。為形象地說明復(fù)

34、用情況，我們以圖情況，我們以圖2.18為例說明。為例說明。 2時分多路復(fù)用時分多路復(fù)用（TDM） 時分復(fù)用時分復(fù)用頻率時間B C DB C DB C DB C DAAAA在 TDM 幀中的位置不變TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀TDM 幀圖圖2.17B 時分多路時分多路圖圖2.18 PCM時分多路復(fù)用示意圖時分多路復(fù)用示意圖 圖中圖中C1、C2、C3表示三路輸入信號。各路的接通時間內(nèi)表示三路輸入信號。各路的接通時間內(nèi)電子開關(guān)電子開關(guān)K1、K2不停地旋轉(zhuǎn)來完成。電子開關(guān)接通時刻相當(dāng)不停地旋轉(zhuǎn)來完成。電子開關(guān)接通時刻相當(dāng)于對信號進(jìn)行取樣，再經(jīng)過于對信號進(jìn)行取樣，再經(jīng)過PCM編碼、傳輸和解碼

35、最后由開編碼、傳輸和解碼最后由開關(guān)送給對應(yīng)的關(guān)送給對應(yīng)的C1、C2、C3接收端。為了使收、發(fā)兩端能在接收端。為了使收、發(fā)兩端能在時間上對應(yīng)準(zhǔn)確，即時間上對應(yīng)準(zhǔn)確，即C1、C2、C3端和端和C1、C2、C3端能無端能無誤地對應(yīng)接通，在輸入端一定要加入起始標(biāo)志碼，在接收端誤地對應(yīng)接通，在輸入端一定要加入起始標(biāo)志碼，在接收端要設(shè)置標(biāo)志識別裝置。若相應(yīng)時隙發(fā)生錯誤碼時，識別裝置要設(shè)置標(biāo)志識別裝置。若相應(yīng)時隙發(fā)生錯誤碼時，識別裝置應(yīng)有自動調(diào)整能力使它調(diào)整到正確位置。應(yīng)有自動調(diào)整能力使它調(diào)整到正確位置。工作原理：工作原理：3碼分多路復(fù)用碼分多路復(fù)用 碼分多路碼分多路是用一些是用一些偽隨機碼偽隨機碼作信息的

36、載體，不同路的信作信息的載體，不同路的信息被調(diào)制到不同的偽隨機碼上，根據(jù)偽隨機碼的相關(guān)特性息被調(diào)制到不同的偽隨機碼上，根據(jù)偽隨機碼的相關(guān)特性（即自相關(guān)性強，互相關(guān)性弱）。在接收端采用相關(guān)接收就（即自相關(guān)性強，互相關(guān)性弱）。在接收端采用相關(guān)接收就可提取出自相關(guān)性強的本路信號，同時排除互相關(guān)性弱的其可提取出自相關(guān)性強的本路信號，同時排除互相關(guān)性弱的其它路信號，將不同路的信息區(qū)分開來。它路信號，將不同路的信息區(qū)分開來。 碼分多路復(fù)用用于碼分多路復(fù)用用于第三代第三代CDMA制移動通信系統(tǒng)制移動通信系統(tǒng)。時分多路復(fù)用廣泛在用于時分多路復(fù)用廣泛在用于PCM數(shù)字通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)，GSM制數(shù)制數(shù)字移動通信

37、系統(tǒng)字移動通信系統(tǒng)等領(lǐng)域。等領(lǐng)域。 二、二、30/32路時分復(fù)用路時分復(fù)用PCM系統(tǒng)系統(tǒng) 在數(shù)字通信中，常將多路信源信號組合成具有不同數(shù)碼在數(shù)字通信中，常將多路信源信號組合成具有不同數(shù)碼率的群路信號。國際電信咨詢委員會（率的群路信號。國際電信咨詢委員會（CCITTCCITT）推薦了兩類）推薦了兩類群路數(shù)碼率系列和數(shù)字復(fù)接等級，并建議以群路數(shù)碼率系列和數(shù)字復(fù)接等級，并建議以24路或路或30/32路路為為基礎(chǔ)群。我國采用基礎(chǔ)群。我國采用30/3230/32路制式為基礎(chǔ)群，簡稱路制式為基礎(chǔ)群，簡稱基群或一次基群或一次群群。 數(shù)字信號的傳輸通常按取樣脈沖的重復(fù)周期數(shù)字信號的傳輸通常按取樣脈沖的重復(fù)周期

38、Ts劃分為許劃分為許多多幀幀，一幀所占時間由各路，一幀所占時間由各路時隙時隙之和構(gòu)成，每個時隙又反映之和構(gòu)成，每個時隙又反映每個樣值編碼所占有的每個樣值編碼所占有的時間寬度時間寬度。 130/32路基群幀結(jié)構(gòu)路基群幀結(jié)構(gòu) 30/32路路PCM基群的幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖基群的幀和復(fù)幀結(jié)構(gòu)示意圖如圖2.19所示。所示。 圖圖2.19 PCM30/32制式幀結(jié)構(gòu)制式幀結(jié)構(gòu) 30/32路路PCM基群的幀和復(fù)幀組成：基群的幀和復(fù)幀組成： 1幀路數(shù)為幀路數(shù)為32，編號為，編號為031，分別以，分別以TS0，TS2TS31表示。表示。 2每個路時隙的比特數(shù)為每個路時隙的比特數(shù)為8，編號為，編號為18； 3

39、TS1 TS15和和TS17 TS31共共30個時隙個時隙供通話用，編號為供通話用，編號為130； 4TS0的的8個比特用作幀同步碼、監(jiān)視碼個比特用作幀同步碼、監(jiān)視碼；TS16用來用來傳傳送送信令信令碼碼。 每幀寬每幀寬328=256比特比特；每時隙寬為；每時隙寬為80.488=3.91s，每，每幀長為幀長為323.91=125s ；由于每一幀；由于每一幀125s傳送傳送256比特，這比特，這樣可算得樣可算得30/32路路PCM基群的數(shù)字碼率為：基群的數(shù)字碼率為：skb/2048101252506 PCM30/32路設(shè)備構(gòu)成有兩種方式。一種是路設(shè)備構(gòu)成有兩種方式。一種是群路集中編譯群路集中編譯

40、碼方式碼方式；另一種是；另一種是單路編譯碼器方式單路編譯碼器方式。 群路集中編譯碼方式的基本工作過程是將群路集中編譯碼方式的基本工作過程是將30路抽樣序列路抽樣序列合成后再由一個編碼器進(jìn)行編碼。如圖合成后再由一個編碼器進(jìn)行編碼。如圖2.20所示。所示。 發(fā)送端信號經(jīng)過放大（調(diào)節(jié)話音電平）、低通濾波（限發(fā)送端信號經(jīng)過放大（調(diào)節(jié)話音電平）、低通濾波（限制話音頻帶，防止折疊噪聲的產(chǎn)生），抽樣、合路及編碼。制話音頻帶，防止折疊噪聲的產(chǎn)生），抽樣、合路及編碼。按幀結(jié)構(gòu)排列，最后經(jīng)碼型變換電路變換成適宜于信道傳輸按幀結(jié)構(gòu)排列，最后經(jīng)碼型變換電路變換成適宜于信道傳輸?shù)拇a型送往信道。的碼型送往信道。 接收端先

41、整形再生，再經(jīng)碼型反變換電路恢復(fù)成原始編接收端先整形再生，再經(jīng)碼型反變換電路恢復(fù)成原始編碼碼型，再由分離電路、解碼，恢復(fù)出每一路的碼碼型，再由分離電路、解碼，恢復(fù)出每一路的PCM信號，信號，然后經(jīng)低通濾波器重建信號，最后經(jīng)放大等然后經(jīng)低通濾波器重建信號，最后經(jīng)放大等輸出。輸出。圖圖2.20集中編碼方式集中編碼方式PCM30/32方框圖方框圖 2PCM30/32路系統(tǒng)的構(gòu)成路系統(tǒng)的構(gòu)成 單路集成編解碼器構(gòu)成的單路集成編解碼器構(gòu)成的30/32路路PCM系統(tǒng)如圖系統(tǒng)如圖2.21 所所示。單片集成塊包括低通濾波（收、發(fā)），示。單片集成塊包括低通濾波（收、發(fā)），A/D和和D/A變換變換等部份。與集中編碼

42、方式不同之處是等部份。與集中編碼方式不同之處是各路分別取樣各路分別取樣、編碼編碼然后再合路然后再合路，與各種信令按時隙匯總與各種信令按時隙匯總。收端則。收端則先分路之后先分路之后再分別解碼再分別解碼，重新還原模擬信號。使用單路編解碼器很容，重新還原模擬信號。使用單路編解碼器很容易以數(shù)字合成方式構(gòu)成易以數(shù)字合成方式構(gòu)成PCM基群或更高次群系統(tǒng)。同時單基群或更高次群系統(tǒng)。同時單路編解碼器出現(xiàn)故障只影響本路而不影響整個系統(tǒng)。在系路編解碼器出現(xiàn)故障只影響本路而不影響整個系統(tǒng)。在系統(tǒng)中使用單路編解碼器時，上下話路變得靈活。所以目前統(tǒng)中使用單路編解碼器時，上下話路變得靈活。所以目前單路編解碼器在單路編解碼

43、器在PCM系統(tǒng)的設(shè)備中使用越來越多。系統(tǒng)的設(shè)備中使用越來越多。圖圖2.21 單片集成編解碼器構(gòu)成的單片集成編解碼器構(gòu)成的PCM30/32方框圖方框圖 PCM復(fù)用復(fù)用是直接將多路信號編碼復(fù)用。即將多路模擬話是直接將多路信號編碼復(fù)用。即將多路模擬話音信號按音信號按125S的周期分別進(jìn)行抽樣，然后合在一起統(tǒng)一編的周期分別進(jìn)行抽樣，然后合在一起統(tǒng)一編碼形成多路數(shù)字信號。碼形成多路數(shù)字信號。三、數(shù)字復(fù)接技術(shù)三、數(shù)字復(fù)接技術(shù) 1數(shù)字復(fù)接的基本概念數(shù)字復(fù)接的基本概念 數(shù)字復(fù)接數(shù)字復(fù)接是將幾個低次群在時間的空隙迭加合成高次群。是將幾個低次群在時間的空隙迭加合成高次群。例如將四個一次群合成二次群，四個二次群合成

44、三次群等。例如將四個一次群合成二次群，四個二次群合成三次群等。圖圖2.22是數(shù)字復(fù)接的原理示意圖。是數(shù)字復(fù)接的原理示意圖。圖圖2.22 2.22 數(shù)字復(fù)接的原理示意圖數(shù)字復(fù)接的原理示意圖 圖中低次群（圖中低次群（1）與低次）與低次群（群（2）的速率完全相同，首）的速率完全相同，首先將各低次群的脈寬縮窄，先將各低次群的脈寬縮窄，以便留出空隙進(jìn)行復(fù)接，然以便留出空隙進(jìn)行復(fù)接，然后對低次群（后對低次群（2）進(jìn)行時間位）進(jìn)行時間位移，就是將低次群（移，就是將低次群（2）的脈）的脈沖信號移到低次群（沖信號移到低次群（1）的脈）的脈數(shù)字復(fù)接的原理數(shù)字復(fù)接的原理 ：沖信號控制隙中（如波形沖信號控制隙中（如波

45、形B所示），最后將低次群（所示），最后將低次群（1）和）和低次群（低次群（2）合成為高次群）合成為高次群C。經(jīng)經(jīng)CCITT推薦在我國使用的數(shù)字復(fù)接等級與數(shù)碼率如圖推薦在我國使用的數(shù)字復(fù)接等級與數(shù)碼率如圖2.23所示。所示。以以30/32為基群結(jié)構(gòu)，每話路的數(shù)碼率為為基群結(jié)構(gòu)，每話路的數(shù)碼率為64kb/s，基群的，基群的數(shù)碼率為數(shù)碼率為2.048Mb/s。二次群的數(shù)碼率為。二次群的數(shù)碼率為8.448Mb/s，8.448Mb/s4=2.112Mb/s，不等于基群的數(shù)碼率。，不等于基群的數(shù)碼率。 數(shù)字復(fù)接優(yōu)點：數(shù)字復(fù)接優(yōu)點：數(shù)碼率提高數(shù)碼率提高了，了，克服了克服了PCM復(fù)用的缺點復(fù)用的缺點，目前這種

46、方法被廣泛采用。目前這種方法被廣泛采用。 圖圖2.23 CCITT推薦數(shù)碼率系列和數(shù)字復(fù)接等級推薦數(shù)碼率系列和數(shù)字復(fù)接等級 2數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)構(gòu)成和方法數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)構(gòu)成和方法數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)由數(shù)字復(fù)接器數(shù)字復(fù)接器和和數(shù)字分接器數(shù)字分接器二部份構(gòu)成，二部份構(gòu)成，如圖如圖2.24所示。所示。 （1）數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成）數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成 數(shù)字復(fù)接器數(shù)字復(fù)接器的功能是把的功能是把4個支路（低次群）合成一個高次個支路（低次群）合成一個高次群。它是由定時、碼速調(diào)整（或變換）和復(fù)接等單元組成的。群。它是由定時、碼速調(diào)整（或變換）和復(fù)接等單元組成的。 數(shù)字分接器數(shù)字分接器的功能是把高次群分解成原來的低

47、次群，它的功能是把高次群分解成原來的低次群，它是由定時、同步、分接和恢復(fù)等單元組成。是由定時、同步、分接和恢復(fù)等單元組成。圖圖2.24 數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)框圖數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)框圖 （2）同步復(fù)接和異步復(fù)接）同步復(fù)接和異步復(fù)接 數(shù)字復(fù)接的方法有兩種：數(shù)字復(fù)接的方法有兩種：同步復(fù)接同步復(fù)接和和異步復(fù)接異步復(fù)接。 同步復(fù)接同步復(fù)接是用一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復(fù)接的幾個是用一個高穩(wěn)定的主時鐘來控制被復(fù)接的幾個低次群，使這幾個低次群的數(shù)碼率統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，低次群，使這幾個低次群的數(shù)碼率統(tǒng)一在主時鐘的頻率上，這樣就使幾個低次群系統(tǒng)達(dá)到同步的目的，可直接復(fù)接。這樣就使幾個低次群系統(tǒng)達(dá)到同步的目的，可直接復(fù)接。異步復(fù)接異步復(fù)接是各低次群各自使用自己的時鐘，由于各低次是各低次群各自使用自己的時鐘，由于各低次群的時鐘頻率不一定相等，使得各低次群的數(shù)碼率不完全相群的時鐘頻率不一定相等，使得各低次群的數(shù)碼率不完全相同（這是不同步的