PCM通信设备基本原理介绍ppt
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PCM原理及应用
通信技术培训
PCM接入设备 基本原理及应用
SDH、PCM组网结构
音频电缆 同轴电缆
光纤
同轴电缆 音频电缆
程
控
交
PCM
SDH
换 机 VDF
DDF
ODF
话
SDH
PCM
路
终
ODF
DDF
VDF 端
语音信号——货物，PCM——装卸车间，E1（2M）通道——货箱， SDH——火车站，光纤——铁路，光信号——火车。
时分复用：将2048kbit/s的通道分成32份，每份为一 个时隙。E1基群的帧长是256bit，每个时隙长度则是 256÷32 = 8bit。帧周期是125us，即帧频是每秒8000 帧，每时隙速率是8bit×8000 = 64000bit/s = 64kbit/s
• 为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输 往往采用多路复用通信的方式。这里所谓的多路复 用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个 话音信号的技术，有时也将这种技术简称为复用技 术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时 分复用以及码分复用等。
• 常见的低速业务： 1、音频电话（中继接口及话路终端接口） 2、RS-232数字信号 3、四线模拟E/M信号
64kbit/s 64kbit/s 64kbit/s 64kbit/s 64kbit/s
64kbit/s
30路
...
PCM
2Mbit/s
PCM设备将30路64kbit/s低速通道复接成 2Mbit/s，因此PCM设备也称多路复接设备。
一、PCM接入设备概述
PCM的含义
• PCM：Pulse Code Modulation的缩写， 即：脉冲编码调制。
PCM接入设备 基本原理及应用
SDH、PCM组网结构
音频电缆 同轴电缆
光纤
同轴电缆 音频电缆
程
控
交
PCM
SDH
换 机 VDF
DDF
ODF
话
SDH
PCM
路
终
ODF
DDF
VDF 端
语音信号——货物，PCM——装卸车间，E1（2M）通道——货箱， SDH——火车站，光纤——铁路，光信号——火车。
时分复用：将2048kbit/s的通道分成32份，每份为一 个时隙。E1基群的帧长是256bit，每个时隙长度则是 256÷32 = 8bit。帧周期是125us，即帧频是每秒8000 帧，每时隙速率是8bit×8000 = 64000bit/s = 64kbit/s
• 为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输 往往采用多路复用通信的方式。这里所谓的多路复 用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个 话音信号的技术，有时也将这种技术简称为复用技 术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时 分复用以及码分复用等。
• 常见的低速业务： 1、音频电话（中继接口及话路终端接口） 2、RS-232数字信号 3、四线模拟E/M信号
64kbit/s 64kbit/s 64kbit/s 64kbit/s 64kbit/s
64kbit/s
30路
...
PCM
2Mbit/s
PCM设备将30路64kbit/s低速通道复接成 2Mbit/s，因此PCM设备也称多路复接设备。
一、PCM接入设备概述
PCM的含义
• PCM：Pulse Code Modulation的缩写， 即：脉冲编码调制。
数字通信原理3-PCM
折叠码(FBC) b1 b2 b3 b4
1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 1 1 0 0 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 1 0 1 0 1 0 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1
格雷码(RBC) b1 b2 b3 b4
12
1 Fs (w ) Ts
n
F (w nw
s
)
13
2.3.2 低通型信号抽样
14
2.3.2 低通型信号抽样
低通信号的抽样定理 一个频带限制在 f M 以下的连续信号 m(t ) ，可以唯
1 一的用间隔 T 2 fM
秒的抽样序列来确定。
( T =1/2fM是抽样的最大间隔，被称为奈奎斯特间隔。)
0
t
图2.3 连续信号抽样示意图
8
2.3 抽样的概念及分类
2、抽样的分类
低通型信号抽样
带通型信号抽样
F(w) F(w)
P19
0
w
w
0
w0
w
w
9
2.3.2 低通型信号抽样
f (t ) F (w )
sT (t )
sT (w )
sT t
n
t nT
T 2T 3T
f s (t )
45
PCM 编码~二进制码型的选定
样值脉 冲极性
电平序号
15 14 13 12 11 10 9 8 7 6 5 4 3 2 1 0
自然码(NBC) b1 b2 b3 b4
1 1 1 1 1 1 1 1 0 0 0 0 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 1 1 0 0 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 1 0 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0
PCM原理
PCM基本原理 基本原理
Y轴均分16*8，X轴不均分 1/2 Y轴左为负，右为正为极 性码 X轴非均分五段为段落码 Y轴每段均分16段为分层 码
TS1
极 段 性 落 码 码
分 层 码
A律十三折线示意图
PCM基本原理 基本原理
HDB3编码
HDB3编码规则如下： 当没有出现4个或4个以上连续0时,用交替极性的脉冲表示1,用无脉冲表示0 当出现连续4个或4个以上连续0时,对每个连续4个0的处理方法如下: 每4个连续0的第2,3,4个0改为001,连续4个0的第4个0改为1后的极性与它 前面相邻的1的极性相同(破坏极性交替规则)； 每4个连续0的第1个0的变化取决于它前面相邻的1的情况: － 如果它前面相邻的1的极性与前一个破坏点的极性相反或它本身不是破 坏点，则第一个0仍保持为0； － 如果它前面相邻的1的极性与前一个破坏点的极性相同或者它本身就是 破坏点，则第一个0改为1。 这一规则保证了相继的破坏点具有交替的极性,因而不会引入直流成分， 有利于在网络接口处实现无失真的传输。 HDB3在接收方的恢复规则比较简单，为： 如果两个相邻的极性相同的1之间为3个0，则将后一个1改为0； 如果两个相邻的极性相同的1之间为2个0，则将前后两个1均改为0。
每个帧时隙０ 每个帧时隙０的１至８位
1 2 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 0 1 3 0 A 0 A 0 A 0 A 0 A 0 A 0 A 0 A 4 1 SA4 1 SA4 1 SA4 1 SA4 1 SA4 1 SA4 1 SA4 1 SA4 5 1 SA5 1 SA5 1 SA5 1 SA5 1 SA5 1 SA5 1 SA5 1 SA5 6 0 SA6 0 SA6 0 SA6 0 SA6 0 SA6 0 SA6 0 SA6 0 SA6 7 1 SA7 1 SA7 1 SA7 1 SA7 1 SA7 1 SA7 1 SA7 1 SA7 8 1 SA8 1 SA8 1 SA8 1 SA8 1 SA8 1 SA8 1 SA8 1 SA8
PCM教学课件_PPT课件
下面以一例题说明
例：设输入信号抽样值为+1270个量化单位，试用13折 线特性编码编出对应的8位码。
+1270
设8位码为D1D2D3D4D5D6D7D8
（1）确定极性码D1
由于样值为正，故D1=1
（2）确定段落码D2D3D4
确定D2，取权值128，因1270≥128，D2=1，表示输入信 号抽样值处在后4段。
因此量化噪声对大、小信号的影响大致相同，即改 善了小信号时的量化信噪比。
• 实际中，非均匀量化的实际方法通常是将 抽样值通过压缩再进行均匀量化。通常使
用的压缩器中，大多采用对数式压缩。广 泛采用的两种对数压缩律是 压缩律和A压缩 律。美国采用 压缩律，我国和欧洲各国均
采用A压缩律，因此，PCM编码方式采用的 也是A压缩律。
形和频谱。
）
图1.1.1 理想抽样信号波形及其频谱
由图1.1.1可知，在s 2H (即 fs 2 fH )
的条件下，抽样信号的周期性频谱无混叠现
象，经过截止角频率H 的理想低通滤波器，
既可以无失真的恢复原始信号。 而若s 2H ，则抽样信号的频谱间将
会出现混叠现象，如图1.1.2。显然不能无失 真的恢复原始信号。
001
010
011
10 0
101 11 0
111
起始电平（以 △为单位）
0
16
32 64 128 25 512 1024
6
各段量化台 阶与△的比 1
1
2
4 8 16 32 64
值
当给定样值后，可有各段起始电平值确定样 值属于哪一段，确定后就用该段的段落码表示。
D5D6D7D8：段内码（16个量化级） 当段落码确定之后，接着确定出该量化段
PCM通信设备基本原理
均匀量化：把输入信号的取值域按等间距分割，它是等间隔 的量化。
01 均匀量化
0 1Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts
抽样 0.2 0.4 1.8 2.8 3.6 5.1 6.0 5.7 3.9 2.0 1.2
量化 0.0 0.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.0 4.0 2.0 1.0
数码率
fb=1/0.488=2048 kb/s
03
PCM设备的组成
Basic Composition
PART THREE
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PCM通信设备原理
电力调度中心 2018年8月
目录
01.PCM基本原理 02.PCM基本帧结构 03.PCM设备的组成 04.PCM指示灯含义及常见故障处理
01
PCM基本原理
Fundamentals
PART ONE
01 PCM的概念
PCM:Pulse Code Modulation
所谓PCM，就是脉冲编码调制的简称，具体是把一个时间连 续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字 信号后在信道中传输。
总之，信令实际上就是一种用于控制的信号。
02 共路信令与随路信令
共路信令：把与许多路有关的信令信息，以及诸如网路管理所需的其 它信息，借助于地址码在单一信令信道上传输的方式称为共路信令。
随路信令：在话路内或在固定附属于该话路的信令信道内，传输该路 所需的各种信令的方式称为随路信令。
01 均匀量化
0 1Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts
抽样 0.2 0.4 1.8 2.8 3.6 5.1 6.0 5.7 3.9 2.0 1.2
量化 0.0 0.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.0 4.0 2.0 1.0
数码率
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03
PCM设备的组成
Basic Composition
PART THREE
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PCM通信设备原理
电力调度中心 2018年8月
目录
01.PCM基本原理 02.PCM基本帧结构 03.PCM设备的组成 04.PCM指示灯含义及常见故障处理
01
PCM基本原理
Fundamentals
PART ONE
01 PCM的概念
PCM:Pulse Code Modulation
所谓PCM，就是脉冲编码调制的简称，具体是把一个时间连 续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字 信号后在信道中传输。
总之，信令实际上就是一种用于控制的信号。
02 共路信令与随路信令
共路信令：把与许多路有关的信令信息，以及诸如网路管理所需的其 它信息，借助于地址码在单一信令信道上传输的方式称为共路信令。
随路信令：在话路内或在固定附属于该话路的信令信道内，传输该路 所需的各种信令的方式称为随路信令。
数字通信原理第二章 PCM
18
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
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
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）
pcm原理
PCM原理什么是PCM？PCM是pulse code modulation的缩写。
翻译成中文是脉冲编码调制脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。
脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程。
抽样所谓抽样就是不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。
图1―1是一个抽样概念示意图，假设一个模拟信号f(t)通过一个开关，则开关的输出与开关的状态有关，当开关处于闭合状态，开关的输出就是输入，即y(t)=f(t)，若开关处在断开位置，输出y(t)就为零。
可见，如果让开关受一个窄脉冲串（序列）的控制，则脉冲出现时开关闭合，则脉冲消失时开关断开，此输出y(t)就是一个幅值变化的脉冲串（序列），每个脉冲的幅值就是该脉冲出现时刻输入信号f(t)的瞬时值，因此，y(t)就是对f(t)抽样后的信号或称样值信号。
图1―1 抽样概念示意图图1―2是脉冲编码调制的过程示意图。
图1―2（a）是一个以Ts为时间间隔的窄脉冲序列p(t)，因为要用它进行抽样，所以称为抽样脉冲。
在图1―2（b）中，v(t)是待抽样的模拟电压信号，抽样后的离散信号k(t)的取值分别为k(0)=0.2，k(Ts)=0.4，k(2Ts)=1.8，k(3Ts)=2.8，k(4Ts)=3.6，k(5Ts)=5.1，k(6Ts)=6.0，k(7Ts)=5.7，k(8Ts)=3.9，k(9Ts)=2.0，k(10Ts)=1.2。
可见取值在0～6之间是随机的，也就是说可以有无穷个可能的取值。
在图1―2（c ）中，为了把无穷个可能取值变成有限个，对k(t)的取值进行量化（即四舍五入），得到m(t)。
则m(t)的取值变为m(0)=0.0，m(Ts)=0.0，m(2Ts)=2.0，m(3Ts)=3.0，m(4Ts)=4.0，m(5Ts)=5.0，m(6Ts)=6.0，m(7Ts)=6.0，m(8Ts)=4.0，m(9Ts)=2.0，m(10Ts)=1.0，总共只有0、1、2、3、4、5、6等七个可能的取值。
PCM原理及应用
时分复用：将2048kbit/s的通道分成32份，每份为一 个时隙。E1基群的帧长是256bit，每个时隙长度则是 256÷32 = 8bit。帧周期是125us，即帧频是每秒8000 帧，每时隙速率是8bit×8000 = 64000bit/s = 64kbit/s
• 为了提高通信系统信道的利用率，话音信号的传输 往往采用多路复用通信的方式。这里所谓的多路复 用通信方式通常是指：在一个信道上同时传输多个 话音信号的技术，有时也将这种技术简称为复用技 术。复用技术有多种工作方式，例如频分复用、时 分复用以及码分复用等。
• 时分复用技术（time-division multiplexing, TDM, TDMA）是将不同的信号相互交织在不同的时间段 内，沿着同一个信道传输；在接收端再用某种方法 ，将各个时间段内的信号提取出来还原成原始信号 的通信技术。这种技术可以在同一个信道上传输多 路信号。
三、PCM接口分类
常用的PCM标准接口：
VDF
Rx Tx（对地有电压）
远动 RTU侧
GND数据口Fra bibliotek• 模拟四线接口（4w E/M）
使用六根音频线，分别为收（Rx）两根、 发（Tx）两根、E/M各一根，信号线与地 线（信号地线，非公共接地）之间只有微 弱的交流电压，用万用表难以测量出来。
Rx
Rx
PCM侧 模拟口
Tx Tx
E
M
Rx Rx Tx Tx E M
一、PCM接入设备概述
PCM的含义
• PCM：Pulse Code Modulation的缩写， 即：脉冲编码调制。
• 脉冲编码调制的作用：将模拟信号经抽样 、量化、编码转成标准的数字信号。
• PCM设备的作用： 1、将低速业务转换成数字信号， 并装入64kbit/s通道 2、提供时隙交叉功能和各种标准接口 3、将30路64kbit/s通道复接成2Mbit/s
PCM原理及应用
PCM原理及应用PCM（Pulse Code Modulation）是一种脉冲编码调制技术，通常用于将模拟信号转换为数字信号。
PCM利用采样、量化和编码三个步骤将连续变化的模拟信号离散化为一系列脉冲编码，然后通过传输、存储等方式进行处理和传输。
1.采样：连续的模拟信号经过等间隔的时间采样，将每个采样点的幅值转换为数字形式的样本点。
2.量化：对采样得到的模拟信号样本进行量化处理，将其限定在有限的取值范围内。
量化过程中，将二进制码的位数确定为N位，最大量化误差为±Δ，Δ为量化间隔。
3.编码：将量化后的样本点，通过一定的编码方式进行处理，将其转换为相应的二进制码串。
PCM应用：2.音频存储与播放：音频数据在存储和播放时常使用PCM编码。
将模拟音频信号转换为数字信号，可以有效降低信号丢失和失真，提供更高质量的音频播放效果。
3.彩色视频压缩：在彩色视频压缩中，PCM技术可以用于将RGB信号转换为数字信号。
利用PCM的原理，可以对每个像素点的亮度和色度进行采样和编码，实现对彩色视频的压缩和存储。
4.音频信号处理：PCM被广泛应用于音频信号的数字处理中，常用于音频信号变换、滤波、混音等处理过程。
PCM编码的数字信号具有稳定性和可处理性，方便进行各种音频信号处理。
5.图像处理：在图像处理中，PCM技术可以用于灰度图像的数字化处理。
通过对图像的采样、量化和编码，将图像转换为数字信号，方便进行图像处理和存储。
总结：PCM是一种将模拟信号转换为数字信号的编码技术，通过采样、量化和编码等步骤，将连续的模拟信号离散化为一系列脉冲编码。
PCM广泛应用于通信系统、音频存储与播放、彩色视频压缩、音频信号处理和图像处理等领域，提高了信号传输和处理的效率和质量。
PCM通信设备基本原理
视频会议
在视频传输应用场景中，PCM通信设备可以实现视频信号的同步传输，支持多人视频 会议的开展。
06 PCM通信设备发展趋势 与挑战
PCM通信设备发展趋势
5G/6G通信技术融合
物联网与智能家居的普及
随着5G/6G通信技术的快速发展， PCM通信设备将进一步融合5G/6G技 术，提升数据传输速度和稳定性。
数据传输应用场景
数据传输
PCM通信设备在数据传输应用场景中，可以将各种数据信号进行数字化处理后进行传输，如文件传输 、网络数据传输等。
远程控制
利用PCM通信设备，可以实现远程控制功能，对远程设备进行操作和管理。
视频传输应用场景
视频监控
通过PCM通信设备，可以将视频信号进行数字化处理后进行传输，实现视频监控功能。
数据安全与隐私保护
随着数据传输量的增加，PCM通信设备需要加强数据安全和隐私 保护措施，确保数据传输的安全性和可靠性。
设备兼容性问题
不同品牌和型号的PCM通信设备可能存在兼容性问题，需要加强 设备间的互通性和标准化工作。
THANKS FOR WATCHING
感谢您的观看
误码率
译码过程中出现错误的概率，误码率 越低，译码质量越好。
03 PCM通信设备硬件结构
发送端硬件结构
模拟信号输入电路
将模拟信号转换为适合传输的 信号，通常包括放大、滤波和
调制等环节。
数字编码器
将模拟信号转换为数字信号， 以便于传输和处理。
信道编码器
对数字信号进行编码，增加信 号的抗干扰能力。
调制器
PCM通信系统组成
发送端
包括模拟信号输入、采样器、量 化和编码器等部分，用于将模拟 信号转换为数字信号。
在视频传输应用场景中，PCM通信设备可以实现视频信号的同步传输，支持多人视频 会议的开展。
06 PCM通信设备发展趋势 与挑战
PCM通信设备发展趋势
5G/6G通信技术融合
物联网与智能家居的普及
随着5G/6G通信技术的快速发展， PCM通信设备将进一步融合5G/6G技 术，提升数据传输速度和稳定性。
数据传输应用场景
数据传输
PCM通信设备在数据传输应用场景中，可以将各种数据信号进行数字化处理后进行传输，如文件传输 、网络数据传输等。
远程控制
利用PCM通信设备，可以实现远程控制功能，对远程设备进行操作和管理。
视频传输应用场景
视频监控
通过PCM通信设备，可以将视频信号进行数字化处理后进行传输，实现视频监控功能。
数据安全与隐私保护
随着数据传输量的增加，PCM通信设备需要加强数据安全和隐私 保护措施，确保数据传输的安全性和可靠性。
设备兼容性问题
不同品牌和型号的PCM通信设备可能存在兼容性问题，需要加强 设备间的互通性和标准化工作。
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误码率
译码过程中出现错误的概率，误码率 越低，译码质量越好。
03 PCM通信设备硬件结构
发送端硬件结构
模拟信号输入电路
将模拟信号转换为适合传输的 信号，通常包括放大、滤波和
调制等环节。
数字编码器
将模拟信号转换为数字信号， 以便于传输和处理。
信道编码器
对数字信号进行编码，增加信 号的抗干扰能力。
调制器
PCM通信系统组成
发送端
包括模拟信号输入、采样器、量 化和编码器等部分，用于将模拟 信号转换为数字信号。
数字通信原理第二章 PCM
T 1n H ()M(2nH)
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
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
PCM通信设备基本原理
手机等
PCM通信设备工作原理
采样：将模拟信号转换 为数字信号
量化：将采样得到的数 字信号转换为二进制信 号
编码：将二进制信号转 换为PCM信号
传输：将PCM信号通 过信道传输
解码：接收端将PCM 信号转换为二进制信号
恢复：将二进制信号转 换为模拟信号
PCM通信设备信号处理过 程
章节副标题
采样
采样定理：采样频率必 须大于模拟信号最高频
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感谢观看
随着5G技术的发展高清语音与视 频传输需求将得到更好的满足
添加标题
添加标题
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传统的PCM通信设备无法满足高 清语音与视频传输的需求
挑战：如何实现高清语音与视频 传输的低延迟、高稳定性和高可 靠性
低延迟与高可靠性要求
5G技术的发展对低延迟通信提出了更高的要求
物联网、工业自动化等领域对高可靠性通信的需求日益增长
滤波：接收端对重建后 的模拟信号进行滤波以
消除噪声和干扰
解码：接收端将二进制 信号转换为数字信号
量化
量化过程：将模拟信号转换为 数字信号
量化方法：采用/D转换器进行 量化
量化精度：取决于/D转换器的 分辨率
量化噪声：量化过程中产生的 噪声影响信号质量
编码
采样：将模 拟信号转换 为数字信号
量化：将采 样得到送器：将模拟信号 转换为数字信号
接收器：将数字信号 转换为模拟信号
编码器：将模拟信号 转换为数字信号
解码器：将数字信号 转换为模拟信号
调制器：将数字信号 转换为模拟信号
解调器：将模拟信号 转换为数字信号
传输介质：传输数字 信号的介质如光纤、
电缆等
PCM通信设备工作原理
采样：将模拟信号转换 为数字信号
量化：将采样得到的数 字信号转换为二进制信 号
编码：将二进制信号转 换为PCM信号
传输：将PCM信号通 过信道传输
解码：接收端将PCM 信号转换为二进制信号
恢复：将二进制信号转 换为模拟信号
PCM通信设备信号处理过 程
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采样
采样定理：采样频率必 须大于模拟信号最高频
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随着5G技术的发展高清语音与视 频传输需求将得到更好的满足
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传统的PCM通信设备无法满足高 清语音与视频传输的需求
挑战：如何实现高清语音与视频 传输的低延迟、高稳定性和高可 靠性
低延迟与高可靠性要求
5G技术的发展对低延迟通信提出了更高的要求
物联网、工业自动化等领域对高可靠性通信的需求日益增长
滤波：接收端对重建后 的模拟信号进行滤波以
消除噪声和干扰
解码：接收端将二进制 信号转换为数字信号
量化
量化过程：将模拟信号转换为 数字信号
量化方法：采用/D转换器进行 量化
量化精度：取决于/D转换器的 分辨率
量化噪声：量化过程中产生的 噪声影响信号质量
编码
采样：将模 拟信号转换 为数字信号
量化：将采 样得到送器：将模拟信号 转换为数字信号
接收器：将数字信号 转换为模拟信号
编码器：将模拟信号 转换为数字信号
解码器：将数字信号 转换为模拟信号
调制器：将数字信号 转换为模拟信号
解调器：将模拟信号 转换为数字信号
传输介质：传输数字 信号的介质如光纤、
电缆等
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01 13折线压缩编码
C1
极性码
C2 C3 C4
段落码
C5 C6 C7 C8
段内码
具体做法是： 用段落码的8种可能状态分别代表8个段落的段落电平，段内码的16种可 能状态分别代表每一段落的16个均匀划分的量化间隔。
02
PCM基群帧结构
Primary Frame Structure
PART TWO
均匀量化：把输入信号的取值域按等间距分割，它是等间隔 的量化。
01 均匀量化
0 1Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Ts
抽样 0.2 0.4 1.8 2.8 3.6 5.1 6.0 5.7 3.9 2.0 1.2
量化 0.0 0.0 2.0 3.0 4.0 5.0 6.0 6.0 4.0 2.0 1.0
非均匀量化是根据信号的幅度来确定量化的间隔。
01 非均匀量化:A率十三折线量化
压缩： 发送端 作非线 性变换 （令弱 信号的 增益大 强信号 的增益 小）， 然后再 进行均 匀量化 和编码。
y
7/8
6/8
5/8
4/8
3/8
2/8
1/8
0
1/128
1/8 1/32 1/16
1/4
1/2
第一三 象限对 称，共 分16段， 中间四 段斜率 相同， 为一条 直线， 共十三 条折线， 故称十 三折线
涉及问题：（1）如何确定二进制码组的位数。 （2）应该采用怎样的码型。
01 如何确定二进制码组的位数
根据A率十三折线规则进行编码，分8个量化间隔，每个间隔按16级 进行均匀量化，为128级，幅值为负时也分为128个量化级，共256个 量化级，可用8位二进制码表示。
01 应该采用怎样的码型
常用码型： 自然二进制（单极性信号） 折叠二进码（双极性信号）
02 时分多路复用
时分多路复用的概念： 目前多路复用方法中用得最多的有两大类：频分多路复用（FDM）
和时分多路复用(TDM)。频分多路复用一般用于模拟通信；时分多路 复用一般用于数字通信。
所谓时分多路复用（即时分制）是利用各路信号在信道上占有不 同的时间间隔的特征来分开各路信号的。
02 时分多路复用
01 模拟信号数字化的过程
模拟信号数字化
抽样
量化
编码
01 什么是抽样
f (t)
y (t) k (t)
0
t
0
t
0
t
抽样：不断地以固定的时间间隔采集模拟信号当时的瞬时值。
01 低通抽样定理
对于一个带限模拟信号f(t)，假设其频带为（0，fH），若以抽样频率 fs≥2fH对其进行抽样的话（抽样间隔Ts≤1/fs），则f(t)将被其样值信 号ys(t)=(f(nTs))完全确定。或者说，可从样值信号ys(t)=(f(n(Ts))中 无失真地恢复出原信号f(t)。
PCM通信设备原理
电力调度中心 2018年8月
目录
01.PCM基本原理 02.PCM基本帧结构 03.PCM设备的组成 04.PCM指示灯含义及常见故障处理
01
PCM基本原理
Fundamentals
PART ONE
01 PCM的概念
PCM:Pulse Code Modulation
所谓PCM，就是脉冲编码调制的简称，具体是把一个时间连 续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字 信号后在信道中传输。
02 时分多路复用的同步
时分多路复用的关键是同步。为使通信正常进行，在收发两端的 开关必须同频同相。同频指两开关的旋转速度要完全相同；同相 指两开关的位置（步调）要一致，发端开关接通第一路信号时， 收端开关也要接通第一路信号。
02 时分多路复用的几个基本概念
帧：抽样时各路信号每轮一次抽样的总时间（即开关旋转一周的 时间），也就是一个抽样周期。 路时隙：合路的信号每个样值所允许的时间间隔。 位时隙：1位码占用的时间。
1x
01 什么பைடு நூலகம்编码
编码：用一些符号取代另一些符号的过程。常采用“二进制码”。
模拟信号数字化编码的任务：用二进制码组去表示量化后的十进制 量化值。
涉及问题：（1）如何确定二进制码组的位数。 （2）应该采用怎样的码型。
01 什么是编码
编码：用一些符号取代另一些符号的过程。常采用“二进制码”。
模拟信号数字化编码的任务：用二进制码组去表示量化后的十进制 量化值。
每一路信 号所占的 时间称为 “路时隙”
02 时分多路复用
02 时分多路复用
开关SA1旋转一周，依次对每一路信号进行了一次抽样，旋转一 周的时间等于一个抽样周期。开关旋转一周得到的各路信号抽样 值合为一“帧”。
开关SA2旋转一周，依次将每一路信号送给相应的接收者。
开关SA1不仅实现了对每一路信号每隔Ts时间抽样的目的，同时 还起到了复用合路的作用。称为“合路门”，开关SA2称为“分 路门”。
f(t) = 2.2
f(t) = 2.0
f(t) = 3.7
f(t) = 4.0
01 关于量化的几个概念
量化值（量化电平）：确定的量化后的取值。 量化级：量化值的个数。 量化间隔（量化台阶）：相邻两个量化值之差。 量化噪声（量化误差）：由于量化而引起的误差。
01 量化方式
两种量化方式：均匀量化与非均匀量化
举例来说： 一路基带话音信号的频率范围为0.3kHz-3.4kHz，取fH=4kHz。
抽样 低通抽样定理 抽样频率： fs=8kHz 抽样间隔：Ts=1/fs=125μs
01 什么是量化
量化：把一个连续函数的无限个数值的集合映射为一个离散函数的有限个数值的集合。
量化原则：“四舍五入”
例： 量化前
量化后
01 均匀量化缺点
丢失小信号的丰富信息，小信号的信噪比低。
举例来说：
电量统计（不是电量计量）：
供电分公司2017年供电量 某用电单位2017年用电量 某生产车间2017年用电量 某生产设备2017年用电量 某住户2017年用电量
17.9亿度 5.85亿度 36.2万度 1.25万度 3451度
01 非均匀量化
折叠二进制：最高位表示极性，其他位表示绝对值
0111 0110 0101 0100 0011 0010 0001 0000
7 （+7） 6 （+6） 5 （+5） 4 （+4） 3 （+3） 2 （+2） 1 （+1） 0 （+0）
1111 15 （-7） 1110 14 （-6） 1101 13 （-5） 1100 12 （-4） 1011 11 （-3） 1010 10 （-2） 1001 9 （-1） 1000 8 （-0）