通信原理韩庆文第三章 模拟信号数字化传输(2)

C1
D 时 1 钟 D2 脉 冲 D8 记 忆 电 路 C2
. . .
B1 7/12 变 换
. . .
. . .
寄 存 读 出
B1’
. . .
C8
B12
B12’
12位 线性 解码 电路
PAM
A 律13 折线译码器与逐次比较型编码器中的本 地译码器基本相同，只是增加了极性控制部分和 带有寄存读出的7/12 位码变换电路
比较器
保持电路
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本地译码器
数字通信原理
本地译码电路包括：
记忆电路 7／ll 变换电路 恒流源
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记忆电路
数字通信原理
记忆电路用来寄存二进代码
除第一次比较外，其余各次比较都要依据前几 次比较的结果来确定标准电流值 7 位码组中的前6 位状态均应由记忆电路寄存 下来。
每比较一次输出一位二进代码
当IS＞IW时，出“l”码； 当IS<IW时，出“0”码。
对一个输入信号的抽样值需要进行7 次比较。
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逐次比较编码器
数字通信原理
实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编 码器由整流器、极性判决、保持电路、比 较器及本地译码电路等组成。
极性判决
本地译码电路
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正信号部分总的量化级数为
例5.2
语音信号的频率范围：0-4kHz,幅度范 围为（-3.072V，+3.072V）,采用13折线法
2048，则每个量化级： Δ=3.072/2048=0.0015V
◆ 1.23V相当于：
X=1.23/0.0015=820Δ ◆ 极性码： 正 → C0=1 ◆ 段落码： 512Δ<X<1024Δ → C1C2C3=110
样值脉冲信号相当被测物，标准电平相当天平的砝码 预先规定好一些作为比较标准的电流(或电压)——权值 电流，用符号IW 表示。IW 的个数与编码位数有关。 样值脉冲IS 到来，用逐步逼近的方法有规律地用标准电 流去和样值脉冲比较 IS＞IW ，出“l”码；反之出“0”码，直到和抽样值逼近 为止，完成对输入样值的非线性量化和编码。
对其进行PCM编码，求当采样值为
+1.23V 时编码器的输出 C0C1C2C3C4C5C6C7 ？
◆ 段内码： X-512=308Δ；INT[308/32]=9
→ C4C5C6C7=1001
◆ 编码输出为：11101001
3.4
数字通信原理
脉冲编码调制（PCM）
1 2
PCM基本原理 编码规则 PCM编码器和译码器 PCM系统的噪声性能
D6 D5’ D6’
D7
D8 D8’
D1 D1’
D7’
1536Δ
|US|=1270
1024Δ 512Δ UR4
UR5
1280Δ 1152Δ 1216Δ UR6 UR7 UR8
下一路下权 UR2=128Δ
|US| UR 比较器输出 码形成
UR2=128Δ
UR3
a2 1
a3 1
a4 1
a5 0
a6 0
a7 1
3 4
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PCM基本原理
脉冲编码调制(PCM，Pulse Code Modulation，简称“脉码调制”）
模拟信号经抽样、量化、再编成数字二进制串行码流的过程。
特点
1）抽样频率： 8000Hz，留出1200 Hz的防卫间隔； 2）量化： 量化单元采用8比特A律或对数量化； 每一路标准话路的等效比特速率为： 3）编码：
M2
D1
7/11 变 换
M3 M8
串/并 变 换 记忆
D2
D8
本 地 解 码 器
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时间波形图
数字通信原理
D8
D1 D1
D2
D3
D4
D5
D6
D7
D8
D1 D1
D7
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时间波形图
数字通信原理
D8 Di Di’ D8’
D1 D1’
D2 D2’
D3 D3’
D4
D5 D4’
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编码举例
数字通信原理
【例】设输入信号抽样值Is = +1270 Δ （其 中Δ 为一个量化单位，表示输入信号归一化 值的1/2048），采用逐次比较型编码器,按A 律13 折线编成8位C1C2C3C4C5C6C7C8
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数字通信原理
确定极性码C1
输入信号抽样值IS为正，C1＝1
8位码的安排
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PCM编码
◆ 8bit编码：
D1 , D2 , D3 , D4 , D5 , D6 , D7 , D8
极性码： 1－正极性 0－负极性
段落码： 第1~8段落
段内码： 第0~15级
段落码与各段的关系
数字通信原理
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码位的选择和安排
数字通信原理
注意：
a8 1
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PCM编码器和译码器
数字通信原理
编码器 译码器
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译码原理
数字通信原理
定义
译码的作用是把收到的PCM 信号还原成相应 的PAM 样值信号，即进行D/A变换
A律13折线译码器 译码举例
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A律13折线译码器
数字通信原理
PCM码流
极性控制
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逐次比较编码器
数字通信原理
实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编 码器由整流器、极性判决、保持电路、比 较器及本地译码电路等组成。
极性判决
本地译码电路
比较器
保持电路
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保持电路
数字通信原理
保持电路的作用是在整个比较过程中保持 输入信号的幅度不变。
逐次比较型编码器编7 位码(极性码除外)需要 在一个抽样周期Ts以内完成IS与IW的7 次比较， 在整个比较过程中都应保持输入信号的幅度不 变 要求将样值脉冲展宽并保持
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数字通信原理
确定段落码C2C3C4
段落码C2 用来表示输入信号抽样值IS处于13 折线8个段落中的前四段还是后四段 第一次比较结果
可见
IS处于后四段（5－8段）
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数字通信原理
确定段落码C2C3C4
段落码C3 用来进一步确定IS处于5－6段还是 7－8段，故确定C3标准电流： 第二次比较结果
信号为自然二进制码：小信号000 错l位变成100——从第一个量化级 变为第五个量化级。
对于双极性信号，可用它的最高位表示信号的正、 负极性，而其余的码位则表示信号的绝对值； 最高位令正极性为“1”，负极性为“0”外，其 余码位的编码法是：正极性部分由下而上按自然 二进制编码，负极性则由上而下按自然二进制编 码。 折叠码的最大优点——有利于小信号。
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本地译码器
数字通信原理
本地译码电路包括：
记忆电路 7／ll 变换电路 恒流源
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7/11变换电路
数字通信原理
7／11 变换电路将7 位非线性码转换成ll 位线性码。
其实质是完成非线性和线性之间的变换。
13折线A律非线Baidu Nhomakorabea码与线性码之间的关系
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13折线A律非线性码与线性码之间的关系
7 位非线性码11110011 对应的11 位线性 码为10011000000 原理框图及时间波形
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原理框图
数字通信原理
D1
极性判决
US |US| a1
PAM信号
全波整流
UR
比较码 形成
a2-a8
或 门
反馈码 a2-a7
PCM 编码输出
参考电源
11位 线 性 解 码 网络
B1 B2 B11
3 4
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PCM编码器和译码器
数字通信原理
编码器 译码器
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编码原理
数字通信原理
逐次比较型编码器原理
编码器的任务是根据输入的样值脉冲编出相应的8 位二 目前用 进代码。 得较多 除第一位极性码外，其他7 位二进代码是通过类似天平 称重物的过程来逐次比较确定的
逐次比较型编码的原理与天平称重物的方法类似
话音信号小幅度出现 的概率比大幅度出现 的概率大，在PCM通 信中常用它编码
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折叠二进码：小信号000变成 100——差一个量化级。
PCM编码
数字通信原理
13折线编码采用8位二进制码，对应256个 量化级，即正、负输入幅度范围内各有128 个量化级 需要将13折线中的每个折线段再均匀划分 16个量化级 正、负输入的8个段落被划分成128个不均 匀量化级
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逐次比较编码器
数字通信原理
实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编 码器由整流器、极性判决、保持电路、比 较器及本地译码电路等组成。
极性判决
本地译码电路
比较器
保持电路
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比较器
数字通信原理
比较器是编码器的核心。作用是通过比较 样值电流IS和标准电流IW，对输入信号抽样 值实现非线性量化和编码。
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逐次比较编码器
数字通信原理
实现A律13 折线压扩特性的逐次比较型编 码器由整流器、极性判决、保持电路、比 较器及本地译码电路等组成。
极性判决
本地译码电路
比较器
保持电路
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极性判决
数字通信原理
极性判决电路用来确定信号的极性。
输入PAM 信号样值为正时，出“l”码； 样值为负时，出“0”码； 将该信号经过全波整流变为单极性信号。
在13 折线编码方法中，虽然各段内的16 个量 化级是均匀的，但因段落长度不等，故不同段 落间的量化级是非均匀的。 第一、二段最短， 只有归一化的1/128，再将 它等分16 小段，每一小段长度为1/2048，这 是最小的量化级间隔，它仅有输入信号归一化 值的1/2048，记为Δ，代表一个量化单位；第 八段最长，每一小段归一化长度为1/32 ，包 含64 个最小量化间隔，记为64Δ 。
rs 8000 8 64kb / s
采用折叠码。
3.4
数字通信原理
脉冲编码调制（PCM）
1 2
PCM基本原理 编码规则 PCM编码器和译码器 PCM系统的噪声性能
3 4
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编码规则
◆ 3位二进码表
◆ 折叠二进码
(b ,b
n
n-1
,… , b1 )
还原
折叠码的特点
数字通信原理
可见
IS处于7－8段
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数字通信原理
确定段落码C2C3C4
同理确定C4的标准电流： 第三次比较结果
可见
IS处于第8段 C2C3C4为111
起始电平为1024Δ
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数字通信原理
确定段内码C5C6C7C8
段内码是进一步表示在该段落的哪一量化级 （量化间隔）。
第8 段的16个量化间隔均为： 因此 第四次比较结果
CCEE
第三章 模拟信号的数字化传输
数字通信原理
主要内容
数字通信原理
3.1
引 言
3.2 模拟信号的抽样
3.3 信号的量化 3.4 脉冲编码调制 3.5 差分脉冲编码调制和增量调制 3.6 数字复接技术
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3.4
数字通信原理
脉冲编码调制（PCM）
1 2
PCM基本原理 编码规则 PCM编码器和译码器 PCM系统的噪声性能
数字通信原理
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本地译码器
数字通信原理
本地译码电路包括：
记忆电路 7／ll 变换电路 恒流源
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恒流源
数字通信原理
恒流源也称11位线性解码电路或电阻网络， 用来产生各种标准电流IW
在恒流源中有11 个基本的权值电流支路，每 个支路都由一个控制开关。 每次应该哪个开关接通形成比较用的标准电流 IW，由前面的比较结果经变换后得到的控制信 号来控制。
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逐次比较编码器原理框图
数字通信原理
D1
极性判决
US |US| a1
PAM信号
全波整流
UR
比较码 形成
a2-a8
或 门
反馈码 a2-a7
PCM 编码输出
参考电源
11位 线 性 解 码 网络
B1 B2 B11
M2
D1
7/11 变 换
M3 M8
串/并 变 换 记忆
D2
D8
本 地 解 码 器
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码位的选择和安排
数字通信原理
假设：
以非均匀量化时的最小量化间隔Δ =1/2048 作 为均匀量化的量化间隔
从13 折线的第一段到第八段所包含的均匀量化级数 共有2048 个均匀量化级 非均匀量化只有128 个量化级 均匀量化需要编11 位码，而非均匀量化只要编7 位 码
可见
在保证小信号时的量化间隔相同的条件下，7 位非线性 编码与11 位线性编码等效
可见
IS处于前八级（0－7量化间隔）
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数字通信原理
确定段内码C5C6C7C8
确定C6的标准电流
第五次比较结果
可见
IS处于前四级（0－4量化间隔）
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数字通信原理
确定段内码C5C6C7C8
确定C7的标准电流
第六次比较结果
可见
IS处于2－3量化间隔
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数字通信原理
确定段内码C5C6C7C8
确定C8的标准电流
第七次比较结果
可见
IS处于序号为3的量化间隔
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数字通信原理
经过七次比较，对于模拟抽样值+1270Δ 编出的PCM 码组为11110011
它表示输入信号抽样值处于第八段3 量化 级，其量化电平为1216Δ ，量化误差为 54Δ。