第2章-模擬信號數(shù)字化

第2章模擬信號數(shù)字化2.1模擬通信和數(shù)字通信2.2

數(shù)字通信的特點及性能指標2.3

語聲信號數(shù)字化編碼2.4時分多路復(fù)用2.5高次群數(shù)字復(fù)接2.1模擬通信和數(shù)字通信信道上傳輸?shù)氖悄M信號的通信系統(tǒng)稱為模擬通信系統(tǒng)。信道上傳輸?shù)氖菙?shù)字信號的通信系統(tǒng)稱為數(shù)字通信系統(tǒng)。

模擬通信系統(tǒng)數(shù)字通信系統(tǒng)模／數(shù)變換設(shè)備將模擬電信號變換成數(shù)字信號，數(shù)字信號通常是采用二進制信號形式送至信道傳輸。在接收端，數(shù)字信號再經(jīng)數(shù)／模變換和電／聲變換還原成聲音，送給接收者。2.2

數(shù)字通信的特點及性能指標

一、數(shù)字通信的特點二、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標一、數(shù)字通信的特點

1.抗干擾能力強，無噪聲積累。

2.便于加密處理。

3.利于采用時分復(fù)用實現(xiàn)多路通信。

4.設(shè)備便于集成化、小型化。

5.占用頻帶寬。

二、數(shù)字通信系統(tǒng)的主要性能指標

1.有效性指標

(1)信息傳輸速率

(2)符號傳輸速率

(3)頻帶利用率

2.可靠性指標

(1)誤碼率

(2)信號抖動

1.有效性指標

(1)信息傳輸速率

信道的傳輸速率是以每秒鐘所傳輸?shù)男畔⒘縼砗饬康摹?/p>

(2)符號傳輸速率符號傳輸速率也叫碼元速率。它是指單位時間內(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制的，也可以是二進制的。符號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傳輸速率的關(guān)系是

Rb=NBlog2M

式中，Rb為信息傳輸速率(bit／s)；NB為符號傳輸速率(碼元／秒或波特)；M為碼元(或符號)的進制數(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(有效性)的指標應(yīng)當是單位頻帶內(nèi)的傳輸速率。

2可靠性指標衡量數(shù)字通信系統(tǒng)可靠性的主要指標是誤碼率和信號抖動。

(1)誤碼率在傳輸過程中發(fā)生誤碼的碼元個數(shù)與傳輸?shù)目偞a元數(shù)之比。

(2)信號抖動在數(shù)字通信系統(tǒng)中，信號抖動是指數(shù)字信號碼元相對于標準位置的隨機偏移。2.3語聲信號數(shù)字化編碼

2.3.1

語聲信號編碼的基本概念及分類

2.3.2

脈沖編碼調(diào)制

2.3.3

差值脈沖編碼調(diào)制

2.3.4

時分多路復(fù)用

2.3.1

語聲信號編碼的基本概念及分類

一、語聲信號編碼的概念

二、

語聲信號編碼的分類

一、語聲信號編碼的概念

一個簡單的語聲信號的脈沖編碼調(diào)制(PCM)的編碼、解碼過程說明語聲信號編碼的概念，其示意圖如下圖所示。圖中的A／D變換包含三個部分：抽樣、量化和編碼。

(1)抽樣：是指將模擬信號在時間上離散化的過程

(2)量化：是指將模擬信號在幅度上離散化的過程。

(3)編碼：編碼是指將每個量化后的樣值用一定的二進制代碼來表示。

二、

語聲信號編碼的分類

(1)波形編碼

(2)參量編碼

(3)混合編碼

2.3.2

脈沖編碼調(diào)制

一、概述

脈沖編碼調(diào)制系統(tǒng)中的信號變換和處理過程如圖所示。

二、抽樣模擬信號數(shù)字化的第一步是在時間上對信號進行離散化處理，即將時間上連續(xù)的信號處理成時間上離散的信號，這一過程稱之為抽樣。

1

抽樣定義及實現(xiàn)抽樣的電路模型

2

抽樣定理

3

與抽樣有關(guān)的誤差

1抽樣定義及實現(xiàn)抽樣的電路模型

連續(xù)信號在時間上離散化的抽樣過程如圖所示。

具體地說，就是某一時間連續(xù)信號f(t)，僅取f(t0)、f(t1)、f(t2)…等各離散點數(shù)值，就變成了時間離散信號。這個取時間連續(xù)信號離散點數(shù)值的過程就叫做抽樣。

2

抽樣定理

設(shè)時間連續(xù)信號f(t)，其最高截止頻率為fM。如果用時間間隔為Ts≤1/2fM的開關(guān)信號對f(t)進行抽樣，則f(t)

就可被樣值信號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)原時間連續(xù)信號，其抽樣頻率應(yīng)選為fs≥2fM。這就是著名的奈奎斯特抽樣定理、簡稱抽樣定理。語聲信號的最高頻率限制在3400Hz，這時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)定語音信號的抽樣頻率為fs=8000Hz，這樣，就留出了8000–6800=1200Hz作為濾波器的防衛(wèi)帶。

3

與抽樣有關(guān)的誤差

·對語聲信號帶寬的限制是充分的；

·實行抽樣的開關(guān)函數(shù)是單位沖激脈沖序列，即理想抽樣；

·通過理想低通濾波器恢復(fù)原語聲信號。

(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fs≥2fM的條件，都會產(chǎn)生折疊噪聲。

(2)抽樣展寬的孔徑效應(yīng)失真。

三、

量化

1量化定義及描述

2

均勻量化及量化噪聲計算

3

非均勻量化及壓縮擴張技術(shù)

1量化定義及描述

量化是把信號在幅度域上連續(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)取值的信號在幅度域上劃分為若干個分層，在每一個分層范圍內(nèi)的信號值用“四舍五入”的辦法取某一個固定的值來表示。這一近似過程一定會產(chǎn)生誤差。量化誤差就是指量化前后信號之差，通常用功率來表示，稱之為量化噪聲。返回

2

均勻量化及量化噪聲計算量化可以分為均勻量化與非均勻量化兩種方式。各量化分級間隔相等的量化方式即為均勻量化。

均勻量化時在整個輸入信號的幅度范圍內(nèi)量化級的大小都是相等的。

在非過載區(qū)內(nèi)，量化值隨輸入信號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。對于均勻量化則是將-U～+U范圍內(nèi)均勻等分為N個量化間隔，則N稱為量化級數(shù)。設(shè)量化間隔為Δ，則

Δ=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：

ema

(u)=Δ/2

但在過載區(qū)內(nèi)的量化誤差，即過載量化誤差則會大于Δ/2。

非過載區(qū)內(nèi)量化噪聲功率應(yīng)為：

或

根據(jù)信噪比的定義，我們可求得量化信噪比，即信號功率與量化噪聲功率之比，可表示為：

其中S=ue2

為信號功率如前所述，N為量化分級數(shù)。在二進制數(shù)字信號編碼中，編碼碼組的碼位數(shù)l與量化分級數(shù)N的關(guān)系是：

N=2l

當過載電壓取得足夠大將使過載概率很小，這時主要考慮非過載項，則有

對通信系統(tǒng)提出如下要求：在信號動態(tài)范圍≥40dB的條件下，量化信噪比不應(yīng)低于26dB。

26≤4.8+6l-40

則可得l≥11返回3非均勻量化及壓縮擴張技術(shù)非均勻量化及實現(xiàn)μ律和A律壓縮特性返回

(1)

非均勻量化及實現(xiàn)

采用均勻分級量化時其量化信噪比隨信號電平的減小而下降。產(chǎn)生這一現(xiàn)象的原因就是均勻量化的分級間隔是固定值，它不能隨信號幅度的變化而變化，故大信號時信噪比大；小信號時信噪比小。解決這一問題的有效方法是要用非均勻分級，即非均勻量化。非均勻量化的特點是：信號幅度小時，量化間隔小其量化誤差也??；信號幅度大時，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的量化信噪比，可以做到在不增大量化級數(shù)N的條件下，使信號在較寬的動態(tài)范圍內(nèi)的（S/Nq)dB達到指標的要求。

實現(xiàn)非均勻量化的方法之一是采用壓縮擴張技術(shù)。壓縮特性是：在最大信號時其增益系數(shù)為1，隨著信號的減小增益系數(shù)逐漸變大。信號通過這種壓縮電路處理后就改變了大信號和小信號之間的比例關(guān)系——大信號時比例基本不變或變化較小，而小信號則相應(yīng)按比例增大。

返回

(2)μ律和A律壓縮特性①μ律壓擴特性

μ律壓縮特性表示式為：②

A律壓擴特性以A為參量的壓擴特性叫做A律特性。

A律特性的表示式為

在現(xiàn)行的國際標準中A=87.6，此時信號很小時(即小信號時)，從上式可以看到信號被放大了16倍，這相當于與無壓縮特性比較，對于小信號的情況，量化間隔比均勻量化時減小了16倍，因此，量化誤差大大降低；而對于大信號的情況例如x=1/A，量化間隔比均勻量化時增大了5.47倍，量化誤差增大了。這樣實際上就實現(xiàn)了“壓大補小”的效果。上面只討論了x>0的范圍，實際上x和y均在[-1,1]之間變化，因此，x和y的對應(yīng)關(guān)系曲線是在第一象限與第三象限奇對稱。為了簡便，x<0的關(guān)系表達式未進行描述，但對上式進行簡單的修改就能得到。按上式得到的A律壓擴特性是連續(xù)曲線，A的取值不同其壓擴特性亦不相同，而在電路上實現(xiàn)這樣的函數(shù)規(guī)律是相當復(fù)雜的。為此，人們提出了數(shù)字壓擴技術(shù)，其基本思想是這樣的：利用大量數(shù)字電路形成若干根折線，并用這些折線來近似對數(shù)的壓擴特性，從而達到壓擴的目的。圖對數(shù)壓縮特性

(a)μ律；(b)A律

圖中對y是均勻分割的，等效于對x是非均勻分割的。在每一量化間隔中分析壓縮效果③

A律13折線壓擴特性

目前應(yīng)用較多的是以數(shù)字電路方式實現(xiàn)的A律特性折線近似。具體實現(xiàn)的方法是：對x軸在0～1(歸一化)范圍內(nèi)以1/2遞減規(guī)律分成8個不均勻段，其分段點是1/2，1/4，1/8，1/16，1/32，1/64和1/128。對y軸在0～1(歸一化)范圍內(nèi)以均勻分段方式分成8個均勻段，其分段點是1/8，2/8，3/8，4/8，5/8，6/8，7/8和1。將x軸和y軸對應(yīng)的分段線在x-y平面上的相交點相連接的折線就是有8個線段的折線。

13折線來歷其中第1，2段斜率相同(均為16)，因此可視為一條直線段，故實際上只有7根斜率不同的折線。對于雙極性語音信號，在第三象限也有對稱的一組折線，也是7根，但其中靠近零點的1、2段斜率也都等于16，與正方向的第1、2段斜率相同，又可以合并為一根，因此，正、負雙向共有2×(8-1)-1=13折，故稱其為13折線。A=87.6與13折線壓縮特性的比較y01

x01

按折線分段時的x01

段落

1

2

3

4

5

6

7

8斜率16168421表A律13折線壓縮特性

段落

1

2

3

4

5

6

7

8量化間隔（Δ）

1

1

2

4

8163264起始電平（Δ）

01632641282565121024

斜率1616

8

4

2

11/21/4

Q(dB)24241812

6

0-6-12可以看出，對應(yīng)同一y值的兩種情況計算所得的x值基本上相等，這說明按遞減規(guī)律進行非均勻分段的折線與A＝87.6的A律特性是十分逼近的。

通常就稱為A律13折線壓縮特性。

A律13折線壓擴時量化信噪比也可用計算改善量的方法進行計算，有

(S/Nq)A.dB=(S/Nq)Db

+［Q］A.dB

(均)返回

四、

編碼與解碼

編碼：通常記作A/D；解碼過程是數(shù)／模變換，解碼：通常記作D／A。

1.二進制碼組及編碼的基本概念

2.線性編碼與解碼

3.非線性編碼與解碼

PCM編碼原理

將模擬信號的經(jīng)過抽樣、量化變換為數(shù)字信號，然后再變換成代碼傳輸，這種方式稱為脈沖編碼調(diào)制(PCM)。

編碼:把量化的電平值表示成二進制碼組的過程。碼字

二進制碼抗干擾、易產(chǎn)生。因此，PCM中一般采用二進制碼。

M個量化電平，可以用N位二進制碼元來表示，N位碼元組成一個碼組或稱為一個碼字。碼型

量化電平與碼字的對應(yīng)關(guān)系的整體就稱為碼型。在PCM中常用的二進制碼型有三種：自然二進碼、折疊二進碼和格雷二進碼。碼字和碼型表常用二進制碼型

自然二進碼

即十進制正整數(shù)的二進制表示。

表示方法

若把自然二進碼從低位到高位依次給以2倍的加權(quán)，就可變換為十進數(shù)。如設(shè)二進碼為(an-1,an-2,…,a1,a0)

則D=an-12n-1+an-22n-2+…+a121+a020

便是其對應(yīng)的十進數(shù)（表示量化電平值）。

特點

編碼簡單、易記，而且譯碼可以逐比特獨立進行。是一種符號幅度碼。表示方法

左邊第一位表示信號的極性，信號為正用“1”表示，信號為負用“0”表示；第二位至最后一位表示信號的幅度。正、負絕對值相同時，折疊碼的上半部分與下半部分相對零電平對稱折疊，故名折疊碼。其幅度碼從小到大按自然二進碼規(guī)則編碼。

特點

（1）雙極性信號，只要絕對值相同，則可以采用單極性編碼的方法，使編碼過程大大簡化。

(2）傳輸中誤碼對小信號影響較小。折疊二進碼表示方法

任何相鄰電平的碼組只有一位碼位不同，即相鄰碼字的距離恒為1。除極性碼外，絕對值相等時，其幅度碼相同，故又稱反射二進碼。特點

（1）相鄰碼之間只有一個碼字不同，這樣誤一位碼造成的偏差的平均值小一些。（2）但這種碼與其所表示的數(shù)值之間無直接聯(lián)系，編碼電路比較復(fù)雜，一般較少采用。格雷二進碼在PCM中，A律13折線PCM30/32路基群設(shè)備中所采用折疊二進碼。

對大信號時的誤碼影響大，例如由大信號的1111,0111對于自然二進碼解碼后的誤差為8個量化級;而對于折疊二進制碼，誤差為15個量化級。對小信號時的誤碼影響小。例如0000,1000,對于自然二進制碼誤差為8個量化級，而對于折疊二進制碼誤差為1個量化級。這對于語音信號是十分有利的，因為語音信號中小信號出現(xiàn)的概率較大，所以在語音信號PCM系統(tǒng)中大多采用折疊二進制碼。

WhyPCM編碼規(guī)則碼位數(shù)

碼位數(shù)決定了量化分層的數(shù)量。在信號變化范圍一定時，用的碼位數(shù)越多，量化分層越細，量化誤差就越小，通信質(zhì)量當然就更好。但碼位數(shù)越多，設(shè)備越復(fù)雜，同時還會使總的傳碼率增加，傳輸帶寬加大。在A律13折線PCM編碼中，采用8位二進制碼，對應(yīng)有M=28=256個量化級。這需要將13折線中的每個折線段再均勻劃分16個量化級，由于每個段落長度不均勻，因此正或負輸入的8個段落被劃分成8×16=128個不均勻的量化級。8位碼的安排如下

極性碼段落碼段內(nèi)碼

C1C2C3C4C5C6C7C8

段落序號段落碼C2C3C4876543211111001100011010001000特點：段內(nèi)的16個量化級均勻劃分，段落長度不等，屬于非均勻的量化級。小信號時，段落短，量化間隔小。大信號時，段落長，量化間隔大。第一、二段最短，只有歸一化的1/128，再將它等分16小段，每一小段長度為最小的量化級間隔Δ，它是輸入信號歸一化值的1/2048，代表一個量化單位。第八段最長，它是歸一化值的1/2，將它等分16小段后，每一小段歸一化長度為1/32，包含64個最小量化間隔，記為64Δ。電平序號段內(nèi)碼電平序號段內(nèi)碼c5c6c7c8c5c6c7c815141312111098111111101101110010111010100110007654321001110110011001010011001000010000逐次比較編碼原理除第一位極性碼外，其他7位二進制代碼是通過類似天平稱重物的過程來逐次比較確定的。例1設(shè)輸入信號抽樣值Is=+1270Δ（Δ為一個量化單位，表示輸入信號歸一化值的1/2048），采用逐次比較型編碼器,按A律13折線編成8位碼C1C2C3C4C5C6C7C8。

編碼過程如下：

（1）確定極性碼C1：由于輸入信號抽樣值Is為正，故極性碼C1=1。（2）確定段落碼C2C3C4：段落碼C2C3C4表示抽樣值Is處于13折線中的8個段落段落12345678起點電平01632641282565121024

因1270>1024，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個量化間隔，起點依次為1024+n×64，

1024+3×64=1216<1270<1024+4×64=1280

落在第三個量化間隔內(nèi)，段內(nèi)碼為0011。總的編碼結(jié)果為1,111,0011。5.5.3PCM的譯碼譯碼的作用：把收到的PCM信號還原成相應(yīng)的PAM樣值信號，即進行D/A變換。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：基本相同，所不同的是增加了極性控制部分和帶有寄存讀出的7/12位碼變換電路。7/12變換關(guān)系

在譯碼器中都有一個加Δi/2電路（在有效碼后加1），等效于將量化電平移到量化間隔的中間，因此其最大量化誤差一定不會超過Δi/2。如上例中，(1260)Is位于第8段的序號為3的量化級，7位幅度碼1111011對應(yīng)的分層電平為1216Δ，則譯碼輸出為1216+Δi/2=1216+64/2=1248Δ，量化誤差為1260-1248=12Δ＜64Δ/2，不是44Δ。即量化誤差小于量化間隔的一半。模擬信號m(t)是一個零均值的平穩(wěn)過程，一維統(tǒng)計特性服從均勻分布，其頻率范圍200—8000HZ，電壓范圍是-5V----+5V

（1）最小Nyquist抽樣速率是多少？（2）如果改用標準PCM所用的A率十三折線編碼，問碼字11111111的出現(xiàn)概率是多少？

五、單片集成PCM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。2.3.3

差值脈沖編碼調(diào)制

一、

差值脈沖編碼調(diào)制原理及實現(xiàn)

二、

自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制

PCM的缺點

雖然PCM編碼已得到了廣泛應(yīng)用，但PCM信號占用頻帶要比模擬通信系統(tǒng)中的一個標準話路帶寬（3.1kHz）寬的多，這樣對于大容量的長途傳輸系統(tǒng)，尤其是衛(wèi)星通信，采用PCM的經(jīng)濟性很難與模擬通信相比。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。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的速率上達到64kb/s的PCM數(shù)字電話質(zhì)量，已成為長途傳輸中一種新型的國際通用的語音編碼方法。線性預(yù)測基本原理利用前面的幾個抽樣值的線性組合來預(yù)測當前的抽樣值，稱為線性預(yù)測。當前抽樣值和預(yù)測值之差，稱為預(yù)測誤差。由于相鄰抽樣值之間的相關(guān)性，預(yù)測值和抽樣值很接近，即誤差的取值范圍較小。對較小的誤差值編碼，可以降低比特率。一、

差值脈沖編碼調(diào)制原理及實現(xiàn)

差值脈沖編碼調(diào)制(DPCM)就是考慮利用語聲信號的相關(guān)性找出可反映信號變化特征的一個差值量進行編碼的。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。

圖DPCM系統(tǒng)原理框圖系統(tǒng)的框圖線性預(yù)測編解碼器原理方框圖：編碼器：見右圖

s(t)－輸入信號；

sk

＝s(kT)－s(t)的抽樣值；

s

k

－預(yù)測值；

ek

－預(yù)測誤差；

rk

－量化預(yù)測誤差；

s*k

－預(yù)測器輸入；

s*k

的含義：當無量化誤差時,ek=rk，則由圖可見： 故s*k是帶有量化誤差的sk。

預(yù)測器的輸入～輸出關(guān)系： 式中，p是預(yù)測階數(shù)，ai是預(yù)測系數(shù)。相加器DPCM基本原理： 當p=1，a1=1時，s

k

=s*k-1，預(yù)測器簡化成延遲電路，延遲時間為T。這時，線性預(yù)測就成為DPCM。Note：DPCM系統(tǒng)總的量化信噪比遠大于量化器的信噪比。因此,要求DPCM系統(tǒng)達到與PCM系統(tǒng)相同的信噪比，則可降低對量化器信噪比的要求，即可減小量化級數(shù)，從而減少碼位數(shù)，降低比特率。

二、

自適應(yīng)差值脈沖編碼調(diào)制

為了能進一步提高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Δ(t)的變化，與輸入信號方差相匹配，即量化器階距隨輸入信號的方差而變化，它正比于量化器輸入信號的方差。

定義：預(yù)測器系數(shù)隨信號的統(tǒng)計特性而自適應(yīng)調(diào)整，提高了預(yù)測信號的精度，從而得到高預(yù)測增益。預(yù)測的基本的方法是線性預(yù)測，即

如果能夠選擇合理的預(yù)測規(guī)律，就能獲得增益。對DPCM系統(tǒng)的研究就是圍繞著如何使Gp和(S/N)q

這兩個參數(shù)取最大值而逐步完善起來的。

自適應(yīng)預(yù)測的常見方法有：前向自適應(yīng)預(yù)測、后向序貫自適應(yīng)預(yù)測、梯度符號算法等。

定義：方法：ADPCM

在DPCM基礎(chǔ)上，用自適應(yīng)量化取代固定量化，用自適應(yīng)預(yù)測取代固定預(yù)測發(fā)展了ADPCM。在維持相同的話音質(zhì)量下，ADPCM允許用32kb/s比特率編碼，是標準64kb/s的PCM的一半，在長途傳輸系統(tǒng)中，有遠大的前景。

指量化間隔隨信號的變化而變化，使量化誤差達到最小。

前向自適應(yīng)量化、后向自適應(yīng)量化。

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分割成幾個不同的頻帶分量，然后再分別進行編碼，這類編碼方式稱為頻域編碼。頻域編碼將信號分解成不同頻帶分量的過程去除了信號的冗余度，得到了一組互不相關(guān)的信號。這同DPCM方式的機理雖然不同，但從去除冗余度的角度來說這兩者又是相似的。

2.4時分多路復(fù)用

2.4.1

時分多路復(fù)用的概念及構(gòu)成

2.4.2

時分復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步

2.4.3

PCM30／32路系統(tǒng)

2.4.1時分多路復(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——多個信號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)和時分多路復(fù)用(TDM)。前者適用于時間連續(xù)信號的傳輸，后者適用于時間離散信號的傳輸，如前面討論的PCM系統(tǒng)就是采用時分多路復(fù)用的方式傳輸?shù)?。下圖給出了一個時分復(fù)用系統(tǒng)的示意圖。

時分多路復(fù)用系統(tǒng)中收、發(fā)兩端的同步應(yīng)包括兩個方面：

(1)時鐘頻率的同步

(2)幀時隙的同步

2.4.2時分復(fù)用系統(tǒng)中的幀同步

一、幀同步電路的工作原理二、幀同步系統(tǒng)中的保護電路

三、對幀同步系統(tǒng)的要求

一、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：一是同步碼識別裝置，識別接收的PCM信號序列中的同步標志碼的位置；二是調(diào)整裝置，當收、發(fā)兩端同步標志碼位置不對應(yīng)時，需對收端進行調(diào)整使其兩者位置相對應(yīng)，這些裝置統(tǒng)稱為幀同步電路。

二、幀同步系統(tǒng)中的保護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，如幾次都不能對準信號序列中的同步碼時才確認是真正失步。在系統(tǒng)進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)計中加入一個核對保護電路。這個電路的作用是在同步引入狀態(tài)中連續(xù)幾幀的同步檢測均檢測到同步碼才確認為同步，這一段時間稱為后方保護時間。

三、對幀同步系統(tǒng)的要求1、同步性能穩(wěn)定，具有一定的抗干擾能力2、同步識別性能好3、同步引入時間短4、構(gòu)成系統(tǒng)的電路簡單

2.5高次群數(shù)字復(fù)接基本概念我們了解了時分復(fù)用的概念，為了提高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TDM把多路信號在同一個信道中分時傳輸?？墒牵ㄟ^深入研究我們就會發(fā)現(xiàn)一個問題，假設(shè)要對120路電話信號進行TDM，根據(jù)PCM過程，首先要在125μs內(nèi)完成對120路話音信號的抽樣，然后對120個樣點值分別進行量化和編碼。這樣，對每路信號的處理時間（抽樣、量化和編碼）不到1μs，實際系統(tǒng)只有0.95μs（這種對120路話音信號直接編碼復(fù)用的方法，稱為PCM復(fù)用）。如果復(fù)用的信號路數(shù)再增加，比如480路，則每路信號的處理時間更短。要在如此短暫的時間內(nèi)完成大路數(shù)信號的PCM復(fù)用，尤其是要完成對數(shù)壓擴PCM編碼，對電路及元器件的精度要求就很高，在技術(shù)上實現(xiàn)起來也比較困難。

因此，對于一定路數(shù)的信號（比如電話），直接采用時分復(fù)用FDM是可行的，但對于大路數(shù)的信號而言，

PCM復(fù)用在理論上是可行的，而實際上難以實現(xiàn)。那么我們自然就會提出一個問題，如何實現(xiàn)大路數(shù)信號的多路復(fù)用呢？或者說，如何利用分時傳輸提高通信系統(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)接就是指將兩個或多個低速數(shù)字流合并成一個高速率數(shù)字流的過程、方法或技術(shù)。它是提高線路利用率的一種有效方法，也是實現(xiàn)現(xiàn)代數(shù)字通信網(wǎng)的基礎(chǔ)。比如對30路電話進行PCM復(fù)用（采用8位編碼）后，通信系統(tǒng)的信息傳輸速率為8000×8×32＝2048kb/s，即形成速率2048kb/s的數(shù)字流（比特流）。現(xiàn)在要對120路電話進行時分復(fù)用，即把4個這樣的2048kb/s的數(shù)字流合成為一個高速數(shù)字流，就必須采用數(shù)字復(fù)接技術(shù)才能完成。2.5高次群數(shù)字復(fù)接

2.5.1

數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成及復(fù)接等級

2.5.2數(shù)字復(fù)接方式及碼速調(diào)整

2.5.1數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)的構(gòu)成及復(fù)接等級

數(shù)字復(fù)接系統(tǒng)包括數(shù)字復(fù)接器和數(shù)字分接器。數(shù)字復(fù)接器是把兩個或兩個以上支路的數(shù)字信號按時分復(fù)用方式合并成為單一的合路數(shù)字信號的設(shè)備；數(shù)字分接器是把一個合路數(shù)字信號分解為原來支路數(shù)字信號的設(shè)備。

數(shù)字復(fù)接和分接設(shè)備的構(gòu)成框圖如圖所示。

復(fù)接器在各支路數(shù)字信號復(fù)接之前需要進行碼速調(diào)整，即對各輸入支路數(shù)字信號進行頻率和相位調(diào)整，使其各支路輸入碼流速率彼此同步并與復(fù)接器的定時信號同步后，復(fù)接器方可將低次群碼流復(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)字信號彼此之間必須同步并與復(fù)接器的定時信號同步方可復(fù)接。根據(jù)此條件劃分的復(fù)接方式可分為：同步復(fù)接、異源（準同步）復(fù)接、異步復(fù)接三種。復(fù)接等級根據(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，其計量基本單元為一路PCM信號的比特率8000（Hz）×8（bit）＝64kb/s（零次群）。復(fù)用設(shè)備按照給定比特率系列劃分為不同的等級，在各個數(shù)字復(fù)