第6章模擬信號(hào)數(shù)字化與

通信原理1/802021/7/11第6章模擬信號(hào)數(shù)字化與PCM模擬信號(hào)的數(shù)字化是通信與信息處理的基礎(chǔ)技術(shù)。電話通信系統(tǒng)主要采用PCM（脈沖編碼調(diào)制）技術(shù)實(shí)施語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化。數(shù)字化過(guò)程由抽樣、量化與編碼三個(gè)基本環(huán)節(jié)組成：2/802021/7/11本章目錄：3/802021/7/11模擬信號(hào)的抽樣均勻量化與最佳量化量化信噪比與對(duì)數(shù)量化脈沖編碼調(diào)制*差分脈沖編碼調(diào)制與增量調(diào)制時(shí)分復(fù)用6.1

模擬信號(hào)的抽樣4/802021/7/11把時(shí)間連續(xù)信號(hào)轉(zhuǎn)換為時(shí)間離散序列通過(guò)抽樣來(lái)完成。抽樣或采樣（Sampling）就是在某些時(shí)刻上抽取信號(hào)值，形成反映原信號(hào)的樣值序列。5/802021/7/11本節(jié)包括：帶限信號(hào)的抽樣定理實(shí)際抽樣中的自然與平頂抽樣模擬信號(hào)的脈沖調(diào)制帶通信號(hào)的抽樣定理}{mn

,

n

=

0,

–1,

–2,M

(f6.1.1

帶限（或低通）抽樣定理f-

fHfH只要fs

>2

fHm

(t

?

fi6/802021/7/11ms

(t)

=

m(t)+￥

+￥

d(t

-

nTs)=

mnd(t

-

nTs)n=-￥

n=-￥m

(t?dT

(t

)(smt+￥n=-￥sd(t

-

nT

)dT

(t

)=(

)1TTd+￥s

k

=-￥f

=

d

(f

-

kfs

)采樣(

)1

1sT+￥

+￥s

k

=-￥s

k

=-￥

d

f

-kf

=M

(

f

-

kfs

)M

(

f

)

=

M

(f

)*Ts

s7/802021/7/11sfT=

1mn

=

m(nTs

)M

(ff-B

BdT

(fffs-

fs2

fsBLPFH

(ffm(t)tdT

(t)tsm

(t)th

(tt-BLPFh

(t

=

fs

Sa

(p

fstBLPF=

fs

/

2Ts0MS

(fffs-

fs2

fs01

Ts8/802021/7/11Ms(f)的譜塊呈周期性結(jié)構(gòu)，每個(gè)譜塊的形狀都與原始信號(hào)的譜塊形狀相同。因此從任何譜塊都可以恢復(fù)原始信號(hào)。9/802021/7/11重建(

)(

)s

sss

ssns

sfmsin

p

fsin

p

f

tp

f

tm

(t

=

Ts

·

LPF

ms

(t

=

Ts

ms

(t

*h

(tt

-

n

f=

T

m

t

*=p

f

(t

-

n

f

)s

n+￥n=-￥ms

(t)

=

mnd(t

-

nTs

)m

(tms

(tLPF

h(t)BLPF=

fs

2m

(th

(t

=

fs

Sa

(p

fstTs10/802021/7/11頻譜混疊若的頻譜將混疊fs

<

2

fH(欠采樣)

,

ms

(tM

(ff-

fHfHMs

(fffs-

fs2

fs011/802021/7/11預(yù)濾波:防止頻譜混疊使用預(yù)濾波器，錯(cuò)誤能量減小一半.Ms

(ffs-

fs2

fsf0M

(ff-

fH12/802021/7/11fH13/802021/7/116.1.2

實(shí)際抽樣實(shí)際抽樣中采用某種物理可實(shí)現(xiàn)的窄脈沖，常用的為矩形脈沖。m

(t(a)

模擬信號(hào)矩形脈沖串ms

(t自然抽樣ms

(t平頂抽樣圖6.1.3自然抽樣與平頂抽樣sd

=t

/

T占空比：Ts?s

(tm(tms

(t

=m(t

s(t時(shí)鐘模擬雙向開(kāi)關(guān)14/802021/7/11ms

(t

=m(t

s(tm

(ts

(tsp

nd￥n=-￥Ms

(

f

)

=

F[ms

(t)]

=

dsin

p

nd

M

(

f

-

nf

)fs

=1/

Tsd

=

t

/

Ts占空比可以證明：自然抽樣信號(hào)的頻譜為：其中：-3fs-2fs-fs

-fHfHfs2fs

3fsff-fH

fH|M(f)

|1Ms

(

f

)15/802021/7/11dT

(t

)(smt(m

tt16/802021/7/11-t

/2t

/2

t

h

(t

)=

t

s￥k

=-￥m

(t)

=

m(t)d(t

-

nTs)

*h(t)

=m

h(t

-

nTs)￥n=-￥

npt

fH

(

f

)

=t

(sin

pt

f

)

1￥s

k

=-￥Ms

(

f

)

=M

(

f

-

kf

)

H

(

f

)Ts

平頂抽樣信號(hào)的譜為:sm

(t)

=

m(t)d(t

-

nTs)

*h(t)￥n=-￥其中pt

fH

(

f

)

=t

(sin

pt

f

)1M

ff-fH

fHfsf-fs2fs-2fs1Tst

sin(pt

f

)Ts

pt

fH

(

f)

=Ms

(

f

)17/802021/7/11孔徑失真:M

(ffktsin

pt

f

=

0pt

f

=

kpf

=

M

(f

-

kfskMs

(fMs

(ffff0H

(f

)t

小，失真小ft

大，失真大18/802021/7/11t

?pt

fH

(

f

)

=t

(sin

pt

f

)由平頂抽樣信號(hào)重建原始模擬信號(hào)均衡濾波器1/H(f)LPFkm

(tms

teqHsin

(p

ft)(f

)=

p

ft

,

f

￡

BHeq

(f

)f-

B

0

Bs19/802021/7/11ss￥n=-￥M

(

f

)

=

1

H

(

f

)TM

(

f

-

nf

)6.1.3 *模擬脈沖調(diào)制20/802021/7/1121/802021/7/11只在頻率間隔內(nèi)有非零頻譜，且則，若采樣頻率為s

minnk

f

=

2B

1+

fL

<

f

<

fHB

=

fH

-

fL該帶通波形可由采樣值復(fù)制。帶通信號(hào)s

(tBfLS

(fffHB22/802021/7/11

f

f0

￡

k

<1n

=

int

H

,k

=

H

-

n,

B

fH

=

nB

+

kB6.1.4 *帶通信號(hào)的抽樣（自學(xué)）帶通抽樣定理:其中：抽樣過(guò)程使原始信號(hào)譜塊周期性重復(fù)，而無(wú)失真抽樣的條件是重復(fù)過(guò)程中譜塊不能相互重疊。23/802021/7/112B3B

4B

5B6Bfs

min4B3BfHnk

=1n

2k

=

1k

1=n

3n

4k

=

1(m

-1

B

<

fHB

2B當(dāng)

fH

=

nB

,

fs

min

=

2B當(dāng)

fH

>>

B

,

fs

min

?

2B當(dāng)此時(shí)

n

=

m

-1<

mB

,

m

=

2,

3,,

fs

線性變化fH

=

nB

+

kB窄帶帶通信號(hào)s

minHnf

=

2B

1+=k

2

f

1+

k

=

2

fH

n

n

n

+

k

2B

￡

fs

min

<

4Bk

fs

min

=

2B

1+n

作業(yè)：

124/802021/7/11266.2

均勻量化與最佳量化25/802021/7/1126/806.2.1

量化原理量化（Quantization）是一個(gè)近似過(guò)程，以適度的誤差為代價(jià)，使無(wú)限精度（或較高精度）的數(shù)值可以用較少的數(shù)位來(lái)表示。量化: 一個(gè)無(wú)限數(shù)的模擬抽樣值集合被一個(gè)有限數(shù)的量化電平集合近似。xxkxk

+1ykDk采樣值xyk量化器yk

=

Q

(xk

<

x

￡

xk

+1其中:2021/7/11xk

fi

分層電平,yk

fi

量化電平,Dk

fi

量化區(qū)間輸出電平保留一位小數(shù)的四舍五入量化器：27/802021/7/11T

s2

T

s

3

T

s7

T

sw

(t01135764000001001011101111110100t抽樣、量化、編碼:平頂抽樣PAM量化的PAM76543210編碼模擬信號(hào)M

￡

2nM---量化電平數(shù)n---編碼位數(shù)t28/802021/7/11量化特性曲線：3量化范圍Or

設(shè)計(jì)峰峰值2V過(guò)載區(qū)過(guò)載區(qū)x采樣值y0.5-0.5eq

=x-yx2V29/802021/7/11M

=DM

￡

2nn----碼字的位數(shù)21-3.5 -2.5 -1.5

-0.5-V0.5

1.5

2.5

3.5-1

V-2-3M

￡

2n30/802021/7/11量化誤差（量化噪聲）：eq

=

x

-

y=

x

-Q

(x均方誤差（即噪聲功率）：(

)(

)22q

{

}2f

(x)dxs+￥-￥=

E

x

-

Q

x

=

x

-

Q

x

一個(gè)隨機(jī)信號(hào)31/802021/7/116.2.2

均勻量化器過(guò)載噪聲:來(lái)源于信號(hào)的峰值電平超過(guò)了量化器的設(shè)計(jì)電平量化誤差分類(lèi):非過(guò)載噪聲:

在正常量化范圍內(nèi)的量化噪聲

eq2Deq

￡–(D

/

2)滿值量化精度：

2V32/802021/7/1122211Mxix2V

2Vi-1+V-Vi=1sq

=

x

-

Q

(x)

dx

=

x

-

Q

(x)

dx形式完全相同，即2231MMx2V+D

/2-D

/2i=1D2sq

=x dx

=·

1

+D

/

2

=2V

3

-D

/

2

12。12q其實(shí)，即使輸入不是均勻分布的，s

2

?D2注意到各區(qū)間上的積分。0.5-0.5eq

=x-yx33/802021/7/11均勻量化器簡(jiǎn)單常用，但不一定保證誤差最小。34/802021/7/11q使s

2

達(dá)到最小的量化器稱(chēng)為最佳量化器。6.2.3 *最佳量化器6.3

量化信噪比與對(duì)數(shù)量化35/802021/7/116.3.1

量化信噪比量化誤差的實(shí)際影響取決于它與信號(hào)的相對(duì)大小——量化信噪比信號(hào)的幅度盡量大，但必須在量化范圍內(nèi)。qqqqx2V

2D2V

2s

2s

2s

2

x2

S

=

rms

==

·

rms

N

VD

=

xrms

V36/802021/7/11記——?dú)w一化有效值12

122qnD21

2V

2

13s

2

=

==·

2-2nV

2

于是，2n

2

S

=

3·2

D

N

q分貝形式：6dB規(guī)則10D

(dB)

S

=

6.02n

+

4.77

+

20

log

N

q

_

dBqD2V

2s

2下面討論

M

=

2n

的均勻量化器的信噪比：

S

=

N

q2V37/802021/7/11MD

=38/802213VV

2x2V-VPs

=

s

x

=dx

=信號(hào)功率為：max33rmssPsVx

=

P

,D

==于是：1033(dB)

S

=

6.02n

+

4.77

+

20

log

N

qAvr

_

dB=

6.02n

+

4.77

-

4.77

=

6.02n平均信噪比2021/7/11例6.3

分析輸入信號(hào)為均勻分布和正弦信號(hào)時(shí)，量化器不過(guò)載時(shí)允許的最大信號(hào)幅度與相應(yīng)的均勻量化信噪比。解：量化器輸入為[-V,V]上均勻分布的信號(hào)

x

(t

時(shí)輸入信號(hào)均勻分布時(shí)的量化信噪比曲線：max 20

log10

D39/802021/7/11()2smV

2P

=

V

cosw

t=信號(hào)功率為：max222rmssPsVx

=

P

,D

==于是：1040/802021/7/1122(dB)

S

=

6.02n

+

4.77

+

20

log

N

q

_

dB量化器輸入正弦信號(hào)

x

(t

時(shí)=

6.02n

+

4.77

-

3.01

=

6.02n

+1.76max 20

log10

D

=

-3.01max

20

log10

D41/802021/7/11-

3.01量化器信噪比特點(diǎn)如下：

S

=

6.02n

+

4.77

N

qPk

_

dB

S

=

6.02n

N

qAvr

_

dB10

S

=

6.02n

+

4.77

+

20

log

D

(dB)

N

q

_

dB6-dB準(zhǔn)則：PCM

碼字每增加1比特，SNR就會(huì)增加6-dB.對(duì)于均勻量化

：小信號(hào)

小

SNR

，大信號(hào)

大

SNR信噪比還受信號(hào)類(lèi)型與幅度影響：Dmax

不一樣。42/802021/7/11例6.4為了高保真地保存20－20kHz的立體音樂(lè)信號(hào)，

CD數(shù)字音響系統(tǒng)采用44.1KHz的采樣率與16位的均勻量化器，試求:(1)該系統(tǒng)的峰值信噪比和平均信噪比是多少？(2)立體聲CD信號(hào)的數(shù)據(jù)率是多少？解：（1）易知(dB)

S

=

6.02n

+

4.77

=101.09

N

qPk

_

dB

S

43/802021/7/11=

6.02n

=

96.62

(dB)

N

qAvr

-dBn

=16（2）立體聲包括兩個(gè)聲道的信號(hào)，因此，總數(shù)據(jù)率為，Rb

=

nfs

·

2

=16

·

44.1·

2

=1411.2(kbps)PCM信號(hào)速率（模擬信號(hào)A/D變換后的數(shù)碼率）：44/802021/7/11比特率:

Rb

=

nfsfs

?

2B其中:B

—模擬信號(hào)的帶寬n—PCM

編碼位數(shù)作業(yè)：

8

111XX2s2

x

pX

(x)=exp

-

s

s

x

fi

the

rms

value

of

xp

(xx均勻量化時(shí):(SNR

dB

=4.77+6.02n+20logD6.3.2

對(duì)數(shù)量化語(yǔ)音信號(hào)的量化SNR：語(yǔ)音信號(hào)的幅度的概率密度函數(shù)Laplace分布45/802021/7/11其中：

D

=

s

x

V模擬語(yǔ)音信號(hào)是一種峰平功率差異很大的信號(hào)，語(yǔ)音信號(hào)的有效幅度通常只有最大幅度的20%左右。實(shí)用電話語(yǔ)音信號(hào)的幅度難于控制：不同的發(fā)話人音量不同與情緒狀態(tài)不同；話機(jī)與數(shù)字化單元間的距離、衰耗差別。語(yǔ)音信號(hào)平均功率有40~50dB的變動(dòng)范圍（動(dòng)態(tài)范圍）實(shí)際電話系統(tǒng)要求：面對(duì)約40~50dB的動(dòng)態(tài)范圍，提供至少25dB的量化信噪比。46/802021/7/11語(yǔ)音信號(hào)的動(dòng)態(tài)范圍是40-50dB，即:x

maxs

2s

2

x

min

=10-4

～10-52010-50

-40

-30

-20

-10n=8

M=256n=7

M=12820logD(SNR

dB60504030-60長(zhǎng)話質(zhì)量要求47/802021/7/11動(dòng)態(tài)范圍40-50dB希望：采用較少的量化比特（通常為8），在寬的輸入動(dòng)態(tài)范圍上達(dá)到良好的量化信噪比。例6.5自學(xué)非均勻量化可通過(guò)對(duì)抽樣值進(jìn)行非線性處理，增大小信號(hào)的幅度，提升小信號(hào)的信噪比；大信號(hào)的幅度有所下降（大信號(hào)的信噪比總是有富裕的）；因而保證了動(dòng)態(tài)范圍的要求。實(shí)現(xiàn)壓縮器均勻量化器編碼器信道擴(kuò)張器譯碼器xyy

=

f

(x)f

-1

(

)噪聲x?48/802021/7/11y?DDixya.

壓縮:增加小信號(hào)幅度，減小大信號(hào)幅度，大小信號(hào)的范圍被壓縮了。b.擴(kuò)張器:為了恢復(fù)語(yǔ)音的自然度所作的反變換x?49/802021/7/11y?對(duì)數(shù)量化f

(x

是對(duì)數(shù)曲線國(guó)際電信聯(lián)盟（ITU）的標(biāo)準(zhǔn)（對(duì)數(shù)壓縮規(guī)律）：1,xAx

1Ax=

k

then

:

x

￡1V, 0

￡

x

￡A1+ln

Ay

=

f

(x)=

1+ln

(A

x

)Sgn

(x)<

x

￡11+ln

A－－－樣值xkLet

:其中:A----壓縮參數(shù)xf

(x150/802021/7/111-1-1051/802021/7/110.2

0.4

0.6A-law

特性曲線0.81.000.20.40.60.81.000.20.40.60.81.0A=1A=2A=5A=87.6（典型值）A=10010

S

?

6.02n

+

4.77

-

20

log [1+

ln

A]

N

q-dB量化信噪比：SNR改善量與均勻量化比較5040302010-50

-40

-30

-20

-10M=256

線性20

log

DdB(SNR-80

-70-60十三折線M=256M=128M=64語(yǔ)音動(dòng)態(tài)范圍52/802021/7/11長(zhǎng)話質(zhì)量要求m壓縮參數(shù)國(guó)際標(biāo)準(zhǔn):m

=

225xf

(x11-1-1V53/802021/7/11Let

:

x

=

xkthen

:

x

￡1y

=

f

(x)=

Sgn

(x)

ln(1+

m

x

)ln

(1+

m

)μ–

law

特性曲線00.20.40.60.81.00.20.40.60.81.0μ=0μ=1μ=5μ=100μ=22554/802021/7/1155/802021/7/1110

S

?

6.02n

+

4.77

-

20

log

[ln(1+

m)]

N

q-dB量化信噪比：兩種方案在寬達(dá)40~50dB的動(dòng)態(tài)范圍中性能優(yōu)良。10

S

?

6.02n

+

4.77

-

20

log

[1+

ln

A]

N

q-dB03/

82/

81/

817/

86/

85/

81

=

202-12-4

2-3

2-2x2-72-62-5xy3/

82/

81/

856/802021/7/11* A-律13

折線近似：勻滑的非線性對(duì)數(shù)曲線用折線近似y76544/

83210x

￡1

,

y

￡12-i

(i

=

0,1,,

7歸一化正方向y

軸x

軸負(fù)方向8等分按2的負(fù)冪次劃分與正方向同斜率0段:1段:2段:3段:1/

8

=

242-71/

8=

242-6

-

2-71/

8=

2322-5

-

2-61/

8=

22-4

-

2-54段:5段:6段:7段:212-12-2正負(fù)方向0、1段斜率相同，四條直線合并成一條直線

13

折線57/802021/7/110段:1段:2段:3段:每段:16等分量化電平數(shù):M

=16

·8·

2

=

256(i

=

0,,

7段號(hào)i

?fi

階距Di

?0-7D

=

2

=2－11

=D241-6

-7D

=

2

-2

=2－11

=D242D

=2-10

=2D3D

=22

D4D

=23

D5D

=24

D6D

=25

D758/802021/7/11D

=26

D4段:5段:6段:7段:表6.3.159/802021/7/1113折線（A律）主要參數(shù)* PCM

對(duì)數(shù)編碼：13折線量化器編碼器非線性編碼樣值Let

:60/802021/7/11V

x

fi

為歸一化樣值

采樣值符號(hào)位:b7段落碼:

b6b5b4若

x

?

0

,

b7

=1

;

否則b7

=

0看|

x

|處于8段中的哪一段，編段落碼段內(nèi)編碼:b3b2b1b0每段又均分為16層，看|

x

|

處于哪一層，編段內(nèi)碼6.4

脈沖編碼調(diào)制61/802021/7/11（3）編碼（Encoding）：將每個(gè)量化輸出電平表示為8比特二進(jìn)制碼字。語(yǔ)音信號(hào)的PCM數(shù)據(jù)率：Rb

=

nfs

=

8

·8kHz

=

64kbps62/802021/7/11（2）量化：

A

律或

m

律非線性量化，在語(yǔ)音信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍40~50dB內(nèi)有良好的量化信噪比；（1）電話信號(hào)帶寬：300

--3400

Hz，抽樣率為8kHz；電話系統(tǒng)中的PCM傳輸框圖：模擬信號(hào)出模擬信號(hào)信號(hào)入防混疊低通濾波器帶限模擬信號(hào)抽樣8KHz8bit對(duì)數(shù)量化編碼器63/802021/7/11PCM電話線再生

中繼器電話線電話線PCM

發(fā)射機(jī)(ADC)信道(傳輸路徑)PCM信號(hào)譯碼器量化PAM低通濾波器(重建)PCM

接收機(jī)(DAC)再生

中繼器再生

中繼器接收機(jī)

前端電路量化PAM抽樣PAM64/802021/7/11解：(1)65/802021/7/11Rb

=

nfs

=

8·8000

=

64000(bps)采用矩形NRZ脈沖時(shí)，第一零點(diǎn)帶寬為，B0

=

Rb

=

64kHz（2）

12位線性（均勻）量化時(shí)，Rb

=

nfs

=12

·8000

=

96k

(bps)B0

=

Rb

=

96kKz6.4.2

編碼規(guī)則8位PCM的編碼結(jié)合13或15折線法進(jìn)行，用折疊二進(jìn)制編碼：13折線量化器編碼器非線性編碼樣值Let

:66/802021/7/11V

x

fi

為歸一化樣值

采樣值量化電平序號(hào)量化電平極性自然碼折疊碼7（最正）11111161101105（正）10110141001003（負(fù)）011000201000110010100（最負(fù)）00001167/802021/7/11折疊碼在絕對(duì)值小的電平附近，1位傳輸錯(cuò)誤造成的信號(hào)誤差比自然碼的小?？稍谄骄饬x下使傳輸誤碼造成的破壞輕一些。表6.4.2

折疊碼與自然碼規(guī)則例6.7

試求0.72與

-0.003

在A律PCM系統(tǒng)中的編碼值（采用歸一化量化范圍）。7D

=

64D

=64

=

12048

327,0.72

-

0.5=

7.04D68/802021/7/112-72469/802021/7/11D==2－11

=1/

2048段號(hào)輸入段區(qū)間量化間隔0(0，2-7)（0，

0.0078125）Δ1(2-7，2-6)（0.0078125，0.015625）Δ2(2-6，2-5)（0.015625，

0.03125）2Δ3(2-5，2-4)（0.03125，

0.0625）4Δ4(2-4，2-3)（0.0625，

0.125）8Δ5(2-3，2-2)（0.125，

0.25）16Δ6(2-2，2-1)（0.25，0.5）32Δ7(2-1，1)（0.5，

1）64Δ表6.3.113折線（A律）主要參數(shù)6.4.3 *PCM傳輸系統(tǒng)的信噪比PCM通信系統(tǒng)中，還原的話音信號(hào)與原始信號(hào)相比，誤差主要由量化與傳輸誤碼引起。即，

en

=

eq

+

et相應(yīng)的噪聲功率滿足，sn

=

s

+s2

2

2q

t總的信噪比：q70/802021/7/11tPss

S

=

N

2

+s

2PCM1）量化噪聲功率：

sq

=

D

/122

2b2t2）傳輸誤碼比特率為

P

的噪聲功率：sPCM的峰值信噪比與平均信噪比：2b3M

2

S

=

,

N

1+

4(M

-1)PPCM

_

pk2bM

2

S

=

N

1+

4(M-1)PPCM

_

AvrPCM的信噪比公式：b(S

/

N

)q

S

=

N

1+

4(M

2

-1)PPCM如果

Pb

很小，量化噪聲起主導(dǎo)作用；如果Pb

很大，則誤碼起主導(dǎo)作用。171/802021/7/11bP

=4(M

2

-1)時(shí)，誤碼噪聲與量化噪聲相當(dāng)為例，其值約為3.8·10-6以

n

=

8(M

=

256)q

_

pkqx2V

2s

2

S

=

rms

==

3M

2

N

2VMD

=

S

=

3M

2

N

q

_

pk

S

=

M

2

N

q

_

Avr

S

=

6.02n

+

4.77

N

q

_

pkdB

S

=

6.02n

N

q

_

AvrdB（3）

若(無(wú)

ISI

，無(wú)加性噪聲):Pb

=

0q

_

Avr72/802021/7/11qx2D2

/12V

2

/3s

2

S

=

rms

==

M

2

D2

/12

N

作業(yè)：1213

14

15

166.6

時(shí)分復(fù)用73/802021/7/11Time-Division Multiplexing

(TDM)復(fù)用:在同一信道中獨(dú)立地傳輸幾路信號(hào)目的:

充分地利用信道資源復(fù)用方法:FDM

(頻分復(fù)用)TDMCDM(碼分復(fù)用)74/802021/7/11T內(nèi)可安排n路信號(hào)將多路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊地穿插排列就可以在同一公共信道上傳輸，如圖。這種按一定的時(shí)間順序依次循環(huán)地傳輸各路消息，以實(shí)現(xiàn)多路通信的方式稱(chēng)為時(shí)分多路通信。這種信道復(fù)用方式叫時(shí)分復(fù)用。tT

t1

2

375/802021/7/11n

1

3

2Tn

1

326.6.1

TDM的基本原理對(duì)于單路信號(hào)，數(shù)碼率不變，是獨(dú)立傳輸。76/802021/7/11對(duì)于總?cè)郝沸盘?hào)，數(shù)碼率是單路的n倍，因而可充分地利{時(shí)間交織:字交織:比特交織:{用信道的傳輸頻帶。多路信號(hào)在時(shí)間軸上互不重疊地穿插排列的方式稱(chēng)為時(shí)間交織。時(shí)分復(fù)用（TDM）——多個(gè)信源的數(shù)據(jù)分別占用不同的時(shí)隙位置，共用一條信道進(jìn)行串行數(shù)字傳輸。信源2信源377/802021/7/11輸出1輸出2輸出3合路器分路器（a）TDM框圖PCM量化與編碼數(shù)字信道解碼同步例：三路模擬信源在PCM系統(tǒng)中復(fù)用信源1發(fā)：

旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)旋轉(zhuǎn)速率即抽樣頻率

，對(duì)帶寬最大的fs模擬信源，

fs

仍然滿足奈奎斯特抽樣定理。對(duì)于帶寬較大的信源，可接到幾個(gè)開(kāi)關(guān)位置。收：

TDM

PCM信號(hào)由解碼器恢復(fù)成抽樣值的量化值。

收端的旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)保證將

1

路信號(hào)的樣本點(diǎn)送到通道

1

上，將

2路信號(hào)的樣本點(diǎn)送到通道

2

上,

。fsfs分路器：旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)速率fs同步：收發(fā)兩端的合路與分路，必須協(xié)調(diào)一致。（b）復(fù)合數(shù)據(jù)流信源n：第n路語(yǔ)音信號(hào)合路器：旋轉(zhuǎn)開(kāi)關(guān)速率fs78/802021/7/11TsTs（c）幀與同步碼時(shí)分復(fù)用技術(shù)的幾個(gè)基本要點(diǎn)：各路信號(hào)輪流占用不同時(shí)隙，互不影響；各路信號(hào)組成一個(gè)確定的數(shù)據(jù)結(jié)構(gòu)，稱(chēng)為幀結(jié)構(gòu)收發(fā)同步工作——幀同步。借助幀同步碼。幀：服從某種時(shí)序規(guī)定的一段比特?cái)?shù)據(jù)流幀周期：每路信號(hào)都至少被傳送一次的時(shí)間幀格式：把一幀時(shí)間劃分為若干時(shí)隙后，如何安排各路信息碼與附加信息碼的一種時(shí)序規(guī)定Ts

Ts79/802021/7/11同步碼同步碼s1s2…sks1s2…sk優(yōu)點(diǎn)：1）它采用全數(shù)字電路技術(shù)；2）不需要大量的并行設(shè)備，3）無(wú)非線性引起各路信號(hào)之間的串?dāng)_缺點(diǎn)：更為嚴(yán)格的同步定時(shí)80/802021/7/11時(shí)分復(fù)用技術(shù)的優(yōu)缺點(diǎn)：x1

(t2x

(t3x

(tx4

(n合路器14bit量化與編碼填充1s

(n2kHz4kHz2kHz28kbps32kbps同步碼：1110010064kbpss2

(n128kbps合路器2fs1

=

4kHz81/802021/7/11fs

2

=

8kHzfs3

=

4kHzfs=4kHzfs=4kHz82/802021/7/11解：（1）·(4bit

/

sample

=

64(kbps)幀率為4k幀/秒，數(shù)據(jù)率為(4K幀/秒·(4sample

/幀（2）幀率為4k幀/秒，數(shù)據(jù)率為·(8bit

/

byte

=128(kbps)(4K幀/秒·(4byte

/幀作業(yè)：20習(xí)題3-8

模擬電壓波形中的信息通過(guò)一個(gè)具有–

0.1%

精度

(滿值)的PCM系統(tǒng)傳輸。

模擬波形的絕對(duì)帶寬為

100

Hz

，且幅度范圍為

–10

V到

+10V.確定所需抽樣速率的最小值。確定每個(gè)PCM

碼字所需的比特?cái)?shù)。確定PCM

信號(hào)所需比特率的最小值。確定傳輸該P(yáng)CM

信號(hào)所需的絕對(duì)信道帶寬的最小值。量化精度：2V83/802021/7/11–(D

/

2)解:

(a)f

s

=

2B

=

2(100)