信号的频谱、编码、PCM
(仅供参考)PCM编码规则
说明：
其中：带宽 B= f H - f L ，M=[ f H /( f H - f L )]-N,N 为不超过 f H /( f H - f L )的最大正
整数。由此可知,必有 0≤M<1。
高频窄带信号， f H 大而 B 小， f L 当然也大。因此带通信号通常可按 2B 速率抽样；
当 f S > 2B(1+M/N) 时 可能出现频谱混叠现象（这一点是与低频现象不同的）；
∑ xˆ(t
)
=
h(t
)
∗
x
S
(t
)
=
1 TS
n
∞
x(nTS
=−∞
)
sin ω ωH
H
(t
(t −
− nTS nTS )
)
该式是重建信号的时域表达式，称为内插公式。
说明：以奈奎斯特速率抽样带限信号 x(t) 可以由其抽样值利用内插公式重建。这等效为将抽样原信
号通过一个冲激响应为 sin ωH t ωH t 的 LPF 来重建 x(t) 。
抽样定理分类： （1） 根据信号是低通型的还是带通型的，抽样定理分低通抽样定理和带通抽样定理； （2） 根据用来抽样的脉冲序列是等间隔的还是非等间隔的，又分为均匀抽样定理和非均匀抽样
定理； （3） 根据抽样脉冲序列是冲击序列还是非冲击序列，又可以分为理想抽样和实际抽样。
5.2.1 低通抽样定理
内容：一个频带限制在 (0, f H ) 内的连续信号 x(t) ，如果抽样频率 f S 大于或等于 2 f H ，则可以由抽
5.2 低通与通带抽样定理
抽样定理实质：是一个连续模拟信号经抽样变成离散序列后，能否由此离散序列值重建原始模拟信 号的问题。大意是如果对一个频带有限的时间连续的模拟信号抽样，当抽样速率达到一定数值后，那么 根据它的抽样值就能够重建信号。也就是说，若要传输模拟信号，不一定要传输模拟信号本身，只需要 传输按抽样定理得到的抽样值即可。因此，抽样定理是模拟信号数字化的理论依据。
PCM编译码实验
PCM编译码实验一、实验目的1、掌握脉冲编码调制与解调的原理。
2、掌握脉冲编码调制与解调系统的动态范围和频率特性的定义及测量方法。
3、了解脉冲编码调制信号的频谱特性。
二、实验内容1、观察脉冲编码调制与解调的结果，分析调制信号与基带信号之间的关系。
2、改变基带信号的幅度，观察脉冲编码调制与解调信号的信噪比的变化情况。
3、改变基带信号的频率，观察脉冲编码调制与解调信号幅度的变化情况。
4、改变位同步时钟，观测脉冲编码调制波形。
三、实验器材1、信号源模块一块2、②号模块一块3、20M双踪示波器一台4、立体声耳机一副5、连接线若干四、实验原理（一）基本原理模拟信号进行抽样后，其抽样值还是随信号幅度连续变化的，当这些连续变化的抽样值通过有噪声的信道传输时，接收端就不能对所发送的抽样准确地估值。
如果发送端用预先规定的有限个电平来表示抽样值，且电平间隔比干扰噪声大，则接收端将有可能对所发送的抽样准确地估值，从而有可能消除随机噪声的影响。
脉冲编码调制（PCM）简称为脉码调制，它是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式。
脉码调制的过程如图5-1所示。
PCM主要包括抽样、量化与编码三个过程。
抽样是把时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号；量化是把时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号；编码是将量化后的信号编码形成一个二进制码组输出。
国际标准化的PCM 码组（电话语音）是用八位码组代表一个抽样值。
编码后的PCM 码组，经数字信道传输，在接收端，用二进制码组重建模拟信号，在解调过程中，一般采用抽样保持电路。
预滤波是为了把原始语音信号的频带限制在300Hz ～3400Hz 左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。
在整个PCM 系统中，重建信号的失真主要来源于量化以及信道传输误码。
通常，用信号与量化噪声的功率比，即信噪比S/N 来表示。
国际电报电话咨询委员会（ITU-T ）详细规定了它的指标，还规定比特率为64kbps ，使用A 律或μ律编码律。
脉冲编码调制PCM
脉冲编码调制（PCM）什么是脉冲编码调制（PCM）脉冲编码调制（Pulse Code Modulation，简称PCM）是一种数字通信技术，用于将模拟信号转化为数字信号进行传输。
PCM是一种有损压缩算法，它将连续模拟信号离散化成固定的采样值，并使用一定的编码方案进行表示。
脉冲编码调制的原理脉冲编码调制的原理主要包括三个步骤：采样、量化和编码。
采样采样是指对连续的模拟信号进行间隔一定时间采集取样。
采样过程中，将模拟信号的幅度值在时间轴上不断取样并离散化。
采样率是指每秒钟采集的样本数，通常以赫兹（Hz）为单位。
较高的采样率可以更准确地还原模拟信号。
量化量化是指将采样得到的模拟信号幅度值映射到离散的数值上，以减少数据量。
量化的单位被称为量化水平或量化位数，通常以比特（bit）为单位。
较高的量化位数可以提供更高的精度，但也会增加数据量。
编码编码是将量化后的离散信号转换为二进制码流，以便通过数字通信系统进行传输。
常用的编码方式包括直接二进制编码（Differential Pulse Code Modulation，DPCM）、调制码（Delta Modulation，DM）和PAM（脉冲幅度调制）等。
脉冲编码调制的应用脉冲编码调制广泛应用于音频、视频和数据传输等领域。
以下是一些常见的应用场景：电话通信脉冲编码调制被广泛应用于传统的电话通信系统中。
通过PCM，模拟信号可以转换成数字化的信号，并通过电话网络进行传输。
音频编码在音频编码中，PCM被用于将模拟音频信号转换为数字音频信号，以便于储存和传输。
常见的音频编码标准包括CD音质的16位PCM编码和DVD音质的24位PCM编码。
数字视频在数字视频处理中，PCM常用于将模拟视频信号转换为数字视频信号，以实现高质量的视频编码和传输。
PCM可以通过降低采样率和量化位数，来减小视频数据的体积。
数据传输PCM也广泛用于数据传输领域，特别是在传输需要高精度和可靠性的信号时。
数字通信原理第二章 PCM
19
抽样示意图
m (t)
M ( )
t (a ) T (t)
t
(c ) m s(t)
－ H O H (b )
T ( )
2
T
(d )
M s( )
t (e )
H O H
2
T
(f )
20
证明
设：被抽样的信号是m(t),它的频谱表达式是 M(ω)，频带限制在（0，fH)内。理想的抽样 就是用单位冲击脉冲序列与被抽样的信号相 乘，即
图 连续信号抽样示意图
8
抽样定义
所谓抽样是把时间上连续的模拟信号变成一系列 时间上离散的样值序列的过程：
图 抽样的输入与输出
满足：抽样信号可以无失真地恢复出原始 信号
图2-2 抽样器及抽样波形示意
图 相乘器抽样模型 图 开关函数
思考
关于抽样需要解决两个问题： 由抽样信号完全恢复出原始的模拟 信号，对 fs (t)和抽样频率有什么限制 条件？ 如何从抽样信号中还原出原始信号？
ms(t)m(t)T(t)
这里的抽样脉冲序列是一个周期性冲击序列， 它可以表示为
T(t) (t nTS)
21
由于δT(t)是周期性函数，其频谱δT(ω) 必然是 离散的：
2
δT(ω)= Ts δ(ω-nωs),
ωs=2πfs= 2π/Ts
根据冲击函数性质和频率卷积定理：
M s()21 M ()T()
抽样：按抽样定理把时间上连续的模拟信号转换成时间上离散 的抽样信号。 量化：把幅度上仍连续的抽样信号进行幅度离散，即指定M 个规定的电平，把抽样值用最接近的电平表示。 编码：用二进制码组表示量化后的M个样值脉冲。
编码器送出来的是串行二进制码，是典型的数字信号，经变换调制
PCM(脉冲编码调制)介绍及PCM编码的原理 毕业论文---PCM量化13折线
PCM（脉冲编码调制）介绍及PCM编码的原理摘要在数字通信信道中传输的信号是数字信号，数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。
另外，还可以存储，时间标度变换，复杂计算处理等。
而模拟信号数字化属信源编码范围，当然信源编码还包括并/串转换、加密和数据压缩。
这里重点讨论模拟信号数字化的基本方法——脉冲编码调制，而模拟信号数字化的过程（得到数字信号）一般分三步：抽样、量化和编码。
本文讲述了PCM（脉冲编码调制）的简单介绍，以及PCM编码的原理，并分别对PCM的各个过程，如基带抽样、带通抽样、13折线量化、PCM编码以及PCM 译码进行了详细的论述，并对各过程在MATLAB7.0上进行仿真，通过仿真结果，对语音信号的均匀量化以及非均匀量化进行比较，我们得出非均匀量化教均匀量化更加有优势。
关键词：脉冲编码调制抽样非均匀量化编码译码AbstractIn the digital communication channel signal is digital signal transmission, digital transmission with the microelectronics and computer technology, its advantages become increasingly evident, the advantage of strong anti-interference, distortion, transmission characteristics of stable, long-distance relay is not the accumulation of noise Can also be effective encoding, decoding and security codes to improve the effectiveness of communications systems, reliability and confidentiality.Digitized analog signal range of source coding is, of course, also include the source code and / serial conversion, encryption and data compression. This focus on the simulation of the basic methods of digital signals - pulse code modulation, while the analog signal the digital process (to get digital signals) generally three steps: sampling, quantization and coding.This paper describes the PCM (pulse code modulation) in a brief introduction, and the PCM coding theory, and were all on the PCM process, such as baseband sampling, bandpass sampling, 13 line quantization, PCM encoding and decoding PCM a detailed Are discussed and the process is simulated on MATLAB7.0, the simulation results, the uniformity of the speech signal quantification and comparison of non-uniform quantization, we have come to teach non-uniform quantization advantage of more than uniform quantizationKeywords：Pulse Code Modulation Sampling Non-uniform quantization Coding Decoding目录1 前言 (1)2 PCM原理 (2)2.1 引言 (2)2.2 抽样(Sampling) (3)2.2.1. 低通模拟信号的抽样定理 (3)2.2.2 抽样定理 (4)2.2.3. 带通模拟信号的抽样定理 (7)2.3 量化（Quantizing） (8)2.3.1 量化原理 (8)2.3.2均匀量化 (10)2.3.3 非均匀量化 (11)2.4 编码（Coding） (18)2.5 译码 (24)2.6 PCM处理过程的其他步骤 (26)2.7 PCM系统中噪声的影响 (27)3 算例分析 (29)3.1 无噪声干扰时PCM编码 (30)3.2 噪声干扰下的PCM编码 (36)结论 (42)致谢 (43)参考文献 (44)附录 (45)1 前言数字通信系统中信道中传输的是数字信号，数字传输随着微电子技术和计算机技术的发展，其优越性日益明显，优点是抗干扰强、失真小、传输特性稳定、远距离中继噪声不积累、还可以有效编码、译码和保密编码来提高通信系统的有效性，可靠性和保密性。
通信原理讲义-第四章PCM体制
在第 2 折线段，间隔取 16 个，均匀划分间隔，间 隔值取 4。量化电平取每间隔的中点，即有如下表格： 对应 x 的输入区 量化电 量化电平 编码器输出 间 平值 编号 编码 64-68 66 33 10100000 68-72 70 34 10100001 72-76 74 35 10100010 124-128 126 48 10111111
2）均匀量化和非均匀量化
对输入信号幅度x，如果量化选择的区间 长度均相等，则为均匀量化，否则为非 均匀量化。例如： 在-1及+1之间，取四个量化区间，分别 为[-1，-0.5）、 [-0.5，-0）、 [0， 0.5）、 [0.5，1]，则为均匀量化。
区间1 区间2 区间3 区间4
-1
-0.5
量化编码带来的误差
例如：发送端用两位编码（00，01，10，11）表示0 到1之间的模拟值 即：00对应[0，0.25）； 01对应[0.25，0.5） 10对应[0.5，0.75）；11对应[0.75，1] 在接收端，一旦接收到00则认为其电平为0.125， 这就意味着尽管发送端输入的是不同的模拟信号，例 如0.1，0.2，但因二者经量化编码后的结果均为00， 接收端得到的编码均是00，故恢复出的电平值相同， 都是0.125。 可见模拟信号的信息会因量化而损失，这种误差被称 为量化误差，量化误差是不可恢复的。
在实际应用中，A律输入的动态范围并未 归一化为 [-1，1]，而是[-4096，+4096] 至于-4096到+4096对应的实际输入电压 是多大，可以在具体应用中自行确定， 例如可以是5V，也可以是12V甚至是 220V。
量化电平（离散幅度）的取法 及编码方法（A律）
《数字通信》练习册及答案
《数字通信》练习册答案练习一一、判断：1．TDM（时分复用通信）信号一定是数字信号。
（F ）2．话音信号是一种模拟信号。
（ T ）3．数字通信是指送往信道上传输的信号是数字信号的通信系统。
（ T ）4．数字通信是指发送端信源到接收端信宿之间的信号是数字信号的通信系统。
（ F ）5. 数字通信的信源必须是发送数字信号。
（ F ）二、选择：1. 语音信号是（A，B ）。
A 模拟信号B 连续信号C 数字信号D 离散信号2. 图象信号是（A，B ）。
A 模拟信号B 连续信号C 数字信号D 离散信号三、名词解释：1.数字信号数字信号：信号的变化在时间和数值上是离散的，这种信号称数字信号。
2.数字通信信源发出的信息经变换和处理后，送往信道上传输的信号是数字信号的通信系统称为数字通信系统。
四、填空：1. 模拟信号和数字信号的主要区别是（在于幅度的取值是离散还是连续的）。
2. 通信网由（终端）（交换系统）（传输系统）三要素组成。
五、简答及画图：1.简述数字通信主要特点。
a.抗干扰能力强，无噪声积累。
b.便于加密处理。
c.便于采用时分多路复用传输。
d.设备利于集成化，小型化。
e.占用频道宽，（PCM通信中一路数字电话占用频带宽为64KHZ )。
数字通信方式与模拟通信方式相比，其最主要的优点是抗干扰性强、无噪声积累。
2.画出话音数字通信系统构成框图，简述各部分作用。
信源(宿):发送（接收）信息的地方 信源编(解)码：A/D(D/A)变换 信道编(解)码:码型变换(反变换)调制(解调):将基带信号变换成频带信号(反变换) 信道:传递信号的通道3.画出数据通信系统组成框图，简述各部分作用。
信源(宿):发送（接收）信息的地方 信道编(解)码:码型变换(反变换)调制(解调):将基带信号变换成频带信号(反变换) 信道:传递信号的通道4.画出基带传输数字通信系统组成框图，简述各部分作用。
信源(宿):发送（接收）信息的地方 信源编(解)码：A/D(D/A)变换 信道编(解)码:码型变换(反变换) 信道:传递信号的通道 5.画出时分多路复用示意图，并简述工作原理。
PCM编码规则
第五章 脉冲编码调制本章内容：● 引言● 脉冲编码调制(PCM)基本原理● 低通与带通抽样定理● 实际抽样● 模拟信号的量化● PCM编码原理引言模拟信号数字传输的步骤：（1） 把模拟信号数字化，即模数转换（A/D）（2） 数字传输（3） 把数字信号还原为模拟信号，即数模转换（D/A）。
说明：由于A/D，D/A变换的过程通常由信源编（译）码器实现，所以我们把发端的A/D变换称为信源编码，而收端的D/A变换称为信源译码，如语音信号的语音编码。
模拟信号数字化的方法：大致可划分为波形编码和参量编码两大类。
波形编码：直接把时域波形变换为数字序列，比特率通常在16kb/s~64kb/s；目前用的最普遍的Δ波形编码方法有PCM和M。
参量编码：利用信号处理技术，提高语音信号的特征参量，再变换为数字代码，起比特率在16kb/s 以下。
5.1 PCM基本原理PCM概念是1937年又法国工程师Alec Reeres最早提出来的。
脉冲编码调制简称脉码调制，是一种将模拟语音信号变换成数字信号的编码方式，主要包括：抽样、量化、编码。
图1 PCM 原理图抽样：把连续时间模拟信号转换成离散时间连续幅度的抽样信号。
量化：把离散时间连续幅度的抽样信号转换成离散时间离散幅度的数字信号。
编码：将量化后的信号编码形成一个二进制码输出。
国际标准化的PCM 码是一位码代表一个抽样值。
说明：（1）预滤波：把原始语音信号的频带（40~10000Hz 左右）限制在300~3400Hz 标准的长途模拟电话的频带内。
（2）在解调器过程中，一般采用抽样保持电路，所以LPF 均需要采用x/sinx 型频率响应以补偿抽样保持电路引入的频率失真sinx/x 。
（3）的失真主要来源于量化以及信道传输误码，通常用信号与量化噪声的功率比（S/N ）来表示。
（4）PCM 编码过程是模拟信号调制一个二进制脉冲序列，载波是脉冲序列，调制改变脉冲序列的有无或“1”，“0”，所以PCM 称为脉冲编码调制。
第3章语音信号编码
PCM通信系统的构成
PCM通信系统由三个部分构成：模/数变换、信道部分、 数/模变换。 （1）模/数变换
包括抽样、量化、编码三步。 抽样：把模拟信号在时间上离散化，变为脉冲幅度调 制(PAM)信号。 量化：把PAM信号在幅度上离散化，变为量化值(共 有N 个量化值)。 编码：用二进码来表示 N个量化值，即把离散的幅度 值变换为数字信号。
11
低通型信号的抽样
抽样的实现
12
低通型信号的抽样
2、低通型信号的抽样定理
模拟信号的频率范围为 f 0 ∽ f M ， B f M f0 f0 B 低通型信号（话音信号等） f0 B 带通型信号
抽样信号频谱的频率成分：
原始频带： f0 ∽ f M
nfs 的上、下边带
抽样频率： f s
1 T
5
PCM通信系统的构成
6
PCM通信系统的构成
（2）信道部分 信道部分包括传输线路及再生中继器。
再生中继器：消除叠加在信号上的噪声干扰，还原成 发送的数字信号。
7
PCM通信系统的构成
（3）数/模变换 接收端首先利用再生中继器消除数字信号中的噪
声干扰，然后进行数/模变换。数/模变换包括解码和低 通两部分。 解码——解码是编码的反过程，解码后还原为PAM信 号(假设忽略量化误差——量化值与PAM信号样值之差)。 低通——收端低通的作用是恢复或重建原模拟信号。
混合编码 在参量编码的基础上，引 子带编码 入一定的波形编码的特征。
2
PCM通信系统的构成
2、脉冲编码调制(PCM) 的概念 PCM——是对模拟信号的瞬时抽样值量化、编码，以将 模拟信号转化为数字信号。
由此构成的数 字通信系统称 为PCM通信系统。
pcm编码原理
pcm编码原理PCM编码原理。
PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制是一种常用的数字信号处理技术，它将模拟信号转换为数字信号，广泛应用于语音、音频和视频等领域。
本文将介绍PCM编码的原理及其在数字通信中的应用。
PCM编码的原理是通过对模拟信号进行采样、量化和编码，将连续的模拟信号转换为离散的数字信号。
首先，模拟信号经过采样器进行采样，将连续的模拟信号转换为一系列离散的采样值。
然后，采样值经过量化器进行量化，将连续的幅度值转换为一系列离散的量化级别。
最后，量化后的采样值经过编码器进行编码，将量化级别转换为对应的二进制码字。
这样就得到了一系列离散的数字信号，即PCM信号。
在PCM编码中，采样频率、量化位数和编码方式是关键参数。
采样频率决定了信号的采样率，影响了信号的频率响应范围，常见的采样频率有8kHz、16kHz、44.1kHz等。
量化位数决定了信号的动态范围和分辨率，常见的量化位数有8位、16位、24位等。
编码方式通常采用直接编码或补偿编码，用于将量化级别转换为二进制码字。
PCM编码在数字通信中有着重要的应用。
在数字音频中，CD音质采用16位PCM编码，采样频率为44.1kHz，能够还原出高质量的音频信号。
在数字通信中，PCM信号可以通过数字信道进行传输，保证了信号的稳定性和可靠性。
此外，PCM编码还可以通过压缩算法进行数据压缩，减小数据量，提高传输效率。
总之，PCM编码是一种重要的数字信号处理技术，通过采样、量化和编码将模拟信号转换为数字信号，广泛应用于语音、音频和视频等领域。
在数字通信中，PCM编码保证了信号的稳定传输，为数字通信技术的发展提供了重要支持。
pcm实验报告
pcm实验报告PCM实验报告一、引言PCM（Pulse Code Modulation）脉冲编码调制技术是一种将模拟信号转换成数字信号的方法，广泛应用于音频、视频和通信领域。
本实验旨在探究PCM技术的原理和应用，并通过实验验证其性能。
二、实验目的1. 了解PCM技术的基本原理；2. 掌握PCM编码和解码的方法；3. 分析PCM编码中的量化误差，并评估其对信号质量的影响；4. 实现PCM编码解码的算法，并验证其正确性。
三、实验原理1. PCM编码原理PCM编码过程主要包括采样、量化和编码三个步骤。
首先，模拟信号经过采样器以一定的频率进行采样，将连续的模拟信号转换为离散的样值。
然后，采样值经过量化器进行量化处理，将连续的幅度值转换为离散的量化级别。
最后，量化后的数值通过编码器进行编码，生成对应的二进制码流。
2. PCM解码原理PCM解码过程与编码相反，主要包括解码和重构两个步骤。
首先，接收到的PCM码流通过解码器进行解码，将二进制码流转换为量化级别。
然后，解码后的量化级别通过重构器进行重构，恢复为连续的模拟信号。
四、实验步骤1. 实现PCM编码算法根据PCM编码原理，编写程序实现采样、量化和编码的过程。
通过输入模拟信号，输出对应的PCM码流。
2. 实现PCM解码算法根据PCM解码原理，编写程序实现解码和重构的过程。
通过输入PCM码流，输出对应的模拟信号。
3. 信号质量评估通过对比原始模拟信号和解码后的模拟信号，分析量化误差对信号质量的影响。
采用信噪比（SNR）作为评估指标，计算解码后信号与原始信号之间的信噪比。
五、实验结果与分析1. PCM编码结果将一段音频信号输入PCM编码算法，得到对应的PCM码流。
通过观察PCM码流的波形和频谱，可以验证编码的正确性。
2. PCM解码结果将PCM码流输入PCM解码算法，得到对应的模拟信号。
通过比较解码后的模拟信号与原始信号的波形和频谱，评估解码算法的准确性。
3. 信号质量评估结果根据解码后的模拟信号和原始信号计算信噪比，得到评估结果。
调制编码的种类及原理-概述说明以及解释
调制编码的种类及原理-概述说明以及解释1.引言1.1 概述调制编码是一种在通信过程中用于将信息从其原始形式转换成适合传输和存储的信号形式的技术。
它是通信领域中不可或缺的关键技术之一。
调制编码的种类繁多，每种种类都有其独特的应用和优势。
调制编码的目的是通过将原始的数字数据转换为模拟信号或数字信号，以便在信道中传输。
通过调制编码，可以将数字信号转换为模拟信号，从而可以通过模拟信道进行传输。
同时，调制编码还可以将数字信号转换为数字信号，以便通过数字信道进行传输，从而更好地兼容数字通信系统。
调制编码的原理是通过一定的编码规则将输入的数字信息转换为特定的信号模式。
这些信号模式可以是连续的模拟信号，也可以是离散的数字信号。
不同的调制编码方法采用不同的编码规则和映射方式，以便实现在不同信道条件下的高效、可靠的信息传输。
在本文中，我们将讨论几种常见的调制编码的种类和原理。
我们将介绍调幅调制（AM）、频率调制（FM）、相位调制（PM）等模拟调制编码，以及脉冲编码调制（PCM）、正交振幅调制（QAM）等数字调制编码。
我们将详细介绍每种调制编码的基本原理、优势和应用场景，以便读者更好地理解和运用调制编码技术。
通过对调制编码的种类和原理进行全面的介绍，读者将能够更好地理解和应用调制编码技术，并在实际的通信系统中进行选取和优化，从而实现高效、可靠的信息传输。
在接下来的章节中，我们将详细阐述每种调制编码的种类和原理，并总结其应用和优势。
1.2 文章结构本文主要分为引言、正文和结论三个部分。
在引言部分，我们将对调制编码的种类及原理进行一个简单的概述，介绍文章的结构和目的，让读者对文章有一个整体的了解。
在正文部分，我们将详细讨论调制编码的种类和原理。
首先，我们将介绍调制编码的种类，包括常见的调幅、调频和调相编码等，对每种编码方法进行详细的解释和分析。
然后，我们将探讨调制编码的原理，包括数字信号与模拟信号的转换过程、调制器和解调器的工作原理等。
数字通信原理第二章 PCM
说明：平顶抽样的脉冲振幅调制信号的频谱是由H(w) 加权平均后的周期性重复的频谱M(w)所组成。
• 孔径失真：由平顶保持带来的频率失真。
措施：将信号通过一个孔径失真补偿低通滤波器。
43
• 在实际应用中，恢复信号的低通滤波器也不可 能是理想的，因此考虑到实际滤波器可能实现的 特 性 ， 抽 样 速 率 fs 要 比 2fH 选 的 大 一 些 ， 一 般 fs=
39
1 自然抽样
定义：抽样后的脉冲幅度（顶部）随被抽样信号变
化，或者说保持了抽样信号的变化规律。
抽样信号波形与频谱
•说明：理想抽样的抽样值为时间离散幅度连 续的模拟信号，原时间连续信号 将被所得到 的抽样值完全确定。但由于理想冲激序列 的 高度为无穷，实际中无法实现。 实际中，采用的是平顶抽样。
40
（2.5~3）fH。例如语音信号频率一般为 300~3400
Hz，抽样速率fs一般取8000 Hz。 •以上按自然抽样和平顶抽样均能构成PAM通信系 统，也就是说可以在信道中直接传输抽样后的信 号，但由于它们抗干扰能力差，目前很少实用。 它已被性能良好的脉冲编码调制(PCM)所取代。
44
2.3.4 与抽样有关的误差
N q E m m q 2 x m q 2 f ( x ) dx
56
说明：量化误差的平均功率与量化间 隔的分割有关，如何使量化误差的平 均功率最小，是量化器的理论所要研 究的问题。 均匀量化：量化间隔是均匀的 △vi=△v 非均匀量化：量化间隔是非均匀的 △vi≠常数
57
2.4.1 均匀量化
127a律13折线非线性码与线性码间的关系128?712变换关系在译码器中都有一个加2电路在有效码后加1等效于将量化电平移到量化间隔的中间因此其最大量化误差一定不会超过位于第8段的序号为3的量化级7位幅度码1110011对应的分层电平为1216则译码输出为1216i212166421248量化误差为1260124812642不是44
第3讲信源编码PCM(抽样与标量量化)
x(kTs
)
sin2 fH (t kTs 2 fH (t kTs)
)
重建信号的 内插公式
带通抽样定理：一个受限于
（ fL ，fH）的带通模拟信号，其
带宽为B
=
(
fH
-
fL
)，则f H ： R
B
其中R必为一个正实数，则其可
被表示为R = m + k，fH 其 中R B k为 ( 一m k )B m B k B 个不大于R的最大整数，则m必
fs 2fH
低通抽样定理：一个频带限定在
（0，fHT）s 内12的fH连续模拟信号x(t)，
如果以
秒的间隔对其进
行等间隔抽样，Ts (则t ) x(t)将被所得 到的抽样值完全确定
脉冲序列信 号 ：间隔为Ts的
一串Ts脉(t)冲 ，即(t为kT一s)个周期信号 k
Ts
(f)1
(f
Ts k
kfs)
带在通频抽率样轴定上理延拓
fL、3 fffsfHHs 与2f2(s(m1之fs间mk))B的Bfs关k2系：X0( f
k
)fH
k f2s
fs
2 ffsLm 当当 k2mm3f==sf01s时时B取取2m 的得最最小大值值，，24BB
fs2B2(1k)B2BkB
fHffsLm in f2 s k fH X s2 ((fm ) kk)B fs 2 f(L1 fHm k)B
它的平均功率：
其中p(x)为输入信N 号q的E 概 率eq 2 密 度k M 1x x kk 1(xyk)2p(x)dx
函数，将积分区域分为M个量化
区间：
Sq Eyk2
M k1
xk xk1
通信原理第3章 脉冲编码调制(PCM)
第3章 脉冲编码调制(PCM)
下面举2个例题来说明其编码方法：
例题1 设输入取样值I S 444个量化单位(444), 试按A律13折线编出8位码. 解 : (1)由于取样值为正, 故M 1 1 (2)由于256 I S 512, 位故位于第6段, 得M 2 M 3 M 4 101 (3)确定段内码M 5 M 6 M 7 M 8 M 5 : I W 256 128 384, I S I W , 故取M 5 1 M 6 : I W 384 64 488, I S I W , 故取M 6 0 M 7 : I W 384 32 416, I S I W , 故取M 7 1 M 8 : I W 416 16 432, I S I W , 故取M 8 1 (4)最后得 : M 1 M 2 M 3 M 4 M 5 M 6 M 7 M 8 11011011
第3章 脉冲编码调制(PCM)
A律 PCM
量化级数为256→一个码组的长度为8位
编码方法
自然码(NBC，Natural Binary Code） 折叠码(FBC，Folded Binary Code）
PCM采用折叠码进行编码
格雷码(RBC，Grayor Reflected Binary Code）
压缩器：对弱小信号有比较大的放大倍 数（增益），而对大信号的增益却比较 小→对大信号压缩； 扩张器：特性与压缩器相反→对小信号 压缩，对大信号扩张； 要求压缩特性与扩张特性合成后是一条 直线。
第3章 脉冲编码调制(PCM)
y
1
压缩特性
1
0
1
1 x
扩张特性
第3章 脉冲编码调制(PCM)
对数压缩
PCM
在数字电视中取样频率的选择应该从以下 四个方面考虑： 四个方面考虑：
（1）满足奈奎斯特取样定理，即抽样频率应该 ）满足奈奎斯特取样定理， 大于视频带宽的两倍。 大于视频带宽的两倍。
最大是6MHz 因此有： 6MHz， 亮度信号带宽 最大是6MHz，因此有：
（2）为了保证取样结构是固定正交的，取样频 ）为了保证取样结构是固定正交的， 率应该是行频f 率应该是行频 过γ校正的图像信号 一般都采用均匀量化， 校正的图像信号， 对于经过 校正的图像信号，一般都采用均匀量化， 即用线性编码。 即用线性编码。
满量程量化信噪比： 满量程量化信噪比：
S = 20 lg 2 n 12 ≈ 6n + 10.8 (dB) N rms
1．全电视信号编码 ．
• 取样频率 实践证明，抽样频率取2.5倍左右比较合 实践证明，抽样频率取 倍左右比较合 适，此外还要考虑 满足取样定理： ①取样频率 fS 满足取样定理：当 fS＝3 fSC 的差频将落在Y 或 fS＝4 fSC时， fS与 fSC的差频将落在 信号的频谱间隙中。 信号的频谱间隙中。 应使取样点在屏幕中的位置固定， ② 应使取样点在屏幕中的位置固定，且满 足正交取样条件。 足正交取样条件。
数字电视信号的产生 • 脉冲编码调制PCM 脉冲编码调制 信号数字化需要完成采样、量化、编码三步。 信号数字化需要完成采样、量化、编码三步。
1. 采样：用每隔一定时间（或空间）间隔的信 采样：用每隔一定时间（或空间） 号样本序列代替原来在时间（或空间） 号样本序列代替原来在时间（或空间）上连 续的信号。即将模拟信号离散化。 续的信号。即将模拟信号离散化。
• 考虑到抽样频率对525行/60场和625行/50场的兼容性， 考虑到抽样频率对525 /60场和625行/50场的兼容性 525行 场和625 场的兼容性， 规定亮度抽样频率为13.5MHz 13.5MHz， 规定亮度抽样频率为13.5MHz，色差抽样频率为亮度信号 抽样频率的1/4 1/4（ 抽样频率的1/4（1或2）倍 例如色差的抽样频率选择为2 例如色差的抽样频率选择为2×１/4,因此称为4:2:2标准 /4,因此称为4:2:2标准 因此称为4:2:2 是DVD、数字电视、HDTV 以及其它消费类视频设备的 DVD、数字电视、 最常用格式。 最常用格式。 抽样空间结构: 在每条扫描线上每4 抽样空间结构: 在每条扫描线上每4个连续的采样点取 个亮度Y样本、 个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb Cr样本和 Cb样本 4个亮度Y样本、2个红色差Cr样本和2个蓝色差Cb样本 RB- 的抽样频率分别为13.5MHz Y / R-Y / B-Y的抽样频率分别为13.5MHz /6.75MHz /6.75MHz
- 1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
- 2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
- 3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。
频带宽度有时称必要带宽。
系指为保证某种发射信息的速率和质量所需占用的频带宽度容许值，以赫（Hz）、千赫（KHz）、兆赫（MHz）表示。
曼彻斯特编码曼彻斯特编码，常用于局域网传输。
在曼彻斯特编码中，每一位的中间有一跳变，位中间的跳变既作时钟信号，又作数据信号；从高到低跳变表示"1"，从低到高跳变表示"0"。
还有一种是差分曼彻斯特编码，每位中间的跳变仅提供时钟定时，而用每位开始时有无跳变表示"0"或"1"，有跳变为"0"，无跳变为"1"。
两种曼彻斯特编码是将时钟和数据包含在数据流中，在传输代码信息的同时，也将时钟同步信号一起传输到对方，每位编码中有一跳变，不存在直流分量，因此具有自同步能力和良好的抗干扰性能。
但每一个码元都被调成两个电平，所以数据传输速率只有调制速率的1/2。
就是说主要用在数据同步传输的一种编码方式。
为什么信号的频带宽度与其持续时间近似成反比?简单说：一个脉冲是很多正弦波组合而成的，脉冲越窄，为实现其波形就要更多的幅度更大的其它正弦波。
为什么是这样呢，看看傅里叶变换吧！为什么数字信号占的带频比模拟更宽，基础是什么，怎样判断数字信号是方波，方波的频谱是全频的，所以，他把全部带宽都占了！模拟的是带通，肯定占得少。
基带传输中常用的编码方案是什么？怎么用？千里之行，始于足下--基带传输与曼彻斯特编码直接使用数字信号传输数据时，数字信号几乎要占用整个频带，终端设备把数字信号转换成脉冲电信号时，这个原始的电信号所固有的频带，称为基本频带，简称基带。
在信道中直接传送基带信号时，称为基带传输。
大多数局域网（LAN）使用的都是基带传输。
使用基带传输时，数字数据由许多不同形式的电信号的波形来表示。
表示二进制数字的码元的形式不同，便产生出不同的编码方案。
主要有单极性不归零码、单极性归零码、双极性不归零码、双极性归零码、曼彻斯特码和差分曼彻斯特码等。
其中两种曼彻斯特编码都得到了广泛的应用。
曼彻斯特编码最大的优点是，无论编码怎样变化，脉冲中每发生一次跳变，不是在同步脉冲开始位置就是在中间位置。
也就是说，发送端在发送曼彻斯特编码的时候，同时也把同步信号（每位的中间时刻）告诉接收端，这对接收端先提取同步信号，然后再检测数字信号，是非常有利的。
骑上飞驰的骏马--频带传输采用模拟信号传输数据时，往往只占用有限的频带，对应基带传输将其称为频带传输。
使用模拟信号传输数字数据时，需要借助于调制解调装置，把数字信号（基带脉冲）转换成模拟信号，使其变为适合于电话线路传输的信号。
调制就是用基带脉冲对载波波形的某些参量进行控制，使这些参量随基带脉冲变化。
经过调制的信号称为已调信号。
已调信号通过线路传输到接收端，在接收端通过解调恢复为原始基带脉冲。
一、基带传输系统的组成基带传输系统的组成框图如图4.1所示。
它主要由码波形变换器、发送滤波器、信道、接收滤波器和取样判决器等5个功能电路组成。
（图）基带传输系统的输入信号是由终端设备编码器产生的脉冲序列，为了使这种脉冲序列适合于信道的传输，一般要经过码型变换器，码型变换器把二进制脉冲序列变为双极性码（AMI码或HDB3码），有时还要进行波形变换，使信号在基带传输系统内减小码间干扰。
当信号经过信道时，由于信道特性不理想及噪声的干扰，使信号受到干扰而变形。
在接收端为了减小噪声的影响，首先使信号进入接收滤波器，然后再经过均衡器，校正由于信道特性（包括接收滤波器在内）不理想而产生的波形失真或码间串扰。
最后在取样定时脉冲到来时，进行判决以恢复基带数字码脉冲。
二、数字基带信号传输码型的要求1、有利于提高系统的频带利用率2、基带信号应不含直流分量同时低频分量要尽量少，因为由于变压器的接入，使信道具有低频截止特性。
3、考虑到码型频谱中高频分量的影响电缆中线对间由于电磁辐射而引起的串话随频率升高而加剧，会限制信号的传输距离或传输容量。
4、基带信号应具有足够大的定时信号供提取5、基带信号的传输码型应具有误码检测能力6、码型变换设备简单，容易实现三、常用的基带传输码型常见的传输码型有NRZ码、RZ码、AMI码、HDB3码及CMI码，其中最适合基带传输的码型是HDB3码。
另外，AMI码也是CCITT建议采用的基带传输码型，但其缺点是当长连"0"过多时对定时信号提取不利。
CMI码一般作为四次群的接口码型。
四、数字信号传输的基本准则1、奈奎斯特第一准则如何才能保证信号在传输时不出现或少出现码间干扰，这是关系到信号可靠传输的一个关键问题。
奈奎斯特对此进行了研究，提出了不出现码间干扰的条件：当码元间隔T的数字信号在某一理想低通信道中传输时，若信号的传输速率位Rb=2fc（fc 为理想低通截止频率），各码元的间隔T=1/2fc，则此时在码元响应的最大值处将不产生码间干扰，且信道的频带利用率达到极限，为2(b/s)·Hz。
上述条件是传输数字信号的一个重要准则，通常称为奈奎斯特第一准则。
即传输数字信号所要求的信道带宽应是该信号传输速率的一半BW=fc=Rb/2=1/2T当满足这一条件时，其它码元的拖尾振幅在对应于某一码元响应的最大值处刚好为零。
2、滚降低通幅频特性实际传输中，不可能有绝对理想的基带传输系统，这样一来，不得不降低频带利用率，采用具有奇对称滚降特性的低通滤波器作为传输网络。
根据推导得出结论：只要滚降低通的幅频特性以点C(fc,1/2)呈奇对称滚降，则可满足无码间干扰的条件（此时仍需满足传输速率=2fc）。
滚降系数：a=[(fc+fa)-fc]/fc用滚降低通作为传输网络时，实际占用的频带展宽了，则传输效率有所下降，当a=100%时，传输效率即频带利用率只有1(b/s)·Hz，比理想低通小了一半。
3、眼图眼图能直观地表明数字信号传输系统出现码间干扰和噪声的影响，能评价一个基带系统的性能优劣。
五、再生中继传输基带数字信号在传输过程中，由于信道本身的特性及噪声干扰使得数字信号波形产生失真。
为了消除这种波形失真，每隔一定的距离加一再生中继器，由此构成再生中继系统。
再生中继系统的特点是无噪声积累，但有误码率的累积。
再生中继器由三大部分组成：均衡放大、时钟提取和判决再生。
PCM:也就是脉码调制(Pulse Code Modulation) 。
是一种对模拟信号数字化的取样技术，特别是对于音频信号。
PCM 对信号每秒钟取样8000 次；每次取样为8 个位，总共64 kbps 。
取样等级的编码有二种标准。
北美洲及日本使用Mu-Law 标准，而其它大多数国家使用A-Law 标准．描述： E+E光端机链路接口：光接口（155M）；用户接口：用户可搭配配置如下（4*E1，8*E1，12*E1，16*E1，4*E1+100M，8*E1+100M，12*E1+100M，16*E1+100M）。
用户还可选配1路公务电话或2路（FXO，FXS，2/4线音频，2/4线EM）。
在频分制载波系统中，高次群系统是由若干个低次群信号通过频谱搬移并叠加而成。
例如，60路载波是由5个12路载波经过频谱搬移叠加而成；1800路载波是由30个60路载波经过频谱搬移叠加而成。
?在时分制数字通信系统中，为了扩大传输容量和提高传输效率，常常需要将若干个低速数字信号合并成一个高速数字信号流，以便在高速宽带信道中传输。
数字复接技术就是解决PCM信号由低次群到高次群的合成的技术。
?2.1 PCM复用与数字复接扩大数字通信容量有两种方法。
一种方法是采用PCM30/32系统(又称基群或一次群)复用的方法。
例如需要传送120路电话时，可将120路话音信号分别用8kHz抽样频率抽样，然后对每个抽样值编8位码，其数码率为8000×8×120=7680kbit/s。
由于每帧时间为125微秒，每个路时隙的时间只有1微秒左右，这样每个抽样值编8位码的时间只有1微秒时间，其编码速度非常高，对编码电路及元器件的速度和精度要求很高，实现起来非常困难。
但这种方法从原理上讲是可行的，这种对120路话音信号直接编码复用的方法称PCM复用。
另一种方法是将几个(例如4个)经PCM复用后的数字信号(例如4个PCM30/32系统)再进行时分复用，形成更多路的数字通信系统。
显然，经过数字复用后的信号的数码率提高了，但是对每一个基群编码速度没有提高，实现起来容易，目前广泛采用这种方法提高通信容量。
由于数字复用是采用数字复接的方法来实现的，又称数字复接技术。
?数字复接系统由数字复接器和数字分接器组成，如图3－5所示。
数字复接器是把两个或两个以上的支路(低次群)，按时分复用方式合并成一个单一的高次群数字信号设备，它由定时、码速调整和复接单元等组成。
数字分接器的功能是把已合路的高次群数字信号，分解成原来的低次群数字信号，它由帧同步、定时、数字分接和码速恢复等单元组成。
?? ?时单元给设备提供一个统一的基准时钟。
码速调整单元是把速率不同的各支路信号，调整成与复接设备定时完全同步的数字信号，以便由复接单元把各个支路信号复接成一个数字流。
另外在复接时还需要插入帧同步信号，以便接收端正确接收各支路信号。
分接设备的定时单元是由接收信号中提取时钟，并分送给各支路进行分接用。
?数字复接的方法主要有按位复接、按字复接和按帧复接三种。
按位复接又叫比特复接，即复接时每支路依次复接一个比特。
图3－7(a)所示是4个PCM30/32系统时隙(CH1话路) 的码字情况。
图3－7(b)是按位复接后的二次群中各支路数字码排列情况。
按位复接方法简单易行，设备也简单，存储器容量小，目前被广泛采用，其缺点是对信号交换不利。
图3－7 (c)是按字复接，对PCM30/32系统来说，一个码字有8位码，它是将8位码先储存起来，在规定时间四个支路轮流复接，这种方法有利于数字电话交换，但要求有较大的存储容量。
按帧复接是每次复接一个支路的一个帧(一帧含有256个比特)，这种方法的优点是复接时不破坏原来的帧结构，有利于交换，但要求更大的存储容量。
?2.3 数字复接中的码速变换?几个低次群数字信号复接成一个高次群数字信号时，如果各个低次群(例如PCM30 /32系统)的时钟是各自产生的，即使它们的标称数码率相同，都是2048kbit/s，但它们的瞬时数码率也可能是不同的。
因为各个支路的晶体振荡器的振荡频率不可能完全相同(CCIT规定PCM 30/32系统的瞬时数码率在2048kbit/s±100bit/s)，几个低次群复接后的数码就会产生重叠或错位，如图3－8所示。
这样复接合成后的数字信号流，在接收端是无法分接恢复成原来的低次群信号的。