《pcm编码器论文》由会员分享，可在线阅读，更多相关《pcm编码器论文（34页珍藏版）》请在金锄头文库上搜索。
1、河南机电高等专科学校毕业设计/论文11 绪论脉码调制原理，是英国人 A.H.里夫斯于 1939 年提出的。1944 年美国贝尔研究所开始用电子管进行试验研究，并于 1946 年制成一部实验性设备，在微波线路上试验。第二次世界大战期间，美国研制成小容量微波脉码调制设备并在陆军中使用。1962 年，美国研制成晶体管时分多路脉码调制设备（T1 型 24 路数字载波系统） ，并在市话网中使用。此后，各国纷纷研制和采用 24 路或 30 路脉码调制统。1965 年贝尔研究所又研制成每秒 224 兆比的脉码调制实验系统并在同轴电缆线路上进行传输试验(后改用 274 兆比)。1975 年，加拿大正式装用 L
2、D-4 型每秒 274 兆比、4032 话路的同轴电缆脉码调制系统。脉码调制系统开始向长距离、大容量方向发展。中国从 20 世纪 60 年代开始研究脉码调制技术，70 年代初开始研制 24 路和30 路脉码调制设备。1975 年，邮电部确定采用每秒 2.048 兆比的 30 路脉码调制设备作为一次群标准制式，1978 年制成设备。1979 年和 1981 年，分别制成二次群每秒 8.448 兆比 120 路和三次群每秒 34 兆比的 480 路复接设备。脉冲编码调制(pulsecodemodulation,PCM)是概念上最简单理论上最完善的编码系统,是最早研制成功! 近十年来,随着大规模集成
3、电路的飞速发展,已可将话路滤波器和 PCM 编码器集成在同一芯片上,这使 PCM 在光纤通信,数字微波通信,卫星通信等数字通信领域中获得了更广泛的应用，然而在某些需要 PCM 编码器的实际应用中,如数字交换机中的信号音的产生和实现,单靠 PCM 编解码芯片来完成整个编解码功能,在电路设计和实现上都显得烦琐和笨拙,相反如果运用软件方法来实现 PCM 编解码芯片的部分功能并与 PCM 编解码芯片相结合来共同完成整个电路设计上的编解码,不仅设计简单,灵活方便,而且往往可以达到事半功倍的结果。PCM 通信系统采用基带传输的 PCM 通信系统发送端通常由抽样、量化和编码三部分组成,其中量化和编码共同完成
4、模拟)到数字(A/D 变换)功能“信源 f(t)经脉冲序列 p(t)抽样产生零阶抽样保持信号 fs0(t),它是 PAM 信号,具有离散时间,连续幅度”量化过程就是将此信号转换成离散时间,离散幅度的多电平数字信号“从数学角度理解,量化是把一个连续幅度值的无限数集合映射到一个离散幅度值有限的集合“fD(t)为编码后 PCM 信号“fD(t)经数字-模拟转换(D/A 变换)后恢复为PAM 信号 fs0(t),再经 1/Sa(x)低通补偿滤波器即可重建 f(t)。视频 A/D 转换器又称编码器,它是将视频模拟信号经过取样,量化,编码三个环节的操作转换成等幅脉冲序列的数字信号。河南机电高等专科学校毕业
5、设计/论文2这一过程称为脉冲编码调制(PCM), 从本质上讲,脉码调制也是一种频谱变换。如对具有 0fm 带宽的原始信号基带,以 fs 频率对其进行幅度取样,相当于基带对 fs 及其各次谐波进行调幅,形成许多间隔为 fs 的双连带信号。河南机电高等专科学校毕业设计/论文32 总体方案针对课题要求，现有脉冲编码和差分脉冲编码两种方式可以实现基带传输编 码器。2.1 方案论证2.1.1 PCM 编码方案PCM 时分复用数字基带传输，是各路信号在同一信道上占有不同的时间间隙 进行通信。它把模拟信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号，这些都靠编码 器来实现，然后在位同步和帧同步信号得控制下通过复接器实
6、现复接，复接后的 信号通过信道传输，分接器在同步信号得作用下把接受到得信号进行分路，分路 后得信号通过 PCM 译码、低通滤波器还原出输入得模拟语音信号。同步技术是时 分复用数字通信得又一个重要特点。位同步是最基本得同步，是实现帧同步的前 提。它的基本含义是收、发两端机得时钟频率必须同频、同相，这样接收端才能 正确判断和接受发送端送来的每一个吗元。帧同步是为了保证收、发各对应的话 路在时间上保持一致，这样接收端就能正确接受发送端送来的每一个话路信号。 晶振、分频器 1、分频器 2 及抽样信号（时隙同步信号）产生器构成一个定 时器，为两个 PCM 编译码器提供 2.048MHZ 得时钟信号和 8
7、KHZ 的时隙同步信号。 此处将同步器产生得时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。 由于时钟频率为 20.48MHZ，抽样信号频率为 8KHZ，故 PCN-A 及 PCM-B 的码 速率就是 2.048MB，一帧中有 32 个时隙，其中 1 个时隙为 PCM 编码数据，另外 31 个时隙都是空时隙。 PCM 基带传输系统的系统框图如图 2-1 所示。图 2-1 PCM 基带传输系统2.1.2 DPCM 编码方案从抽样理论中得知，话音信号相邻的抽样之间有很强的相关性，即信号的一个抽样值到另一个抽样值之间不会发生迅速的变化。它说明话音信号本身含有大量的多余成分。如果我们设法减小或去除这些多余成分，
8、则可大大提高通信的有河南机电高等专科学校毕业设计/论文4效性。根据这个原理，把话音样值分为两个成份，一个成份与过去的样值关，即可以根据过去的样值来加以预测；另一个是不可预测的。可预测的成分是由过去的一些适当样值加权后得到，不可预测的成分可看成是预测误差。在实际中，就不必直接传送原始抽样系列，只需传送差值序列就行了，由于样值序列的相关性使得差值序列的信息可以代替样值序列中的信息。这种考虑利用语音信号的相关性找出可反映信号变化特性的一个差值进行编码，对差值序列进行量化编码的方法称为差分脉冲编码调制，简称 DPCM。DPCM 就是对样值的差值序列进行量化编码，它的实现有两个问题要加以解决。一是发送端
9、要将养值序列转换为差值序列;二是接受端要将差值序列还原成样值序列,至于其它电路构成,如抽样、量化、编码、译码、滤波则完全和 PCM 通信一样。2.2 方案选择本论文采用的是方案一的结构，PCM 在光纤通信,数字微波通信,卫星通信等数字通信领域中获得了更广泛的应用“然而在某些需要 PCM 编码器的实际应用中,如数字交换机中的信号音的产生和实现,单靠 PCM 编解码芯片来完成整个编解码功能,在电路设计和实现上都显得烦琐和笨拙,相反如果运用软件方法来实现 PCM 编解码芯片的部分功能并与 PCM 编解码芯片相结合来共同完成整个电路设计上的编解码,不仅设计简单,灵活方便,而且往往可以达到事半功倍的结果
10、。河南机电高等专科学校毕业设计/论文53 基带传输原理3.1 数字基带传输概述3.1.1 数字基带传输系统来自数据终端的原始数据信号，如计算机输出的二进制序列，电传机输出的代码，或者是来自模拟信号经数字化处理后的 PCM 码组，M 序列等等都是数字信号。这些信号往往包含丰富的低频分量，甚至直流分量，因而称之为数字基带信号。在某些具有低通特性的有线信道中，特别是传输距离不太远的情况下，数字基带信号可以直接传输，我们称之为数字基带传输。目前，虽然在实际应用场合，数字基带传输不如频带传输的应用那样广泛，但对于基带传输系统的研究仍是十分有意义的。一是因为在利用对称电缆构成的近距离数据通信系统广泛采用了
11、这种传输方式，例如以太网；二是因为数字基带传输中包含频带传输的许多基本问题，也就是说，基带传输系统的许多问题也是频带传输系统必须考虑的问题，例如传输过程中的码型设计与波形设计；三是因为任何一个采用线性调制的频带传输系统均可以等效为基带传输系统来研究。3.1.2 数字基带传输系统的基本组成数字基带传输系统的基本结构如图 3-1 所示。它主要由编码器、信道发送滤波器、信道、接收滤波器、抽样判决器和解码器组成。此外为了保证系统可靠有序地工作，还应有同步系统。图 3-1 数字基带传输系统其中，各部分的功能为：编码器：将信源或信源编码输出的码型（通常为单极性不归零码 NRZ）变为适合于信道传输的码型。河
12、南机电高等专科学校毕业设计/论文6信道发送滤波器：将编码之后的基带信号变换成适合于信道传输的基带信号，这种变换主要是通过波形变换来实现的，其目的是使信号波形与信道匹配，便于传输，减小码间串扰，利于同步提取和抽样判决。信道：它是允许基带信号通过的媒质，通常为有线信道，如市话电缆、架空明线等。信道的传输特性通常不满足无失真传输条件，甚至是随机变化的。另外信道还会额外引入噪声。接收滤波器：它的主要作用是滤除带外噪声，对信道特性均衡，使输出的基带波形无码间串扰，有利于抽样判决。抽样判决器：它是在传输特性不理想及噪声背景下，在规定的时刻（由位定时脉冲控制）对接收滤波器的输出波形进行抽样判决，以恢复或再生
13、基带信号。解码器：对抽样判决器输出的信号进行译码，使输出码型符合收终端的要求。同步器：提取位同步信号，一般要求同步脉冲的频率等于码速率。各阶段的码型与波形变化如图 3-2 所示。图 3-2 数字基带传输过程的波形变化过程 其中， m( t )是输入的基带信号，这里是最常见的单极性非归零信号； m( t )是进行码型变换后的波形； 是进行发送滤波成型之后的波形，m1( t )是一种适合在信道中传输的波形；m2( t ) 是信道输出信号，显然由于信道频率特性不理想，波形发生失真并叠加了噪声；r( t )为接收滤波器输出波形, 与 m2( t )相比，失真和噪声得到减弱； cp( t )是位定时同步
14、脉冲； m3( t )为抽样判河南机电高等专科学校毕业设计/论文7决之后恢复的信息； m0( t )是译码之后获得的接收信息，由于本例中的编码较简单，因此与 m3( t )相同。由以上过程可以看出，接收端能否正确恢复出信息，主要在于能否有效地抑制噪声和减小码间串扰。3.1.3 数字基带传输系统的基本波形 数字基带信号的类型有很多，常见的有矩形脉冲、三角波、高斯脉冲和升余弦脉冲等。其中最常用的是矩形脉冲，因为矩形脉冲易于形成和变换，下面就以矩形脉冲为例介绍几种最常见的基带信号波形。（1）单极性不归零波形：这是一种最简单、最常用的基带信号形式。这种信号脉冲的零电平和正电平分别对应着二进制代码 0
15、和 1，或者说，它在一个码元时间内用脉冲的有或无来对应表示 0 或 1 码。其特点是极性单一、有直流分量、脉冲之间无间隔。另外位同步信息包含在电平的转换之中，而当出现连 0 序列时没有位同步信息。如图 3-3 中的（a）所示。（2）双极性不归零波形：在双极性不归零波形中，脉冲的正、负电平分别对应于二进制代码 1、0，由于它是幅度相等极性相反的双极性波形，故当 0、1符号等概率出现时无直流分量。这样，恢复信号的判决电平为 0，因而不受信道特性变化的影响，抗干扰能力也较强，故双极性波形有利于在信道中传输。如图3-3 中的（b）所示。（3）单极性归零波形：单极性归零波形与单极性不归零波形的区别是有电
16、脉冲宽度小于码元宽度，每个有电脉冲在小于码元长度内总要回到零电平，所以称为归零波形。单极性归零波形可以直接提取定时信息，而其他波形提取位定时信号时需要采用的一种过渡波形。如图 3-3 中的（c）所示。（4）双极性归零波形：它是双极性波形的归零形式。图可见，每个码元内的脉冲都回到零电平，即相邻脉冲之间必定留有零电位的间隔。它除了具有双极性不归零波形的特点外，还有利于同步脉冲的提取。如图 3-3 中的（d）所示。（5）差分波形：这种波形不是用码元本身的电平表示消息代码， 而是用相邻码元的电平的跳变和不变来表示消息代码。图中，以电平跳变表示 1，以电平不变表示 0，当然上述规定也可以反过来。由于差分波形是以相邻脉冲电平的相对变化来表示代码，因此称它为相对码波形，而相应地称前面的单极性或双极性波形为绝对码波形。用差分波形传送代码可以消除设备初始状态的影响，特别是在相位调制系统中用于解决载波相位模糊问题。如图 3-3 中的（e）所示。河南机电高等专科学校毕业设计/论文8（6）多电平波形：上述各种信号都是一个二进制符号对应一个脉冲。实际上还存在多于一
