第7章 模拟信号的数字传输2

PCM数字电话系统方框图
单路编译码器在PCM系统中的使用
数字复接系列
• 采用TDM方式的PCM数字电话系统，称为数字 复接系列。
• 系列形成的原则是先把一定路数的数字电话信 号复合成一个标准的数据流，该数据流为基群。 然后再用数字复接技术将基群复合成更高速的 数据信号。
• 在数字复接系列中，按传输速率不同，分别称 为基群、二次群。三次群和四次群等。
作业
• P.236 7-15 7-16
课程设计
• 制作第七章多媒体课件 • 收集有关语音压缩编码的资料，并撰写
论文 • 收集有关图像压缩编码的资料，并撰写
论文 • 收集有关蓝牙（blustooth)技术的资料，
并撰写论文
• SDH主要用于光纤网。
• SDH的第一级比特率为155.52Mbit/s，记作 STM-1 。4个STM-1按同步复接得到STM-4， 比特率为622.08Mbit/s 。4个STM-4同步复接得 到STM-16，比特率为2488.32Mbit/s 。4个 STM-16同步复接得到STM-64，比特率为 9953.28Mbit/s 。
DM原理图
m(t)
mk
eqk
抽样
+
二电平量化
-
m'k
时延Ts
eok
+
^mk
e'ok
+
^m'k 低通 ^m(t) 滤波
时延Ts
DM波形示意
DM原理框图之二
积分器译码示意
编码器工作过程
• 将模拟信号m(t)与发端译码器输出的阶梯 波形m´(t)进行比较，即选进行相减，然 后在抽样脉冲作用下将相减结果进行极 性判决。如果在给定抽样时刻ti有 m(t) ︱t=ti- -m´(t) ︱t=ti- >0 则判决器输出“1”码；如有 m(t) ︱t=ti- -m´(t) ︱t=ti- <0 则发“0”码。这里ti-是ti时刻的前一瞬间。
• 在接收端，经过和发信端的完全相同的操作， 可以得到量化的原信号，然后通过低通滤波器 便可恢复原信号的近似波形。
• DPCM的核心在预测，预测越好，信号与预测 的差值就越小，压缩数据量的效果就越显著。
预测器传输特性
• 预测器的输出样值m´k与其输入样值^mk 的关系满足下式：
p
m´k=i=Σ1 ai^m k-i p和ai是预测器的参数，为常数。该式表 示m´k是先前p个样值的加权和，{ai}称为 预测器系数。
7.6增量调制（DM）
• 增量调制(Delta Modulation)是指将信号瞬时值 与前一个采样时刻的量化值之差进行量化，而 且只对这个差值的符号进行编码，不对差值的 大小编码。因此，量化后的编码为1bit，如果 差值是正的，就发“1”码，若差值是负的就发 “0”码。
• 在接收端，每收到一个“1”码，译码器相对于 前一时刻的值就上升一个量阶；每收到一个 “0”码，译码器相对于前一时刻的值就下降一 个量阶。
• 若量阶能随着信号进行瞬时压扩，则称为瞬时 压扩增量调制；若量阶随着时间间隔中信号的 平均斜率变化，则称为可变斜率增量调制。
数字压扩增量调制
7.7差分脉冲编码调制（DPCM）
• 差分脉冲编码调制(Differential Pulse Code Modulation)综合了PCM和DM的特点。是介于 DM和PCM之间的一种调制方式。
DM的量化噪声
• 在DM中量化误差产生 的噪声可分为一般量化 噪声（颗粒噪声）和斜 率过载（量化）噪声。 前者是由电平的量化产 生的，而后者是由于当 输入信号的斜率较大， 调制器跟踪不及而产生 的。
DM量化噪声
(a)一般量化噪声
(b)过载量化噪声
DM的采样频率
为了避免斜率过载，必须使得 |df(t)/dt|max≤σ/ Δ t=σfs
• TDM信号的形成和分离都可通过数字电路实现。
例7.8-1 三路TDM示意框图
三路TDM合路PAM波形
波形时域表示
• x(t)=Σ{m1(kTs)δ(t-kTs)+ m2(kTs+τ)δ(t-kTs τ)+ m3(kTs+2τ)δ(t-kTs -2τ)}
• y1(t)= Σ m1(kTs)δ(t-kTs ) y2(t)= Σ m2(kTs +τ)δ(t-kTs -τ ) y3(t)= Σ m3(kTs +2τ)δ(t-kTs -2τ )
• 当输入信号为正弦信号，即 f(t)=Asin ωt 此时，不发生斜率过载的条件为 fs≥(A/ σ )ω
• 由于A>> σ ，可知为了不致发生过载现象， DM的采样频率要比PCM的采样频率高得多。
自适应增量调制
• 其基本原理是使量阶σ的大小自适应地随着输 入信号增减快慢的变化而改变，即当输入信号 增长较快时（斜率大）使 量阶σ变大，以改善 斜率过载；当输入信号改变率较小时，使量阶 σ减小，以改善颗粒噪声。
• PDH有μ律和A律两套标准。μ律以1.544Mbit/s 为基群的数字序列（称为T1），A律是以 2.048Mbit/s为基群的数字序列（称为E1）。
• 我国采用的是A律系列。
两种速率的数字复接等级
同步数字系列（SDH）
• 在美国提出的同步光纤网（SONET）建议的基 础上，CCITT形成正式建议，确定四次群以上 采用同步数字系列（Synchronous Digital Hierarchy），其复接时采用了同步复接技术。
• 每一种群路可传送多路数字电话，也可以用来 传送其它相同速率的数字信号。
数字复接系列标准
北美、日本
欧洲、中国
群路等级 信息速率 （kbit/s)
路数
信息速率 （kbit/s)
路数
基群 1 544
24
2 048
30
二次群 6 312
96
8 448
120
三次群 32048/44736 480/672 34 368
A律PCM基群帧结构
A律PCM基群帧结构
PCM基群的信息速率
• 在A律PCM基群中，一帧共有32路时隙，帧周 期为125μs，有32×8=256个码元，基群的信息 速率 Rb=32 ×8/(125 ×10-6)=2048 kbit/s
• 在μ律PCM基群中，一帧共有24路时隙，帧周 期为125μs，有24×8+1=193个码元，基群的信 息速率 Rb=（24 ×8+1）/(125 ×10-6)=1544 kbit/s
• DPCM与PCM的区别是：在PCM中是利用信号 采样值进行量化、编码，而DPCM则是对信号 采样值与信号预测值的差值进行量化、编码。
• DPCM与DM的不同之处是：在DM中是用一位 二进制码表示增量。而在DPCM中是用n位二进 制码表示增量。
DPCM原理图
预测编码
• 所谓预测编码，主是根据过去的信号样值预测 下一个样值，并仅把预测值与现实的样值之差 （预测误差）加以量化。编码以后进行传输的 方式。
例7.7-1 4-DkTs)<2Δ时，输出电平为+Δ； • 当-2Δ≤eq(kTs)< 0 时，输出电平为-Δ ； • eq(kTs) ≥2Δ时，输出电平为+3Δ ； • eq(kTs) ≤ -2Δ时，输出电平为-3Δ 。
DPCM发送端各点波形
7.8时分复用（TDM）
480
四次群 97723/274176 1440/4032 139 264 1920
STM-1
155 520
STM-4
622 080
STM-16
2 488 320
STM-64
9 953 280
准同步数字系列（PDH）
• 现有的四次群以下数字复接系列称为准同步数 字系列（Plesiochronous Digital Hierarchy），其 原因是采用了准同步复接技术。
• 时分复用（Time Division Multiplexing）是将传 输时间划分为若干个互不重叠的时隙，互相独 立的多路信号顺序地占用各自的时隙，合路成 为一个信号，在同一信道中传输。在接收端按 同样规律把它们分开。
• 时分复用TDM与频分复用FDM在原理上的差 别是明显的。TDM在时域上各路信号是分割开 的，但在频域上各路信号是混叠在一起的。 FDM在频域上各路信号是分割开的，但在时域 上各路信号是混叠在一起的。