2022年医学专题-脉冲编码调制PCM

主要(zhǔyào)内容

2.1引言2.2模拟信号数字化的基本原理2.3脉冲编码调制（PCM）2.4增量调制（ΔM）2.5数字复接技术数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一页，共一百三十五页。脉冲(màichōng)编码调制PCM调制系统1

PCM系统的抗噪声性能3编码和译码2差分编码调制4数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第二页，共一百三十五页。脉冲编码(biānmǎ)调制脉冲编码(biānmǎ)调制(PCM)简称脉码调制，是一种用一组二进制数字代码来代替连续信号的抽样值，从而实现通信的方式。PCM是一种最典型的语音信号数字化的波形编码方式。原理框图数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第三页，共一百三十五页。原理(yuánlǐ)框图量化编码信道抽样译码低通滤波干扰A/D变换(biànhuàn)PAM在发送端进行波形编码，主要包括抽样、量化和编码三个过程，把模拟信号变换为二进制码组。

数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第四页，共一百三十五页。原理(yuánlǐ)框图量化编码(biānmǎ)信道(xìndào)抽样译码低通滤波干扰A/D变换PAM编码后的PCM码组的数字传输方式，可以是直接的基带传输，也可以是对微波、光波等载波调制后的调制传输。数字通信原理重庆大学通信工程学院第五页，共一百三十五页。原理(yuánlǐ)框图量化编码(biānmǎ)信道(xìndào)抽样译码低通滤波干扰A/D变换PAM在接收端，二进制码组经译码后还原为量化后的样值脉冲序列，然后经低通滤波器滤除高频分量，便可得到重建信号m^(t)数字通信原理重庆大学通信工程学院第六页，共一百三十五页。脉冲编码(biānmǎ)调制PCM调制系统1

PCM系统的抗噪声性能3编码和译码2差分编码调制4数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第七页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)和译码定义把量化后的信号电平值变换(biànhuàn)成二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为解码或译码。码字和码型码位的选择和安排(ānpái)编码原理译码原理数字通信原理重庆大学通信工程学院第八页，共一百三十五页。码字和码型定义把对于M个量化电平，可以用N位二进制码来表示(biǎoshì)，其中的每一个码组称为一个码字。PCM常用的二进制码型有三种自然(zìrán)二进码格雷二进码折叠二进码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第九页，共一百三十五页。自然(zìrán)二进码自然(zìrán)二进码是一般的十进制正整数的二进制表示，编码简单、易记，而且译码可以逐比特独立进行每个码元只有两种状态，取“1”或“0”，一组自然二进码代表的量化电平为：【例】设自然(zìrán)二进码1101，码位数n=4，则：数字通信原理重庆大学通信工程学院第十页，共一百三十五页。码字和码型定义把对于M个量化电平，可以用N位二进制码来表示，其中的每一个(yīɡè)码组称为一个(yīɡè)码字。PCM常用的二进制码型有三种自然(zìrán)二进码格雷二进码折叠二进码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第十一页，共一百三十五页。格雷二进码任何相邻电平的码组，只有(zhǐyǒu)一位码位发生变化，即相邻码字的距离恒为1。这种码除极性码外，当正、负极性信号的绝对值相等时，其幅度码相同，故又称反射二进码。特点译码时，若传输或判决有误，量化电平(diànpínɡ)的误差小。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第十二页，共一百三十五页。格雷二进码格雷码的量化电平：“±”号的取法：除去所有c＝0的项，从最高位开始(kāishǐ)，依次取＋，－，＋，－，…。

【例】设格雷码1101，码位数n=4，则：自然码和格雷码的变换(biànhuàn)数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第十三页，共一百三十五页。自然码和格雷码的变换(biànhuàn)

从自然码变换(biànhuàn)成格雷码

从格雷码变换成自然码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第十四页，共一百三十五页。从自然码变换(biànhuàn)成格雷码

变换(biànhuàn)规则【例】设自然(zìrán)二进码110，码位数n=4，则变换得格雷码为101数字通信原理重庆大学通信工程学院第十五页，共一百三十五页。自然码和格雷码的变换(biànhuàn)

从自然码变换(biànhuàn)成格雷码

从格雷码变换成自然码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第十六页，共一百三十五页。从格雷码变换(biànhuàn)成自然码

变换(biànhuàn)规则【例】设格雷码1101，则变换(biànhuàn)得自然码为1001数字通信原理重庆大学通信工程学院第十七页，共一百三十五页。码字和码型定义把对于M个量化电平，可以用N位二进制码来表示，其中的每一个码组称为(chēnɡwéi)一个码字。PCM常用的二进制码型有三种自然(zìrán)二进码格雷二进码折叠二进码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第十八页，共一百三十五页。折叠(zhédié)二进码折叠二进码是一种符号幅度码左边第一位表示信号的极性，信号为正用“1”表示，信号为负用“0”表示；第二位至最后一位表示信号的幅度由于正、负绝对值相同(xiānɡtónɡ)时，折叠码的上半部分与下半部分相对零电平对称折叠，故名折叠码，且其幅度码从小到大按自然二进码规则编码。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第十九页，共一百三十五页。折叠(zhédié)二进码折叠二进码的优点对于语音这样的双极性信号，只要绝对值相同，则可以(kěyǐ)采用单极性编码的方法，使编码过程大大简化。在传输过程中出现的误码，对小信号影响较小。自然码和折叠(zhédié)码的变换数字通信原理重庆大学通信工程学院第二十页，共一百三十五页。自然码和折叠(zhédié)码的变换

从自然码变换(biànhuàn)成折叠码

从折叠码变换成自然码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第二十一页，共一百三十五页。从自然码变换(biànhuàn)成折叠码

变换(biànhuàn)规则【例】设自然码010，则变换(biànhuàn)得折叠码为001数字通信原理重庆大学通信工程学院第二十二页，共一百三十五页。自然码和折叠(zhédié)码的变换

从自然码变换(biànhuàn)成折叠码

从折叠码变换成自然码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第二十三页，共一百三十五页。从折叠(zhédié)码变换成自然码

变换(biànhuàn)规则【例】设折叠(zhédié)码1101，则变换得自然码为1101数字通信原理重庆大学通信工程学院第二十四页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)和译码定义把量化后的信号电平(diànpínɡ)值变换成二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为解码或译码。码字和码型码位的选择和安排编码(biānmǎ)原理译码原理数字通信原理重庆大学通信工程学院第二十五页，共一百三十五页。码位的选择(xuǎnzé)和安排13折线编码采用8位二进制码，对应256个量化级，即正、负输入幅度范围内各有128个量化级需要(xūyào)将13折线中的每个折线段再均匀划分16个量化级正、负输入的8个段落被划分成128个不均匀量化级8位码的安排数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第二十六页，共一百三十五页。8位码的安排(ānpái)第1位码C1的数值“1”或“0”分别(fēnbié)表示信号的正、负极性，称为极性码。第2至第4位码C2C3C4为段落码，代表8个段落的起点电平。段落码与各段的关系第5至第8位码C5C6C7C8为段内码，这4位码的16种可能状态用来分别代表每一段落内的16个均匀划分的量化级。极性码C1段落码C2C3C4段内码C5C6C7C8数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第二十七页，共一百三十五页。段落(duànluò)码与各段的关系数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第二十八页，共一百三十五页。码位的选择(xuǎnzé)和安排注意：在13折线编码方法中，虽然各段内的16个量化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段落间的量化级是非均匀的。第一、二段最短，只有归一化的1/128，再将它等分16小段，每一小段长度为1/2048，这是最小的量化级间隔，它仅有输入信号归一化值的1/2048，记为Δ，代表一个(yīɡè)量化单位；第八段最长，每一小段归一化长度为1/32，包含64个最小量化间隔，记为64Δ。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第二十九页，共一百三十五页。码位的选择(xuǎnzé)和安排假设：以非均匀量化时的最小量化间隔Δ=1/2048作为均匀量化的量化间隔从13折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数(jíshù)共有2048个均匀量化级非均匀量化只有128个量化级均匀量化需要编11位码，而非均匀量化只要编7位码

可见在保证小信号(xìnhào)时的量化间隔相同的条件下，7位非线性编码与11位线性编码等效数字通信原理重庆大学通信工程学院第三十页，共一百三十五页。码位的选择(xuǎnzé)和安排按非均匀量化特性(tèxìng)的编码——非线性编码按均匀量化特性的编码——线性编码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第三十一页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)和译码定义把量化后的信号电平值变换成二进制码组的过程称为编码(biānmǎ)，其逆过程称为解码或译码。码字和码型码位的选择(xuǎnzé)和安排编码原理译码原理数字通信原理重庆大学通信工程学院第三十二页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)原理讨论目前常用(chánɡyònɡ)的逐次比较型编码器原理编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进代码。除第一位极性码外，其他7位二进代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的逐次比较(bǐjiào)编码原理逐次比较编码器编码举例PCM信号的码元速率及带宽数字通信原理重庆大学通信工程学院第三十三页，共一百三十五页。逐次比较(bǐjiào)编码原理逐次比较型编码的原理与天平称重物的方法类似样值脉冲信号相当(xiāngdāng)被测物，标准电平相当(xiāngdāng)天平的砝码预先规定好一些作为比较标准的电流(或电压)——权值电流，用符号IW

表示。IW

的个数与编码位数有关。样值脉冲IS到来，用逐步逼近的方法有规律地用标准电流去和样值脉冲比较IS＞IW

，出“l”码；反之出“0”码，直到和抽样值逼近为止，完成对输入样值的非线性量化和编码。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第三十四页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)原理讨论目前常用的逐次比较型编码器原理(yuánlǐ)编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进代码。除第一位极性码外，其他7位二进代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的逐次比较编码原理逐次比较编码器编码举例PCM信号的码元速率(sùlǜ)及带宽数字通信原理重庆大学通信工程学院第三十五页，共一百三十五页。逐次(zhúcì)比较编码器实现A律13折线压扩特性的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地(běndì)译码电路等组成。原理(yuánlǐ)框图数字通信原理重庆大学通信工程学院第三十六页，共一百三十五页。原理(yuánlǐ)框图全波整流(zhěngliú)参考电源PAM信号US|US|UR极性判决D1比较码形成或门a2-a8a1PCM编码输出串/并变换记忆反馈码a2-a8D1D2D87/11变换M2M3M811位线性解码网络B1B2B11本地解码器数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第三十七页，共一百三十五页。逐次(zhúcì)比较编码器实现A律13折线压扩特性的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持(bǎochí)电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决(pànjué)比较器本地译码电路保持电路数字通信原理重庆大学通信工程学院第三十八页，共一百三十五页。极性判决(pànjué)极性判决(pànjué)电路用来确定信号的极性。输入PAM信号样值为正时，出“l”码；样值为负时，出“0”码；将该信号经过全波整流变为单极性信号。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第三十九页，共一百三十五页。逐次(zhúcì)比较编码器实现A律13折线(zhéxiàn)压扩特性的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决(pànjué)比较器本地译码电路保持电路数字通信原理重庆大学通信工程学院第四十页，共一百三十五页。比较(bǐjiào)器比较器是编码器的核心。作用是通过比较样值电流IS和标准电流IW，对输入信号抽样值实现非线性量化和编码。每比较一次输出(shūchū)一位二进代码当IS＞IW时，出“l”码；当IS＞IW时，出“0”码。对一个输入信号的抽样值需要进行7次比较。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第四十一页，共一百三十五页。逐次(zhúcì)比较编码器实现A律13折线压扩特性(tèxìng)的逐次比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决(pànjué)比较器本地译码电路保持电路数字通信原理重庆大学通信工程学院第四十二页，共一百三十五页。本地(běndì)译码器本地(běndì)译码电路包括：记忆电路7／ll变换电路恒流源数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第四十三页，共一百三十五页。记忆电路记忆电路用来寄存二进代码除第一次比较外，其余各次比较都要依据前几次比较的结果(jiēguǒ)来确定标准电流值7位码组中的前6位状态均应由记忆电路寄存下来。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第四十四页，共一百三十五页。本地(běndì)译码器本地译码电路包括(bāokuò)：记忆电路7／ll变换电路恒流源数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第四十五页，共一百三十五页。7/11变换(biànhuàn)电路7／11变换电路(diànlù)将7位非线性码转换成ll位线性码。其实质是完成非线性和线性之间的变换。13折线(zhéxiàn)A律非线性码与线性码之间的关系数字通信原理重庆大学通信工程学院第四十六页，共一百三十五页。13折线(zhéxiàn)A律非线性码与线性码之间的关系数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第四十七页，共一百三十五页。本地(běndì)译码器本地译码电路包括(bāokuò)：记忆电路7／ll变换电路恒流源数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第四十八页，共一百三十五页。恒流源恒流源也称11位线性解码电路或电阻网络，用来产生各种标准电流IW在恒流源中有11个基本(jīběn)的权值电流支路，每个支路都由一个控制开关。每次应该哪个开关接通形成比较用的标准电流IW，由前面的比较结果经变换后得到的控制信号来控制。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第四十九页，共一百三十五页。逐次(zhúcì)比较编码器实现A律13折线压扩特性的逐次(zhúcì)比较型编码器由整流器、极性判决、保持电路、比较器及本地译码电路等组成。极性判决(pànjué)比较器本地译码电路保持电路数字通信原理重庆大学通信工程学院第五十页，共一百三十五页。保持(bǎochí)电路保持电路的作用是在整个(zhěnggè)比较过程中保持输入信号的幅度不变。逐次比较型编码器编7位码(极性码除外)需要在一个抽样周期Ts以内完成IS与IW的7次比较，在整个比较过程中都应保持输入信号的幅度不变要求将样值脉冲展宽并保持数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第五十一页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)原理讨论目前常用的逐次比较型编码器原理编码器的任务是根据输入的样值脉冲(màichōng)编出相应的8位二进代码。除第一位极性码外，其他7位二进代码是通过类似天平称重物的过程来逐次比较确定的逐次比较编码原理(yuánlǐ)逐次比较编码器编码举例PCM信号的码元速率及带宽数字通信原理重庆大学通信工程学院第五十二页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)举例【例】设输入(shūrù)信号抽样值Is=+1270Δ（其中Δ为一个量化单位，表示输入信号归一化值的1/2048），采用逐次比较型编码器,按A律13折线编成8位C1C2C3C4C5C6C7C8数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第五十三页，共一百三十五页。确定极性码C1输入信号(xìnhào)抽样值IS为正，C1＝11确定(quèdìng)极性码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第五十四页，共一百三十五页。

第一次比较(bǐjiào)结果2确定(quèdìng)段落码确定段落码C2C3C4段落码C2用来表示输入信号(xìnhào)抽样值IS处于13折线8个段落中的前四段还是后四段

可见IS处于后四段（5－8段）数字通信原理重庆大学通信工程学院第五十五页，共一百三十五页。确定(quèdìng)段落码第二次比较(bǐjiào)结果确定段落码C2C3C4段落码C3用来进一步确定IS处于5－6段还是7－8段，故确定C3标准(biāozhǔn)电流：

可见IS处于7－8段数字通信原理重庆大学通信工程学院第五十六页，共一百三十五页。确定(quèdìng)段落码第三次比较(bǐjiào)结果确定段落(duànluò)码C2C3C4同理确定C4的标准电流：

可见IS处于第8段C2C3C4为111起始电平为1024Δ数字通信原理重庆大学通信工程学院第五十七页，共一百三十五页。因此(yīncǐ)3确定(quèdìng)段内码确定段内码C5C6C7C8段内码是进一步表示在该段落(duànluò)的哪一量化级（量化间隔）。第8段的16个量化间隔均为：

可见IS处于前八级（0－7量化间隔）第四次比较结果数字通信原理重庆大学通信工程学院第五十八页，共一百三十五页。确定(quèdìng)段内码确定段内码C5C6C7C8确定C6的标准(biāozhǔn)电流

可见(kějiàn)IS处于前四级（0－4量化间隔）第五次比较结果数字通信原理重庆大学通信工程学院第五十九页，共一百三十五页。确定(quèdìng)段内码确定段内码C5C6C7C8确定C7的标准(biāozhǔn)电流

可见IS处于(chǔyú)2－3量化间隔）第六次比较结果数字通信原理重庆大学通信工程学院第六十页，共一百三十五页。确定(quèdìng)段内码确定段内码C5C6C7C8确定C8的标准(biāozhǔn)电流

可见IS处于(chǔyú)序号为3的量化间隔）第七次比较结果数字通信原理重庆大学通信工程学院第六十一页，共一百三十五页。

4结论(jiélùn)经过七次比较，对于模拟抽样值+1270Δ编出的PCM码组为11110011它表示输入信号抽样值处于第八段3量化级，其量化电平为1216Δ，量化误差为54Δ。7位非线性码11110011对应的11位线性码为10011000000原理框图(kuàngtú)及时间波形数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第六十二页，共一百三十五页。原理(yuánlǐ)框图全波整流参考电源PAM信号US|US|UR极性判决D1比较码形成或门a2-a8a1PCM编码输出串/并变换记忆反馈码a2-a8D1D2D87/11变换M2M3M811位线性解码网络B1B2B11本地解码器数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第六十三页，共一百三十五页。时间(shíjiān)波形图D1D1D7D8D8D1D1D2D3D4D5D6D7数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第六十四页，共一百三十五页。时间(shíjiān)波形图|US|URD1D8D8D1D2D3D4D5D6D7D8’D1’D2’D3’D4’D5’D6’D7’D8’Di’D1’Di|US|=1270UR2=128Δ512ΔUR31024ΔUR41536ΔUR51280ΔUR61152ΔUR71216ΔUR8UR2=128Δ下一路下权比较器输出码形成a3a2a4a5a6a7a81110011数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第六十五页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)原理讨论目前常用的逐次比较型编码器原理编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的8位二进代码。除第一位极性码外，其他7位二进代码是通过类似天平称重物(zhònɡwù)的过程来逐次比较确定的逐次比较编码原理逐次比较编码器编码举例PCM信号的码元速率(sùlǜ)及带宽数字通信原理重庆大学通信工程学院第六十六页，共一百三十五页。PCM信号(xìnhào)的码元速率及带宽码元速率(sùlǜ)传输PCM信号所需要(xūyào)的最小带宽m(t)的最高频率为fH量化电平数M二进制代码的码元速率抽样速率的最小值码元传输速率最小传输带宽数字通信原理重庆大学通信工程学院第六十七页，共一百三十五页。编码(biānmǎ)和译码定义把量化后的信号(xìnhào)电平值变换成二进制码组的过程称为编码，其逆过程称为解码或译码。码字和码型码位的选择(xuǎnzé)和安排编码原理译码原理数字通信原理重庆大学通信工程学院第六十八页，共一百三十五页。译码原理(yuánlǐ)定义(dìngyì)译码的作用是把收到的PCM信号还原成相应的PAM样值信号，即进行D/A变换A律13折线(zhéxiàn)译码器译码举例数字通信原理重庆大学通信工程学院第六十九页，共一百三十五页。A律13折线(zhéxiàn)译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8...7/12变换C2C8...寄存读出B1B12...12位线性解码电路B1’B12’...PAMPCM码流极性控制C1A律13折线译码器与逐次比较型编码器中的本地译码器基本相同，只是增加了极性控制部分和带有寄存读出的7/12位码变换电路数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第七十页，共一百三十五页。A律13折线(zhéxiàn)译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8...7/12变换C2C8...寄存读出B1B12...12位线性解码电路B1’B12’...PAMPCM码流极性控制C1串/并变换记忆电路的作用是将加进的串行PCM码变为并行码，并记忆下来，与编码器中译码电路的记忆作用基本相同数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第七十一页，共一百三十五页。A律13折线(zhéxiàn)译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8...7/12变换C2C8...寄存读出B1B12...12位线性解码电路B1’B12’...PAMPCM码流极性控制C1极性控制部分的作用是根据收到的极性码是“1”还是“0”来控制译码后PAM信号的极性，恢复原信号极性。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第七十二页，共一百三十五页。A律13折线(zhéxiàn)译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8...7/12变换C2C8...寄存读出B1B12...12位线性解码电路B1’B12’...PAMPCM码流极性控制C17/12变换电路的作用是将7位非线性码转变为12位线性码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第七十三页，共一百三十五页。A律13折线(zhéxiàn)译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8...7/12变换C2C8...寄存读出B1B12...12位线性解码电路B1’B12’...PAMPCM码流极性控制C1寄存读出电路是将输入的串行码在存储器中寄存起来，待全部接收后再一起读出，送入解码网络。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第七十四页，共一百三十五页。A律13折线(zhéxiàn)译码器记忆电路时钟脉冲D1D2D8...7/12变换C2C8...寄存读出B1B12...12位线性解码电路B1’B12’...PAMPCM码流极性控制C112位线性解码电路主要是由恒流源和电阻网络组成，与编码器中解码网络类同。它是在寄存读出电路的控制下，输出相应的PAM信号数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第七十五页，共一百三十五页。译码原理(yuánlǐ)定义(dìngyì)译码的作用是把收到的PCM信号还原成相应的PAM样值信号，即进行D/A变换A律13折线(zhéxiàn)译码器译码举例数字通信原理重庆大学通信工程学院第七十六页，共一百三十五页。译码举例(jǔlì)码组D1=1【例】设收到的码组11110011，将其译码输出(shūchū)。

可见(kějiàn)样值脉冲为正极性1.极性码数字通信原理重庆大学通信工程学院第七十七页，共一百三十五页。码组D2D3D4＝111

可见(kějiàn)样值脉冲在第八段内，第八段的起始电平为1024Δ。

2.段落(duànluò)码数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第七十八页，共一百三十五页。设段内码为自然(zìrán)二进码码组段内码D5D6D7D8＝0011

可见信号(xìnhào)在第八段第三量化级，第八段的每个量化阶距Δ8＝64Δ对应电平值3.段内码00110012864数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第七十九页，共一百三十五页。由所得(suǒdé)的线性码算出译码后的量化电平为：I信＝1024＋128＋64＋32＝1248Δ对应(duìyìng)的十二位线性码B11024B2B3B4B5B6B7B8B9B10B11B1251225612864321684211/2100111000000说明：12位线性码中第六位B6是为了减小量化误差所加的半个量化级（Δ8/2=32Δ）。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第八十页，共一百三十五页。输入(shūrù)：I信＝1270Δ译码后：I信＝1248Δ

可见相差22Δ个量化单位，少于Δk/2

如果(rúguǒ)不补上半个量化级，产生的最大误差为58Δ增加一位码，使得量化噪声功率减少6dBr误差(wùchā)及说明数字通信原理重庆大学通信工程学院第八十一页，共一百三十五页。脉冲(màichōng)编码调制PCM调制系统1

PCM系统的抗噪声性能3编码和译码2差分编码调制1数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第八十二页，共一百三十五页。PCM系统(xìtǒng)的抗噪声性能PCM系统的噪声主要有两种因为量化产生的噪声（量化噪声）传输过程(guòchéng)加入的噪声，即加性干扰和乘性干扰。在信道理想的前提下与信道特性有关的乘性干扰可以忽略，而加性干扰则始终存在。噪声性能(xìngnéng)分析数字通信原理重庆大学通信工程学院第八十三页，共一百三十五页。噪声性能(xìngnéng)分析PCM系统(xìtǒng)接收端低通滤波器的输出输出(shūchū)的有用信号分量量化噪声引起的输出噪声加性噪声引起的输出噪声系统的总信噪比数字通信原理重庆大学通信工程学院第八十四页，共一百三十五页。噪声(zàoshēng)性能分析量化噪声性能分析(fēnxī)信道加性噪声性能分析数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第八十五页，共一百三十五页。量化噪声(zàoshēng)性能分析输入(shūrù)信号取值区间(qūjiān)均匀分布均匀量化量化级数量化噪声引起的输出量化信噪比（不考虑信道噪声）数字通信原理重庆大学通信工程学院第八十六页，共一百三十五页。噪声性能(xìngnéng)分析量化噪声性能(xìngnéng)分析信道加性噪声性能分析数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第八十七页，共一百三十五页。信道加性噪声(zàoshēng)性能分析信道噪声对PCM系统性能的影响表现在接收端的判决误码上PCM信号中每一码组代表着一定的量化抽样值，所以若出现误码，被恢复的量化抽样值与发端原抽样值不同，从而引起误差。加性干扰的影响会使接收端判决出错，其错误的概率将取决于信号的类型和接收机输入(shūrù)端的平均信号噪声功率比。误码性能(xìngnéng)分析数字通信原理重庆大学通信工程学院第八十八页，共一百三十五页。误码性能(xìngnéng)分析在假设加性噪声为高斯白噪声的情况下，每一码组中出现的误码可以认为是彼此独立的，并设每个码元的误码率皆为Pe。实际的PCM系统，每个码组中出现多于1位误码的概率(gàilǜ)很低，通常只需要考虑仅有1位误码的码组错误。由于码组中各位码的权值不同，因此，误差的大小取决误码发生在码组的哪一位上，而且与码型有关。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第八十九页，共一百三十五页。误码性能(xìngnéng)分析【例】误码率pe＝10－4，码组由8位码组成(zǔchénɡ)

可见码组中有一位错码的错误概率(gàilǜ)pe1＝8×pe＝810－4=1/1250，即平均每发送1250个码组有一个码组发生错误。有两个码元错误概率pe2＝C82×pe2＝2.810－7pe2<<pe1

，只考虑码组中有一位错码的情况。数字通信原理重庆大学通信工程学院第九十页，共一百三十五页。信道加性噪声(zàoshēng)性能分析长度(chángdù)为N的自然二进码由低到高各位加权值第i位上误码造成(zàochénɡ)的误差每个码元的误码率均等均匀量化量化间隔误差产生的噪声功率一个码组中一位误码产生的平均功率数字通信原理重庆大学通信工程学院第九十一页，共一百三十五页。信道(xìndào)加性噪声性能分析2n>>1误码造成的平均(píngjūn)输出噪声功率m(t)在区间(qūjiān)[-a,a]服从均匀分布输出信号功率数字通信原理重庆大学通信工程学院第九十二页，共一百三十五页。信道加性噪声性能(xìngnéng)分析仅考虑(kǎolǜ)加性噪声时的系统信噪比PCM系统(xìtǒng)输出端总信噪比

可见在接收端输入大信噪比的条件下，Pe很小，可以忽略误码带来的影响在小信噪比的条件下，Pe较大，误码噪声起主要作用，总信噪比与Pe成反比。数字通信原理重庆大学通信工程学院第九十三页，共一百三十五页。脉冲编码(biānmǎ)调制PCM调制系统1

PCM系统的抗噪声性能3编码和译码2差分编码调制4数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第九十四页，共一百三十五页。差分(chàfēn)编码调制

问题的提出

DPCM的基本原理DPCM的特点(tèdiǎn)DPCM的实际应用数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第九十五页，共一百三十五页。问题(wèntí)的提出PCM编码速率64kb/s才能符合传输话音的质量指标，每路电话占用频带大于模拟单边带系统，严重地限制了PCM在已经相当拥挤的那些频段中应用。压缩PCM系统所占用的频带宽度也就成为人们密切关注的问题(wèntí)。基于此目的提出DPCM。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第九十六页，共一百三十五页。差分(chàfēn)编码调制

问题的提出

DPCM的基本原理DPCM的特点(tèdiǎn)DPCM的实际应用数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第九十七页，共一百三十五页。DPCM的基本原理话音信号的相关性预测传输样值差值实现通信的可能性预测值的形成量化误差(wùchā)与解码重建数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第九十八页，共一百三十五页。话音(huàyīn)信号的相关性话音信号相邻抽样值之间存在很强的相关性信源本身含有大量的无效成分或次要(cìyào)成分。如果设法减少或者去除这些剩余成分，就可以大大提高通信的有效性。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第九十九页，共一百三十五页。DPCM的基本原理话音信号的相关性预测(yùcè)传输样值差值实现通信的可能性预测值的形成量化误差与解码重建数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百页，共一百三十五页。预测(yùcè)话音样值包含两个成份可预测成份：由过去一些适当数目的样值加权后得到。不可(bùkě)预测成份：预测误差（差值）。只需传输差值序列——可以代替原始序列中的有效(yǒuxiào)信息样值差值的动态范围小于样本本身，有可能再保证话音质量的前提下，降低数码率信号自相关性越强，压缩率越大数字通信原理重庆大学通信工程学院第一百零一页，共一百三十五页。DPCM的基本原理话音信号的相关性预测传输样值差值实现通信(tōngxìn)的可能性预测值的形成量化误差与解码重建数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百零二页，共一百三十五页。传输样值差值实现(shíxiàn)通信的可能性d(0)d(1)d(2)d(3)d(4)d(5)d(6)6TS0TS2TS3TS4TS5TStm(t)s(0)s(1)s(2)s(3)s(4)s(5)s(6)0TS2TS3TS4TS5TS6TStd(t)d(1)d(0)d(2)d(3)d(4)d(5)d(6)数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百零三页，共一百三十五页。传输样值差值实现(shíxiàn)通信的可能性话音(huàyīn)信号样值序列可得相邻(xiānɡlín)样值之差样值S(n)等于过去到现在所有差值的积累数字通信原理重庆大学通信工程学院第一百零四页，共一百三十五页。传输样值差值实现(shíxiàn)通信的可能性信道(xìndào)理想可以(kěyǐ)恢复原始样值脉冲序列延迟TS相加器收端说明数字通信原理重庆大学通信工程学院第一百零五页，共一百三十五页。说明(shuōmíng)延迟TS相加器收端第一个差值d(0)=S(0)，到达收端与延迟回路输出的Sp(0)相加，相加器输出为Sp(0)

+d(0)=d(0)=S(0)，此时，Sp(0)=0数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百零六页，共一百三十五页。说明(shuōmíng)延迟TS相加器收端经过时间Ts，d(1)出现在相加器的输入端，收端恢复出样值S(0)，经延迟回路反馈到相加器的输入端，收端恢复信号Sp(1)

+d(1)=S(0)+d(1)=S(1)数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百零七页，共一百三十五页。说明(shuōmíng)延迟TS相加器收端样值d(2)到达相加器输出端，Sp(2)=S(1)，相加器输出为Sp(2)

+d(2)=S(1)+d(2)=S(2)数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百零八页，共一百三十五页。说明(shuōmíng)延迟TS相加器收端结论：

传输样值差值序列，可以实现样值序列信息的传递，但收端需要逐次记忆回路和相加器，完成差值的积累，实现原始样值的恢复数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百零九页，共一百三十五页。DPCM的基本原理话音信号的相关性预测传输样值差值实现通信(tōngxìn)的可能性预测值的形成量化误差与解码重建数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百一十页，共一百三十五页。预测值的形成(xíngchéng)DPCM是将差值脉冲序列进行量化编码后送到信道传输的对差值编码来说，首先要解决(jiějué)差值的检出关键问题是检测前邻样值原理框图数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第一百一十一页，共一百三十五页。原理(yuánlǐ)框图预测器比较器相加器抽样量化编码语音信号预测值延迟TS信道＋＋－＋预测器相加器解码低通信道延迟TS＋＋发端(fāduān)收端数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第一百一十二页，共一百三十五页。预测值的形成(xíngchéng)前邻样值可得DPCM是差值量化在nTs时刻的估计值Sp(n)等于(děngyú)所有过去的差值量化值d’(i)的累积前邻样值只能由差值量化值d’(n)来形成，d’(n)所形成的前邻样值只是一个估计值估计值Sp(n)是样值S(n)的预测值数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第一百一十三页，共一百三十五页。预测值的形成(xíngchéng)t=0时刻，Sp(0)=0，差值d(0)=S(0)-Sp(0)=S(0)，差值量化为d’(0)，再送信道中传输，此时有：d’(0)=S’(0)S(0)d(0)Sp(0)=03TS0TS2TSt-TS数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百一十四页，共一百三十五页。预测值的形成(xíngchéng)t=Ts时刻，S’(0)经过Ts时间，于t=Ts时刻出现预测器的输出端，此时Sp(1)=

S’(0)=d’(0)，差值d(1)=S(1)-Sp(1)，差值量化值为d’(1)，d’(1)被编码送到信道，此时有：d’(1)S(1)Sp(1)d(1)S’(1)Sp(0)=03TS0TS2TStd(0)d’(0)=S’(0)S(0)-TS数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百一十五页，共一百三十五页。预测值的形成(xíngchéng)0TSd’(0)=S’(0)S(0)S(1)S(2)Sp(1)d’(2)Sp(2)d(2)2TStd(0)d(1)d’(1)S’(1)S’(2)Sp(0)=0-TSt=2Ts时刻，S’(1)经过Ts时间，于t=2Ts时刻,

Sp(2)=

S’(1)，差值d(2)=S(2)-Sp(2)，差值量化值为d’(2)，d’(2)被编码送到信道，此时有：数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百一十六页，共一百三十五页。预测值的形成(xíngchéng)结论：样值量化值等于所有过去到现在的差值量化值的累积，预测值等于过去所以差值量化值的累积3TS0TS2TStd(0)d(1)d(2)d’(1)d’(0)=S’(0)d(3)S(0)S(1)S(2)S(3)Sp(1)d’(2)d’(3)Sp(2)Sp(3)S’(1)S’(2)S’(3)Sp(0)=0-TS数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百一十七页，共一百三十五页。DPCM的基本原理话音信号(xìnhào)的相关性预测传输样值差值实现通信的可能性预测值的形成量化误差与解码重建数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信(tōngxìn)工程学院第一百一十八页，共一百三十五页。量化误差与解码(jiěmǎ)重建样值的量化误差(wùchā)结论：

样值的量化误差等于差值的量化误差。样值量化误差仅由差值量化器决定数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第一百一十九页，共一百三十五页。差分(chàfēn)编码调制

问题的提出(tíchū)

DPCM的基本原理DPCM的特点DPCM的实际应用数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第一百二十页，共一百三十五页。DPCM的特点(tèdiǎn)当传输话音信号时，码速32kb/s的DPCM系统的通话质量，大致可达到64kb/sPCM的水平。在远距离时PCM话变成32kb/s的DPCM信号，可在传输信道中扩大一倍电话容量，而其接口仍满足64kb/s。这是编码体制上的一个重要(zhòngyào)发展。数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第一百二十一页，共一百三十五页。差分(chàfēn)编码调制

问题(wèntí)的提出

DPCM的基本原理DPCM的特点DPCM的实际应用数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学通信工程学院第一百二十二页，共一百三十五页。DPCM的实际(shíjì)应用单纯的DPCM已用得不多，更多的是采用自适应差分脉冲编码调制（AD-PCM）。自适应是指能自动的改变量化间隔(jiàngé)，使预测误差电平大时增大量化阶距，误差电平小时缩短量化阶距，从而进一步降低量化噪声。DPCM信号的编码位n最低为2，即2比特量化。如果把n降到1，成为1比特量化，就是增量调制（ΔM）。AD-PCM数字通信原理(yuánlǐ)重庆大学