脈沖編碼調(diào)制PCM原理

PCM原理與在電力通信中的應(yīng)用PCM(PulseCodeModulation)脈碼調(diào)制是實(shí)現(xiàn)語音信號數(shù)字化的一種方法。是對模擬信號數(shù)字化的取樣技術(shù)，將模擬語音信號變換為數(shù)字信號的編碼方式，特別是對于音頻信號。PCM對信號每秒鐘取樣8000次；每次取樣為8個(gè)位，總共64kbps。取樣等級的編碼有二種標(biāo)準(zhǔn)。北美洲及日本使用Mu-Law標(biāo)準(zhǔn)，而其它大多數(shù)國家使用A-Law標(biāo)準(zhǔn)。一．PCM基本工作原理

數(shù)字程控調(diào)度機(jī)PCM脈碼調(diào)制就是把一個(gè)時(shí)間連續(xù)、取值連續(xù)的模擬信號變換成時(shí)間離散、取值離散的數(shù)字信號后在信道中傳輸。脈碼調(diào)制就是對模擬信號先抽樣，再對樣值幅度量化、編碼的過程,國際標(biāo)準(zhǔn)化的PCM碼組（電話語音）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，在解調(diào)過程中，一般采用抽樣保持電路。預(yù)濾波是為了把原始語音信號的頻帶限制在300－3400Hz左右，所以預(yù)濾波會引入一定的頻帶失真。

1抽樣(Samping)抽樣是把模擬信號以其信號帶寬2倍以上的頻率提取樣值，變?yōu)樵跁r(shí)間軸上離散的抽樣信號的過程。例如，話音信號帶寬被限制在0.3～3.4kHz內(nèi)，用8kHz的抽樣頻率（fs），就可獲得能取代原來連續(xù)話音信號的抽樣信號。對一個(gè)正弦信號進(jìn)行抽樣獲得的抽樣信號是一個(gè)脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號。對抽樣信號進(jìn)行檢波和平滑濾波，即可還原出原來的模擬信號。

抽樣必須遵循奈奎斯特抽樣定理，離散信號才可以完全代替連續(xù)信號。低通連續(xù)信號抽樣定理內(nèi)容：一個(gè)頻帶限制在赫內(nèi)的時(shí)間連續(xù)信號,若以的間隔對它進(jìn)行等間隔抽樣，則將被所得到的抽樣值完全確定。語音信號經(jīng)過抽樣變成一種脈沖幅度調(diào)制（PAM）信號。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，在取樣以前，先經(jīng)過一個(gè)上限為W的低通濾波器，以便)(tm中所包含的高于W的那些諧波成分。

2量化（quantizing）把幅度連續(xù)變化的模擬量變成用有限位二進(jìn)制數(shù)字表示的數(shù)字量的過程稱為量化。即：抽樣信號雖然是時(shí)間軸上離散的信號，但仍然是模擬信號，其樣值在一定的取值范圍內(nèi)，可有無限多個(gè)值。顯然，對無限個(gè)樣值一一給出數(shù)字碼組來對應(yīng)是不可能的。為了實(shí)現(xiàn)以數(shù)字碼表示樣值，必須采用“四舍五入”的方法把樣值分級“取整”，使一定取值范圍內(nèi)的樣值由無限多個(gè)值變?yōu)橛邢迋€(gè)值。量化后的抽樣信號與量化前的抽樣信號相比較，當(dāng)然有所失真，且不再是模擬信號。這種量化失真在接收端還原模擬信號時(shí)表現(xiàn)為噪聲，并稱為量化噪聲。量化噪聲的大小取決于把樣值分級“取整”的方式，分的級數(shù)越多，即量化級差或間隔越小，量化噪聲也越小。

量化誤差：量化后的信號和抽樣信號的差值。量化誤差在接收端表現(xiàn)為噪聲，稱為量化噪聲。量化級數(shù)越多誤差越小，相應(yīng)的二進(jìn)制碼位數(shù)越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。

為使量化噪聲盡可能小而所需碼位數(shù)又不太多，通常采用非均勻量化的方法進(jìn)行量化。非均勻量化根據(jù)幅度的不同區(qū)間來確定量化間隔，幅度小的區(qū)間量化間隔取得小，幅度大的區(qū)間量化間隔取得大。量化的方法有許多種。像均勻量化和非均勻量化。均勻量化，其量階是常數(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關(guān)。這樣，當(dāng)輸入大信號時(shí)和輸入小信號時(shí)的量化噪聲都一樣大，如果滿足對小信號信擾比的要求則大信號的信擾比就顯得太低了。反之，如果滿足大信號的要求，則對小信號就顯得過剩，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。所以對這樣的信號必須使用“非均勻量化器”，其特點(diǎn)是：輸入小時(shí)，量階也?。惠斎氪髸r(shí)，量階也大。這樣在整個(gè)輸入信號的變化范圍內(nèi)得到幾乎一樣的信擾比，而總的量階可比均勻量化是還小。因此，縮短了碼字的長度，提高了通信效率。非均勻量化就是對信號的不同部分用不同的量化間隔，具體地說，就是對小信號部分采用較小的量化間隔，而對大信號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。壓縮的概念是這樣的：在抽樣電路后面加上一個(gè)叫做壓縮器的信號處理電路，該電路的特點(diǎn)是對弱小信號有比較大的放大倍數(shù)（增益），而對大信號的增益卻比較小。抽樣后的信號經(jīng)過壓縮器后就發(fā)生了“畸變”，大信號部分沒有得到多少增益，而弱小信號部分卻得到了“不正常”的放大（提升），相比之下，大信號好像被壓縮了，壓縮器由此得名。對壓縮后的信號再進(jìn)行均勻量化，就相當(dāng)于對抽樣信號進(jìn)行了非均勻量化。

非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法有兩種：一種是北美和日本采用的μ律壓擴(kuò)，一種是歐洲和我國采用的A律壓擴(kuò)。

業(yè)務(wù)的混傳通信。這是目前電力PCM設(shè)備通信的主要應(yīng)用模式.這種情況下所建設(shè)的電力系統(tǒng)通信接入網(wǎng)不僅僅是一個(gè)只提供接入傳輸?shù)幕ミB互通平臺，而是一個(gè)對各種業(yè)務(wù)的傳輸質(zhì)量和接入安全性提供保障的多業(yè)務(wù)承載平臺。PCM線路的特點(diǎn)：PCM線路可以提供很高的帶寬，滿足用戶的大數(shù)據(jù)量的傳輸。支持從2M開始的各種速率,最高可達(dá)155M的速率。通過SDH設(shè)備進(jìn)行網(wǎng)絡(luò)傳輸，線路協(xié)議簡單。與傳統(tǒng)的DDN技術(shù)相比,PCM具有以下特點(diǎn)：線路使用費(fèi)用相對便宜。能夠提供較大的帶寬。接口豐富便于用戶連接內(nèi)部網(wǎng)絡(luò).可以承載更多的數(shù)據(jù)傳輸業(yè)務(wù)。參考文獻(xiàn):1樊昌信，通信原理，電子工業(yè)出版社，20092嚴(yán)曉華，現(xiàn)代通信技術(shù)基礎(chǔ)，清華大學(xué)出版社，20103苗長云等主編，現(xiàn)代通信原理及應(yīng)用，電子工業(yè)出版社，20054達(dá)新宇.通信原理實(shí)驗(yàn)與課程設(shè)計(jì).北京:北京郵電大學(xué)出版社.20035樊昌信.通信原理.北京.國防工業(yè)出版社.20026王慕坤/劉文貴.通信原理.哈爾濱工業(yè)大學(xué)出版社.20072015-2016學(xué)年第一學(xué)期《通信系統(tǒng)引論》結(jié)課論文題目：PCM原理與在