現(xiàn)代通信原理(05-3)資料匯編

1、 7/31/20212 5.9 PCM5.9 PCM編碼原理 編碼:把量化后的信號(hào)電平值轉(zhuǎn)換成二進(jìn)制 編碼的過(guò)程. 常用三種:自然二進(jìn)制碼組NBC; 折疊二進(jìn)制碼組FBC; 格雷二進(jìn)制碼組RBC; PCM通信中采用折疊碼. 7/31/20213 5.9 PCM5.9 PCM編碼原理 一.常用二進(jìn)制碼型 自然二進(jìn)制碼(Natural Binary Code,NBC): 碼字與電平值的對(duì)應(yīng)關(guān)系簡(jiǎn)單。一般的十進(jìn)制正 整數(shù)的二進(jìn)制表示。 7/31/20214 5.9 PCM5.9 PCM編碼原理 反射二進(jìn)制碼(Reflected Binary Code,RBC): /格雷碼 任何相鄰的電平的碼組，只有

2、一位碼位發(fā)生變 化。 7/31/20215 折疊二進(jìn)制碼(Folded Binary Code,FBC): 除去左邊第一位，其余部分從電平序號(hào)中部 呈上下對(duì)稱（折疊關(guān)系） 左邊第一位是符號(hào)位。 （1表示正；0表示負(fù)） 7/31/20216 三種二進(jìn)制碼 7/31/20217 5.9.1折疊二進(jìn)制編碼 相當(dāng)于計(jì)算機(jī)中的符號(hào)幅度碼，左邊第一位 是符號(hào)位（1表示正，0表示負(fù)），第二位以后表 示幅度。 其它各位相對(duì)于零電平，故稱為折 疊碼。 7/31/20218 為何PCM選用折疊碼（FBC）（定性分析） 對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)來(lái)說(shuō)，小信號(hào)出現(xiàn)的概率最大； 而對(duì)于任意編碼，左邊第一位(高位)誤碼造成 的誤差功率

3、最大。 NBC碼在小信號(hào)情況，如果0111誤為1111，則 誤碼功率大。 而FBC碼，如果0000誤為1000，同樣的小信號(hào) 情況，則誤碼功率相對(duì)較小。 7/31/20219 通信信號(hào)數(shù)字化過(guò)程中中,誤差來(lái)源于兩部分: 1.量化誤差eq 2.誤碼誤差et 總噪聲功率 7/31/202110 量化噪聲 誤碼噪聲 iijj L i L j i tt ppyyE e 2 11 22 )( yi,yj第i,j級(jí)量化電平； pij是將yi誤為yj的概率； pi是yi的出現(xiàn)概率；L是量化電平總數(shù)。 7/31/202111 假設(shè)每個(gè)電平出現(xiàn)概率相等， pi=1/L n位編碼中只有一位誤碼，則只可能出現(xiàn) n=

4、log2L種量化電平差錯(cuò),錯(cuò)誤概率pij=Pe，有 iej L i L j i t ppyy 2 1 log 1 2 )( 2 7/31/202112 在自然碼NBC中，第K位發(fā)生誤碼，產(chǎn)生的誤差值為 .2 1k e ie L i L j k t P L pp L . 3 1 ).2( 1 2 2 2 1 log 1 1 2 2 7/31/202113 2 22 222 . 3 1 12 etqn P L 總噪聲功率： 設(shè)輸入信號(hào)服從均勻分布，滿載功率為： 12 ) 2 1 ()( 22 22 L dx v xdxxpxS v v v v 7/31/202114 信噪比為： e n PL L

5、SSNR ) 1(41 / 2 2 2 當(dāng) )1(4 1 2 L p e 時(shí) 誤碼造成信噪比下降3dB.對(duì)于L=256位的 線性量化來(lái)說(shuō),此時(shí)的Pe為3.8*10-6 7/31/202115 下圖為不同編碼規(guī)律時(shí)SNR與輸入電平的 關(guān)系,在相同誤碼的情況下,折疊碼的信噪比明 顯高于自然碼. 7/31/202116 二. 編碼器工作原理 用2n-1 個(gè)比較器將信號(hào)采樣值同時(shí)與2n-1 個(gè)判 別電平。V,2V, ,(2n-1)V進(jìn)行比較，經(jīng)過(guò)邏 輯電路并行輸出n位碼組。 信號(hào)采樣值逐次與一組二進(jìn)制電壓 進(jìn)行比較，串行輸出n位碼組。 n級(jí)比較電路串聯(lián)構(gòu)成，每級(jí)編一位碼，可把量 化采樣值直接轉(zhuǎn)換為折疊

6、二進(jìn)制碼。 7/31/202117 1. 線性編碼自然二進(jìn)制碼 本地解碼器產(chǎn)生供比較用的二進(jìn)制電壓Vj ， 保持電路使采樣值在一個(gè)編碼周期內(nèi)不變Vs 。 7/31/202118 7/31/202119 2. 非線性編碼 非均勻量化編碼，以A87.6/13 折線為例。 7/31/202120 5.9.3 CCITT標(biāo)準(zhǔn)的PCM A律的國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)PCM編碼 極性碼M1: 段落碼M2M3M4：表示量化采樣值所在段落的序 號(hào)。 電平碼(段內(nèi)碼)M5M6M7M8：表示每一段落內(nèi)的 16個(gè)均勻量化級(jí)。 表5-3列出了最小量化單位為2，段內(nèi)碼為自 然碼的量化規(guī)則。 7/31/202121 段落數(shù)段落碼對(duì)應(yīng)的起

7、始電平段內(nèi)量化級(jí)間隔 10 0 00D1D 20 0 116D1D 30 1 032D2D 40 1 164D4D 51 0 0128D8D 61 0 1256D16D 71 1 0512D32D 81 1 11024D64D 段落碼 7/31/202122 例1、輸入幅度為，求量化編碼和解碼輸出。 解： 因?yàn)槭钦龜?shù)，所以M1為“1”。 查表5-3，1250落在第六段，M2M3M4=“110” 以1024為起點(diǎn)，64為量化間隔 （1250-1024）/64=3.53 M5M6M7M8=“0011” 總的編碼為“” 量化值為（1056+64*3）=，這就是解碼輸出。 7/31/202123 5.

8、10 對(duì)數(shù)PCM與線性PCM之間的變換 通信系統(tǒng)中存在兩種PCM 1.線性PCM(13,左邊第一位是符號(hào)位)編碼用于與 圖像的接口. 2.線性PCM編碼采用均勻量化折疊編碼. 3.量化間隔=2,最大量化電平 V=211 =2048*2=4096 4.編碼表達(dá)式為： 2 2 1 11 1 i i ik by 量化精度為/2 7/31/202124 5.10 對(duì)數(shù)PCM與線性PCM之間的變換 對(duì)數(shù)PCM(8位,左邊第一位是符號(hào)位)用于 與語(yǔ)音的接口. 兩者之間的變換關(guān)系如表5-5所示。 7/31/202125 7/31/202126 自測(cè)題自測(cè)題 （1） 將理想抽樣、自然抽樣和平頂抽樣，從 時(shí)域和頻域上作一比較。 （2） 為什么對(duì)語(yǔ)音信號(hào)進(jìn)行脈沖編碼調(diào)制時(shí) 要采用對(duì)數(shù)壓縮特性？ （3） 解釋A律壓縮特性取A=87.6的由來(lái)。 （4） 為什么用正弦波測(cè)量A律13折線脈沖編 碼調(diào)制量化信噪比時(shí)，隨著正弦波幅度變化，量化 信噪比會(huì)出現(xiàn)有規(guī)律的起伏？ （5） 脈沖編碼調(diào)制中每增加一位編碼，量化 信噪比提