脈沖編碼調(diào)制地基本原理教學(xué)大綱設(shè)計(jì)

實(shí)用文案批準(zhǔn)人：年 月 日第一講 脈沖編碼調(diào)制基本原理教 學(xué) 提 要課目專業(yè)基礎(chǔ)目的了解脈沖編碼調(diào)制的基本原理。內(nèi)容1、數(shù)的進(jìn)制2．語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化3．時(shí)分多路復(fù)用和PCM30/32系統(tǒng)方法課堂講解，電化教學(xué)。時(shí)間45分鐘要求1．遵守課堂紀(jì)律，專心聽講，做好筆記；2．勤于思考，積極發(fā)言，課后做好復(fù)習(xí)。器材保障教材、資料標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案教 學(xué) 進(jìn) 程教學(xué)準(zhǔn)備 （5分鐘）1．清點(diǎn)人數(shù)，準(zhǔn)備教學(xué)用具；2．宣布作業(yè)提要。教學(xué)實(shí)施 （37分鐘）一、數(shù)的進(jìn)制(一)二進(jìn)制數(shù)(二)八進(jìn)制數(shù)(三)十六進(jìn)制數(shù)一、語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化大家都知道，語(yǔ)音信號(hào)是模擬信號(hào)， 而數(shù)字程控交換機(jī)內(nèi)部交換的卻是數(shù)字信號(hào)， 那么如何使模擬的語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化，可采用脈沖編碼調(diào)制的方法，即 PCM。我們知道，模擬信號(hào)數(shù)字化稱為模 /數(shù)（A/D）變換，而把數(shù)字信號(hào)還原成模擬信號(hào)稱為數(shù) /模（D/A）變換，綜合 A/D和D/A的一般步驟，圖1-3給出了PCM通信的簡(jiǎn)單模型。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案發(fā)送端接收端語(yǔ)音信道語(yǔ)音信號(hào)抽量編再解低信號(hào)樣化碼生碼通A/D變換 D/A變換圖1-3PCM通信的簡(jiǎn)單模型（一）抽樣語(yǔ)音信號(hào)在時(shí)間上是連續(xù)的，經(jīng)過(guò)抽樣后變成時(shí)間上離散的信號(hào)。簡(jiǎn)單的說(shuō)，抽樣就是將模擬信號(hào)在時(shí)間上離散的過(guò)程。抽樣上每隔一定的時(shí)間間隔T，在抽樣器上接入一個(gè)抽樣脈沖，通過(guò)抽樣的脈沖去控制抽樣器的開關(guān)電路，取出話音信號(hào)的瞬間電壓值，即樣值。如圖1-4所示，抽樣后的信號(hào)稱為抽樣信號(hào)，顯然，它可以看作按幅度調(diào)制的脈沖信號(hào)，即PAM信號(hào)，其幅度的取值仍是連續(xù)的，不能用有限個(gè)數(shù)字來(lái)表示，因此抽樣值仍是模擬信號(hào)。標(biāo)準(zhǔn)文檔之間，根據(jù)抽，為了留一定的實(shí)用文案f(t)模擬信號(hào)0 t抽樣脈沖0 t１Ｔ２Ｔ３Ｔ４Ｔ５Ｔ６Ｔ取樣值抽樣信號(hào)４Ｔ５Ｔ0 t１Ｔ２Ｔ３Ｔ圖1-4 語(yǔ)音信號(hào)的抽樣語(yǔ)音信號(hào)抽樣后信號(hào)所占用的時(shí)間被壓縮了， 這是時(shí)分復(fù)用技術(shù)的必要條件。 關(guān)于這一點(diǎn)將在本節(jié)課第三個(gè)內(nèi)容講解，但是，用抽樣信號(hào)代替原信號(hào)必須要滿足抽樣定理，否則樣值不能夠完全表征原信號(hào)。抽樣定理：對(duì)于一個(gè)具有有限帶寬的模擬信號(hào) f(t)，其最高頻率分量為 fm ,則當(dāng)抽樣頻率 fs≥2fm 時(shí)，樣值可以完全表征原信號(hào)。我們的語(yǔ)音信號(hào)頻率在300-3400HZ樣定理，抽樣頻率fs=2x3400=6800HZ標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案防衛(wèi)帶，ITU規(guī)定的抽樣頻率為：fs=8000HZ，抽樣周期為T=1/8000=125μs。（二）量化抽樣后的信號(hào)，其幅度的取值仍是無(wú)限多個(gè)，是連續(xù)的，在幅度上離散化抽樣信號(hào)，就是量化。簡(jiǎn)單的說(shuō)，量化就是將抽樣信號(hào)在幅度上離散化的過(guò)程。量化可以采用“四舍五入”的方法，使每個(gè)抽樣后的幅度值用一個(gè)鄰近的“整數(shù)”值來(lái)近似，圖1-5a就是這種量化方法的示意圖，圖中把信號(hào)歸納為0-7級(jí)，并規(guī)定，小于0.5的為0級(jí)；0.5-1.5之間為1級(jí)；依次類推，這樣經(jīng)過(guò)量化，連續(xù)的樣值被歸到了0-7級(jí)中的某一級(jí)，圖1-5b就是量化后的值，這里的每一級(jí)稱為量化級(jí)。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案幅值765432101 2 3 4 5 6圖1-5a 抽樣幅值76554

t4

43 3322101 2 3 4 5 6圖1-5b 量化

t標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案需要注意的是，把無(wú)限多個(gè)幅度值量化成有限的量化級(jí)，必然會(huì)產(chǎn)生誤差，即量化誤差。小信號(hào)的量化誤差相對(duì)較大，為提高小信號(hào)量化后的信噪比，可以增加量化級(jí)數(shù)或采用不均勻量化分組，第一種方法要求更多的編碼位數(shù)及更高的碼速，也就對(duì)編碼器要求更高；第二種方法是講小信號(hào)的量化級(jí)分得更細(xì)些，將大信號(hào)的量化級(jí)分得粗略些，這種做法叫做“壓縮擴(kuò)張法”，簡(jiǎn)稱“壓擴(kuò)法”。ITU建議的壓擴(kuò)法特性叫做A律或μ律。A律用于歐洲和中國(guó)，30/32路PCM系統(tǒng)中采用A律；μ律用于北美和日本，24路PCM系統(tǒng)中采用μ律。（三）編碼簡(jiǎn)單的說(shuō)，編碼就是將量化后的幅度值用一定的代碼來(lái)表示。由于編碼后的數(shù)字信號(hào)攜帶著原始語(yǔ)音（模擬）信號(hào)信息，因此就如同將模擬信號(hào)“調(diào)制”到了代碼上，而代碼是由信號(hào)抽樣得到的脈沖序列再量化編碼后得到的，這就構(gòu)成了脈沖編碼調(diào)制通信，即我們通常所說(shuō)的PCM通信。（四）再生、解碼、低通在PCM通信的接收端，需要將 PCM信號(hào)還原成語(yǔ)標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案音（模擬）信號(hào)，這需要再生、解碼、低通（或重建）幾個(gè)過(guò)程，再生就是將 PCM 信號(hào)進(jìn)行放大，解碼就是把PCM信號(hào)轉(zhuǎn)換為與發(fā)送端相同的PAM信號(hào)，在PAM信號(hào)中包含原語(yǔ)音信號(hào)的頻譜，因此可以采用把PAM信號(hào)通過(guò)低通濾波器分離出所需要的語(yǔ)音信號(hào)，這一過(guò)程即為重建。二、時(shí)分多路復(fù)用和PCM30/32系統(tǒng)在通信網(wǎng)的建設(shè)中，線路設(shè)備的投資占較大比重，因此，如何提高線路利用率，在較少的硬件資源上傳輸更多的信號(hào)，實(shí)現(xiàn)多路復(fù)用，可采取頻分和時(shí)分兩種方法?，F(xiàn)有的有線電視信號(hào)傳送，就采用頻分的方法，即把多種頻段的信號(hào)混合在一起傳送，由接收機(jī)選頻來(lái)分離信號(hào)。時(shí)分多路復(fù)用就是利用各路信號(hào)在信道上占有不同時(shí)間間隙（即時(shí)隙）而把各路信號(hào)分開。具體來(lái)說(shuō)就是，就是把時(shí)間分成均勻的時(shí)間間隔，將每一路信號(hào)的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間間隔內(nèi)，以達(dá)到互相分開的目的，每路所占用的時(shí)間間隙稱為時(shí)隙（TS）。PCM通信是典型的時(shí)分多路通信系統(tǒng)，如圖1-6所示。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案同步1路1路控制2路PCMPCM2路3路編碼譯碼3路信道如圖1-6由上圖可見，每一路信道在指定的時(shí)間內(nèi)接通， 其它時(shí)間內(nèi)為別的信道接通， 為了使發(fā)端與收端各路信道能夠協(xié)調(diào)一致的工作，在發(fā)送端需要傳送一個(gè)同步信號(hào)， 利用同步控制信號(hào)來(lái)確保發(fā)端和收端協(xié)調(diào)工作。下面我們介紹PCM系統(tǒng)中時(shí)隙和幀的概念。前面已經(jīng)講過(guò)，對(duì)于語(yǔ)音信號(hào)傳送，抽樣頻率為8000HZ，即每125μs抽樣一次，每次抽樣后經(jīng)過(guò)量化和編碼成為8比特的碼串，傳送一路的8比特對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度就是一個(gè)時(shí)隙（TS）,在PCM32系統(tǒng)中，32條信息復(fù)用一條物理電路，因此，在125μs內(nèi)各路信號(hào)傳送一次，即32個(gè)時(shí)隙的碼串依次傳送一遍，就合成了一“幀”。并且，在采用隨路信令時(shí)，為了傳送各話路的標(biāo)志信號(hào)，還引入了復(fù)幀的概念，將連續(xù)的16幀稱為一個(gè)復(fù)幀。標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案ITU建議的PCM基本結(jié)構(gòu)包括 32路系統(tǒng)和24路系統(tǒng)，我國(guó)和歐洲采用的是 PCM32 系統(tǒng)，關(guān)于這一點(diǎn)我們?cè)谇懊嬉呀?jīng)講過(guò)，因?yàn)殡娫捦ㄐ胖校?30個(gè)時(shí)隙作為話路使用，因此也稱為 PCM30/32 系統(tǒng)，其幀結(jié)構(gòu)如圖 1-7所示。1復(fù)幀=16幀(2ms)F0F1 F2 F3 F4 F5F6 F7 F8 F9F10F11F12F13F14F151幀=32時(shí)隙=256比特(125μs)TS0 TS1 TS15TS16TS17 TS31TS1-TS15話路時(shí)隙 TS17-TS31話路時(shí)隙TS0同步時(shí)隙 TS16標(biāo)志信號(hào)時(shí)隙圖1-7PCM30/32系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu)圖由上圖可見，每一幀對(duì)應(yīng)的時(shí)間長(zhǎng)度為 125μs，每個(gè)時(shí)隙的大小是 125μs/32=3.9 μs，每一復(fù)幀的時(shí)間長(zhǎng)度為16x125μs=2ms。32個(gè)時(shí)隙是這樣分配的， TS1-TS15、TS17-TS31為話路時(shí)隙，TS0用來(lái)傳送幀定位信號(hào)，保持發(fā)端與收端的同步工作。在局間采用隨路信令時(shí)，TS16用來(lái)傳送復(fù)幀同步碼和各話路的標(biāo)志信號(hào)，當(dāng)局間采用標(biāo)準(zhǔn)文檔實(shí)用文案NO.7信令時(shí)，TS16可以作為信令鏈路使用，也可以作為話路使用。這里的隨路信令和NO.7信令我們將在以后的課程中陸續(xù)講到，這里不作詳細(xì)講解。注意！我們這里只講到了PCM一次群，因?yàn)閿?shù)字程控交換只涉及到一次群，PCM高次群在這里不作講解?？?結(jié)同志們，我們利用三個(gè)課時(shí)對(duì)脈沖編碼調(diào)制的基本原理進(jìn)行了學(xué)習(xí)，我們主要講了三個(gè)方面的內(nèi)容， 模擬信號(hào)和數(shù)字信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化，時(shí)分多路復(fù)用和PCM30/32 系統(tǒng)，其中