通信原理課程綜述報(bào)告

1、HEFEI UNIVERSITY通信原理課程綜述報(bào)告姓名郭麗麗專業(yè)通信工程學(xué)號(hào) 1105021006班 級(jí)11級(jí)通信（1）班指導(dǎo)老師段老師2014年6月1日 TOC o 1-5 h z HYPERLINK l bookmark29 o Current Document 脈沖編碼調(diào)制過(guò)程1 HYPERLINK l bookmark33 o Current Document 1.1抽樣1 HYPERLINK l bookmark36 o Current Document 1.2量化2 HYPERLINK l bookmark93 o Current Document 1.3編碼6 HYPERLIN

2、K l bookmark96 o Current Document 脈沖編碼調(diào)制的調(diào)制原理7 HYPERLINK l bookmark104 o Current Document 脈沖編碼調(diào)制在數(shù)字通信系統(tǒng)中的應(yīng)用8 HYPERLINK l bookmark116 o Current Document 總結(jié)9 HYPERLINK l bookmark120 o Current Document 參考文獻(xiàn)9脈沖編碼調(diào)制過(guò)程PCM主要包括抽樣、量化、編碼三個(gè)過(guò)程。取樣是將時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間 連續(xù)的，幅度離散的取樣信號(hào)；量化是將時(shí)間按離散、幅度連續(xù)的信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間和幅度均 離散的信號(hào)；編碼

3、是將量化的信號(hào)編碼形成一個(gè)二進(jìn)制的碼組。國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)化的PCM碼組(電 話語(yǔ)音)是用八位碼組代表一個(gè)抽樣值。編碼后的PCM碼組，經(jīng)數(shù)字信道傳輸，在接收端， 用二進(jìn)制碼組重建模擬信號(hào)，在解調(diào)過(guò)程中，一般采用抽樣保持電路。預(yù)濾波是為了把原始 語(yǔ)音信號(hào)的頻帶限制在3003400Hz左右，所以預(yù)濾波會(huì)引入一定的頻帶失真。1.1抽樣所謂抽樣就是不斷地以固定的時(shí)間間隔采集模擬信號(hào)當(dāng)時(shí)的瞬時(shí)值。下圖是一個(gè)抽 樣概念示意圖，假設(shè)一個(gè)模擬信號(hào)f(t)通過(guò)一個(gè)開(kāi)關(guān)，則開(kāi)關(guān)的輸出與開(kāi)關(guān)的狀態(tài)有關(guān)，當(dāng) 開(kāi)關(guān)處于閉合狀態(tài)，開(kāi)關(guān)的輸出就是輸入，即y(t)=f(t)，若開(kāi)關(guān)處在斷開(kāi)位置，輸出y(t)就 為零?？梢?jiàn)，如果讓開(kāi)關(guān)受

4、一個(gè)窄脈沖串(序列)的控制，則脈沖出現(xiàn)時(shí)開(kāi)關(guān)閉合，則脈沖 消失時(shí)開(kāi)關(guān)斷開(kāi)，此輸出y(t)就是一個(gè)幅值變化的脈沖串(序列)，每個(gè)脈沖的幅值就是該 脈沖出現(xiàn)時(shí)刻輸入信號(hào)f(t)的瞬時(shí)值，因此，y(t)就是對(duì)f(t)抽樣后的信號(hào)或稱樣值信號(hào)。抽樣概念示意圖取樣是應(yīng)注意以下幾點(diǎn)：a取樣矩形脈沖要盡量窄，盡可能接近瞬時(shí)取樣過(guò)程；b為了保證在接受端能滿意的恢復(fù)出信息，取樣速率必須大于等于最高頻率的兩倍；c為了使輸出的信息成為合格的信息限帶信號(hào)，在取樣以前，先經(jīng)過(guò)一個(gè)上限為W的 低通濾波器，以便中所包含的高于W的那些諧波成分?；謴?fù)原信號(hào)的方法：頻域：當(dāng)fs 32fH時(shí)，用一個(gè)截止頻率為fH的理想低通濾波器就

5、能夠從抽樣信號(hào)中分離出原信號(hào)。時(shí)域：當(dāng)用抽樣脈沖序列通過(guò)此理想低通濾波器時(shí)，濾波器的輸出就是一系列沖激響應(yīng) 之和。這些沖激響應(yīng)之和就構(gòu)成了原信號(hào)。1.2量化由于模擬信號(hào)包含無(wú)窮多個(gè)樣值。所以，從這樣的模擬信號(hào)取樣而來(lái)的那些樣值脈沖的 振幅值，也是有無(wú)窮多個(gè)可能的樣值。所以我們不能直接傳輸。量化的方法有許多種。像均 勻量化和非均勻量化。對(duì)樣值進(jìn)行量化的理由：編碼時(shí)只能用有限種碼元來(lái)代表抽樣值。噪聲和干擾的存在使得樣值的振幅受到影響，無(wú)法編碼。作為信宿，人的眼睛、耳朵只能檢測(cè)有限的強(qiáng)度之差（亮度或響度），所以，也就沒(méi) 有必要傳遞無(wú)窮多的連續(xù)樣值電平值。XQM） 量化器V模擬人量化值均勻量化，其量階

6、是常數(shù)，根據(jù)這種量化進(jìn)行的編碼叫“線性編碼”相應(yīng)的譯碼叫“線 性譯碼?！敝劣诹侩A的取值，則需根據(jù)具體情況來(lái)看，原則是保證通信的質(zhì)量要求。但是， 在電話通信中，均勻量化是不合適的。因?yàn)樵诰鶆蛄炕械牧侩A的大小是不變的，與輸入的樣值大小無(wú)關(guān)。這樣，當(dāng)輸入大信 號(hào)時(shí)和輸入小信號(hào)時(shí)的量化噪聲都一樣大，如果滿足對(duì)小信號(hào)信擾比的要求則大信號(hào)的信擾 比就顯得太低了。反之，如果滿足大信號(hào)的要求，則對(duì)小信號(hào)就顯得過(guò)剩，造成不必要的浪 費(fèi)。所以必須使用量階數(shù)值比固定，而是隨輸入值的大小變化。所以對(duì)這樣的信號(hào)必須使用 “非均勻量化器”，其特點(diǎn)是：輸入小時(shí)，量階也??；輸入大時(shí)，量階也大。這樣在整個(gè)輸圖a為均勻中升型；

7、圖圖a為均勻中升型；圖b為非均勻中升型;圖c為均勻中平型；圖d為非均勻中平型。非均勻量化就是對(duì)信號(hào)的不同部分用不同的量化間隔，具體地說(shuō)，就是對(duì)小信號(hào)部分采 用較小的量化間隔，而對(duì)大信號(hào)部分就用較大的量化間隔。實(shí)現(xiàn)這種思路的一種方法就是壓 縮與擴(kuò)張法。Xf J） 瞬時(shí) 壓縮均勻量化編碼解碼X3rf 1（h）瞬時(shí)擴(kuò)張/XX壓縮的概念：在抽樣電路后面加上一個(gè)叫做壓縮器的信號(hào)處理電路，該電路的特點(diǎn)是對(duì) 弱小信號(hào)有比較大的放大倍數(shù)（增益），而對(duì)大信號(hào)的增益卻比較小。抽樣后的信號(hào)經(jīng)過(guò)壓 縮器后就發(fā)生了 “畸變”，大信號(hào)部分沒(méi)有得到多少增益，而弱小信號(hào)部分卻得到了 “不正 ?！钡姆糯螅ㄌ嵘?，相比之下，大信

8、號(hào)好像被壓縮了，壓縮器由此得名。對(duì)壓縮后的信號(hào) 再進(jìn)行均勻量化，就相當(dāng)于對(duì)抽樣信號(hào)進(jìn)行了非均勻量化。壓縮特性示意圖如下圖：壓縮特性示意圖壓擴(kuò)律常用的有兩種，一種是u律，一種為A律。A律數(shù)學(xué)表達(dá)式為：ln(1 + u vln(1 + u v )1ln(1 + u)（1-1）其中，是歸一化的壓縮器的輸入和輸出電壓，u是一個(gè)正常數(shù)。將對(duì)求導(dǎo)取常數(shù)，可 得u (1 + u|Vu (1 + u|V|)（1-2）知2從式（1-1）可知，若遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于1，即輸入小信號(hào)時(shí)，U律近似與直線；大與1時(shí)，即大 信號(hào)輸入時(shí)，從公式1-1可知，U律近似對(duì)數(shù)曲線。所以，一般來(lái)講，U律既非直線也非對(duì) 數(shù)曲線，如圖1.4。u=0

9、，對(duì)應(yīng)于均勻量化；u=100，A律的數(shù)學(xué)表達(dá)式為：就可以得到滿意的壓縮特性。(1-3)式（1-3）對(duì)取導(dǎo)數(shù)，得:1 + ln( A V)（1-4）斜=(1+ln岫（1-4）當(dāng)A=1時(shí)，對(duì)應(yīng)均勻量化的情況。當(dāng)A在100附近時(shí)，有滿意的網(wǎng)壓縮特性。這時(shí)， 當(dāng)很小時(shí)，與有線性關(guān)系；當(dāng)較大時(shí)近似對(duì)數(shù)關(guān)系，如下圖所示：1.00.8二 0.1.00.8二 0.60.40匚 -*半.2 A律壓縮特性1.00.8.個(gè)三0.60.40- 1 1.2u律壓縮特性(b)上述的曲線是平滑連續(xù)壓縮曲線，是屬于模擬壓擴(kuò)律，可用非線性二極管實(shí)現(xiàn)，且編碼 器可以用線性編碼，所以構(gòu)造簡(jiǎn)單。但缺點(diǎn)也十分嚴(yán)重。特性完全對(duì)稱的兩個(gè)二

10、極管很難找， 而且隨溫度而變化，造成壓擴(kuò)的效果不佳，因此，這種方式很少采用。所以通常采用數(shù)字壓擴(kuò)器，所以對(duì)于A律曲線，采用13段折線近似；對(duì)于以律曲線， 采用15段折線近似。下面簡(jiǎn)單介紹一下A律的13段折線。13折線即是將壓縮器的輸入信 號(hào)按幾何級(jí)數(shù)分成8段，在這不均勻的8段中，再把每段各分成16等分的小段。這樣，就 整個(gè)來(lái)說(shuō)，把分成了不均勻的128的量階。如下表所示。根據(jù)這個(gè)表就可以畫(huà)出這8段線。由于它們的斜率各不相同，連接起來(lái)就形成一條折線。 因?yàn)榈谝欢闻c第二段斜率一樣，可算作一段，這樣共有7段?？紤]到信號(hào)的負(fù)值，還可以做 出與茈相似的另一條折線也有7段，如圖1.6所示這樣，正7段與負(fù)7段

11、接在一起就形成所 謂的13段折線A律曲線，在零點(diǎn)的A值可求出：k k =匕=16 =v 1 + ln A及 A=87.6當(dāng)A=87.6時(shí)，各值如下表所示:客段起始、彩土 fix）噎08E2 8堂y4_ 857_A=B7.6時(shí)對(duì)應(yīng)的工T值0112860.6130.6115.417.793.9311.981 客點(diǎn)mt的近似01128164 d132 116421i1.0A律13折線壓縮曲線1.3編碼所謂編碼就是把量化后的信號(hào)變換成代碼，其相反的過(guò)程稱為譯碼。當(dāng)然，這里的編碼 和譯碼與差錯(cuò)控制編碼和譯碼是完全不同的，前者是屬于信源編碼的范疇。在現(xiàn)有的編碼方法中，若按編碼的速度來(lái)分，大致可分為兩大類：

12、低速編碼和高速編碼。 通信中一般都采用第二類。編碼器的種類大體上可以歸結(jié)為三類：逐次比較型、折疊級(jí)聯(lián)型、 混合型。在逐次比較型編碼方式中，無(wú)論采用幾位碼，一般均按極性碼、段落碼、段內(nèi)碼的 順序排列。下面結(jié)合13折線的量化來(lái)加以說(shuō)明。段落序號(hào)段落碼量化級(jí)段內(nèi)碼8111151111141110711013110112110061011110111010105100910018100040117011160110301050101401002001300112001010001000100000在13折線法中，無(wú)論輸入信號(hào)是正是負(fù)，均按8段折線（8個(gè)段落）進(jìn)行編碼。若用8 位折疊二進(jìn)制碼來(lái)表示輸入信

13、號(hào)的抽樣量化值，其中用第一位表示量化值的極性，其余七位 （第二位至第八位）則表示抽樣量化值的絕對(duì)大小。具體的做法是：用第二至第四位表示段 落碼，它的8種可能狀態(tài)來(lái)分別代表8個(gè)段落的起點(diǎn)電平。其它四位表示段內(nèi)碼，它的16 種可能狀態(tài)來(lái)分別代表每一段落的16個(gè)均勻劃分的量化級(jí)。這樣處理的結(jié)果，8個(gè)段落被 劃分成27=128個(gè)量化級(jí)。段落碼和8個(gè)段落之間的關(guān)系如表2所示；段內(nèi)碼與16個(gè)量化 級(jí)之間的關(guān)系見(jiàn)上表。脈沖編碼調(diào)制的調(diào)制原理模擬信源產(chǎn)生要傳輸?shù)哪M信號(hào)；預(yù)濾波器為帶限濾波器；波形編碼器將模擬信號(hào)變換成數(shù)字編碼信號(hào)；信號(hào)經(jīng)傳輸?shù)竭_(dá)接收端，在接收端再將數(shù)字編碼信號(hào)轉(zhuǎn)換成模擬信號(hào)脈沖編碼調(diào)制在數(shù)字

14、通信系統(tǒng)中的應(yīng)用PCM是目前常用的綜合接入設(shè)備，該設(shè)備以大規(guī)模集成電路和可編程邏輯芯片為核心， 構(gòu)成話路口（FXS）、交換口（FXO）、2/4線音頻、E/M、RS232、RS422、以太網(wǎng)、V.35等多種 接口的PCM綜合接入產(chǎn)品。它利用標(biāo)準(zhǔn)的E1數(shù)據(jù)傳輸通道，采用PCM制式，直接提供語(yǔ)音、 數(shù)據(jù)、圖像等多種用戶接口。PCM設(shè)備技術(shù)成熟，優(yōu)勢(shì)眾多，因此它能成為目前企業(yè)最常用的通信傳輸接入設(shè)備 之一，而且在類似通信系統(tǒng)等重要行業(yè)中廣泛應(yīng)用著。下面探討PCM設(shè)備主要特點(diǎn)以及在通 信系統(tǒng)中的應(yīng)用。一、組網(wǎng)靈活，容量大可組成點(diǎn)對(duì)點(diǎn)、星形、鏈路、環(huán)型等網(wǎng)絡(luò)，能與ATM、SDH等多種傳輸設(shè)備配套 應(yīng)用，組

15、網(wǎng)方式靈活，網(wǎng)絡(luò)適應(yīng)性強(qiáng)。業(yè)務(wù)接入容量：每套集中式 PCM復(fù)用設(shè)備系統(tǒng)最多可接入 420個(gè)速率為 64kbit/s的各種業(yè)務(wù)。中繼鏈路容量：每套集中式PCM復(fù)用設(shè)備系統(tǒng)最多可以傳輸14個(gè)E1 （14*30*64kbit/s）容量的各類業(yè)務(wù)。交叉容量：可以外置交叉設(shè)備，實(shí)現(xiàn)14路E1和420路時(shí)隙的全交叉連接。二、配置方便，采用支路板結(jié)構(gòu)，14塊獨(dú)立的支路板供插各類語(yǔ)音、數(shù)據(jù)等業(yè)務(wù)模塊， 可混插、選插不同類型、不同數(shù)量的各種模塊，使得業(yè)務(wù)配置和擴(kuò)充極為方便。三、接入種類豐富提供普通電話（用戶環(huán)路）、熱線電話、二/四線EM接口、二/四線 音頻接口、異步數(shù)據(jù)接口（RS232和V.24等）、同步數(shù)據(jù)接

16、口、N*64K以太網(wǎng)接口等多種綜 合業(yè)務(wù)接入。四、網(wǎng)絡(luò)管理功能，用戶可以通過(guò)管理接口輸入一些簡(jiǎn)單命令，即可快速、有效地對(duì)本 設(shè)備設(shè)置參數(shù)進(jìn)行測(cè)試。PCM設(shè)備在通信系統(tǒng)應(yīng)用PCM設(shè)備無(wú)論在電力系統(tǒng)，煤礦，還是雷達(dá)上，都有“用武之地”，在PCM系統(tǒng)設(shè) 計(jì)中，采用了開(kāi)放的總線結(jié)構(gòu)，它利用標(biāo)準(zhǔn)的E1傳輸通道（G.703標(biāo)準(zhǔn)），采用PCM30/32 制式，直接提供語(yǔ)音、數(shù)據(jù)、圖像等多種用戶接口。若在雷達(dá)通信中運(yùn)用弋M設(shè)備，這樣將 大大降低生產(chǎn)成本，產(chǎn)品的系列化、模塊化、通用化會(huì)得到加強(qiáng)，產(chǎn)品維護(hù)也將更簡(jiǎn)單。在煤礦下，因井下的通信條件較差，信息難以及時(shí)傳達(dá)到地面，這時(shí)，性能穩(wěn)定，傳輸 精準(zhǔn)的PCM設(shè)備也就

17、派上用場(chǎng)了。電力通信系統(tǒng)具有豐富的E1鏈路，使用E1 PCM復(fù)用設(shè) 備，利用現(xiàn)有的2ME1鏈路傳輸語(yǔ)音、辦公數(shù)據(jù)、互聯(lián)網(wǎng)和生產(chǎn)控制信息。這樣即解決生產(chǎn) 控制信息的傳送問(wèn)題和辦公信息的聯(lián)網(wǎng)又可以節(jié)約大量的話費(fèi)、上網(wǎng)費(fèi)等辦公開(kāi)支。對(duì)于多點(diǎn)傳輸，如點(diǎn)對(duì)多點(diǎn)傳輸，因空間和成本考慮，特推出集中式綜合型PCM設(shè)備， 把PCM設(shè)備“壓縮”成一塊整卡，再插到綜合機(jī)架上，不僅功能不缺，反而更好的體現(xiàn)出了 網(wǎng)管的功能，真正實(shí)現(xiàn)，小成本，放空間，簡(jiǎn)網(wǎng)管的一體化設(shè)備?？偨Y(jié)此次報(bào)告的完成給我最大的感受就是課本上的知識(shí)我理解了，也一步一步的梳理出來(lái) 了，但是對(duì)于它的應(yīng)用方面我沒(méi)有找到詳細(xì)的資料。報(bào)告不僅僅是為了完成老師的任務(wù)，更 重要的是學(xué)會(huì)從中看到自身的不足以及學(xué)