3.2 脉冲幅度调制和时分多路复用脉冲幅度调制和时分多路复用脉冲幅度调制和时分多路复用脉冲幅度调制和时分多路复用抽样定理结论：最高频率为最高频率为fm的带限信号带限信号x(t)，可以，可以由其等间隔由其等间隔T(不大于不大于1/2fm)的抽样值的抽样值x(nT)完全确定完全确定抽样值序列可视为载波为周期脉冲幅度受到信号抽样值的抽样值序列可视为载波为周期脉冲，幅度受到信号抽样值的调制，称为脉冲幅度调制(Pulse Amplitude Modulation，PAM)系统直接传输这个抽样值序列的系统PAM系统：直接传输这个抽样值序列的系统每隔T 抽取一个很窄的抽样值，两个抽样值的空挡可用于传输其他信号的抽样值时间划分多路复用，简称时分多路复用或或时分复用时分复用(Time 时间划分多路复用，简称时分多路复用或或时分复用时分复用(Division Multiplexing，TDM)：在时间上依序排列各个信号的抽样值，并在一个信道中同时传输多路信号的技术521一一、曲顶曲顶PAM、曲顶曲顶PAM曲顶曲顶PAM：抽样脉冲为矩形脉冲：抽样脉冲为矩形脉冲序列序列p(t)与带限信号与带限信号x(t)相乘相乘得得序列序列p(t)，与带限信号与带限信号x(t)相乘相乘，得得到到PAM信号信号y(t)，其脉冲顶部随信号，其脉冲顶部随信号x(t)的变化而变化的变化而变化()的变化而变化的变化而变化TkTttrectttrecttp)(*)(*)(kTkTtkTtp)(*)()()(522kkktrectkTttrect)(*StF2SatrectkTTSaSaPtpkTF222)(2)()(kTTTk2222222kTTSaTkTSaTkk222222TkTkSaTss2)(2TTTk矩形脉冲序列矩形脉冲序列p(t)的频谱是包络为的频谱是包络为Sa(k/T)的离散频谱的离散频谱523 kTtrecttxtptxty)()()()(kFPXYty)(*)(21)()(skTkSaTX)(2*)(212skkkSaXTT)(*)(2kskXkSaTT)(*)()()(kskXkSkXTSaT)()()(kskXTSaT)(曲顶曲顶PAM信号信号y(t)的频谱是原信号的频谱是原信号x(t)的频谱以的频谱以 s为周期为周期524曲顶曲顶PAM信号信号y(t)的频谱是原信号的频谱是原信号x(t)的频谱以的频谱以 s为周期为周期的重复，只是各周期的频谱幅度按系数的重复，只是各周期的频谱幅度按系数Sa(k/T)衰减衰减X()0 m-m0mmP()2/0s=2 mY()=2 Y()s2 m m0X()XT()525 0 mX()0 m-mP()P()2/=4 0s=4 mY()s4 m m0XT()526 0 m由曲顶PAM信号y(t)恢复连续信号x(t)由曲顶PAM信号y(t)恢复连续信号x(t)FkksFkXTkSaTYty)()()(2/sTmT/理想低通滤波器：理想低通滤波器：2/0)(ssrHmmH0)(Y()Y()=2 s2 m527 m0实际低通滤波器的通带：0 m过渡带过渡带()Y()过渡带过渡带：m(s-m)阻带：阻带：(s-m)Y()m0 Y()s=4 s4 m m0Y()s528 m0s二、平顶二、平顶PAM曲顶曲顶PAM实际上很少采用：脉冲的顶部形状易受噪声影响实际上很少采用：脉冲的顶部形状易受噪声影响常用常用平顶平顶PAM：脉冲幅度是抽样时刻的瞬时值脉冲幅度是抽样时刻的瞬时值常用常用平顶平顶PAM：脉冲幅度是抽样时刻的瞬时值脉冲幅度是抽样时刻的瞬时值实现方法：先用窄脉冲对带限信号实现方法：先用窄脉冲对带限信号x(t)进行抽样，再用保持电路展宽这些脉冲，产生平顶进行抽样，再用保持电路展宽这些脉冲，产生平顶PAM信号信号y(t)含义：先抽样，再与宽度为含义：先抽样，再与宽度为 的脉冲的脉冲p(t)卷积卷积()x(t)y(t)T(t)()()(ttxtxtrecttp)()()()(ttxtxTTrecttp)()(*)()()(*)()(tpttxtptxty529)()()()()()(tpttxtptxtyTTtrectkTttxtpttxty*)()()(*)()()(kTtrectkTttxtpttxty*)()()(*)()()(ktrectkTtkTx*)()(trectkTtkTx*)()(kkTtkT)(5210kkTtrectkTx)(kktF2)(222)()(tFTkTkTTtskskTT)()()(2)()(SaPtrecttpTFTPXYtpttxty)()(*)(21)()(*)()()(ksSakXTY2)(*)(1)(sskkXSaTkXSaT)(2)(*)(2kkTT22平顶平顶PAM信号信号y(t)的频谱是原信号的频谱是原信号x(t)的频谱以的频谱以 s5211s为周期的重复频谱，重复频谱的包络为为周期的重复频谱，重复频谱的包络为Sa(/T)X()0 m-mXT()=2 0 s=2 m s2 m P()2/-2/0Y()52120 mX()0-0 m-mXT()=4 0 s=4 m s4 msm P()2/-2/0Y()52130 m由平顶PAM信号y(t)恢复连续信号x(t)由平顶PAM信号y(t)恢复连续信号x(t)kXSY)()(理想低通滤波器理想低通滤波器：kskXSaTY)(2)(2/02/)(srTHmTH0/)(理想低通滤波器理想低通滤波器：2/0)(srm0)(Y()=2 s2 m 52140 m实际低通滤波器的通带：0 m过渡带过渡带()过渡带过渡带：m(s-m)阻带：阻带：(s-m)Y()Y()=4 0 m sY()s4 m 0 m sY()0 52150 m s)()(kXSaY2/2/)()(0)(2)(ksXKXSakkXSaTY缺点缺点：低低通通滤波滤波器器恢复的信号稍有失真恢复的信号稍有失真2/,2/),()(2,0ssXKXSaTk缺点缺点低滤波低滤波恢复的信号稍有失真恢复的信号稍有失真当脉冲宽度当脉冲宽度 400 H满足要求)每路抽样频率 4/4=1 kHz(400 Hz，满足要求)血流血流1心电心电2脑电脑电4同步同步861248357定时电定时电路路八分频八分频电电4 kHz32 kHz路路信道信道电电路路5229信道信道血压血压A呼吸呼吸C心率心率D体温体温B心电心电脑电同步脑电同步心电心电血流血流血压血压体温体温血流血流血压血压体温体温呼吸心率呼吸心率时分复用PAM信号的最小带宽为：时分复用PAM信号的最小带宽为：kHz1648212121msscNfFfNF222msscff最小带宽比第一种方案的最小带宽40 kHz小得多5230几点说明设计的方案可有多种，实现复杂度、最小带宽各不相同设定时电路切换时间为则每个脉冲的宽度 应满足T设定时电路切换时间为T，则每个脉冲的宽度 应满足：T方案一：msT11方案mskHzT8080方案二：msT11方案二：mskHzT3232若用全宽脉冲，则有：T若用全宽脉冲，则有T考虑邻路防护，则有：T提法一、邻路防护为每路应占时间的1/a，则有：TaT115231TaaT提法二、邻路防护为脉冲宽度的1/a，则有：TaaaT11最小带宽时脉冲形状失真较严重为使脉冲的时域波形尽量少失真系统的带宽常取大一点为使脉冲的时域波形尽量少失真，系统的带宽常取大点一种常用的取法：带宽取为脉冲宽度 的倒数方案一：11方案一：mskHzT80180111全宽脉冲：kHzFmsTc801801邻路防护占每路信号的半：邻路防护占每路信号的一半：kHzFmsT160115232kHzFmsc1601602方案二：mskHT321321kHz3232全宽脉冲：kHzFmsTc3211宽脉冲c32邻路防护占每路信号的一半：邻路防护占每路信号的半kHzFmsTc6416412642示意图中以相同的脉冲幅度为例，事实上PAM信号的脉冲幅度各不相同(零幅度最大幅度)为提供同步电平，所有幅度的电平都取在一个阈值(称为熄火电平)以上电平)以上熄火电平对应PAM信号的零幅度同步脉冲的幅度可小于熄火电平5233同步脉冲的幅度可小于熄火电平一帧一帧最大幅度电平最大幅度电平零幅度电平零幅度电平熄火电平熄火电平同步同步例例2 2试设计一个318路无线电遥测PAM信号的时分多路复用系例例2 2试设计个318路无线电遥测PAM信号的时分多路复用系统，信号最大频率为1 Hz2 kHz不等，具体如表所示：信号路数信号路数32528170110信号路数信号路数32528170110最大频率最大频率2 kHz1 kHz100 Hz25 Hz5 Hz1 Hz5234解：解：根据抽样定理，318路信号的最小抽样频率为：信号路数信号路数32528170110最大频率最大频率2 kHz1 kHz100 Hz25 Hz5 Hz1 Hz最大频率最大频率最小抽样频率最小抽样频率 4 kHz2 kHz200 Hz50 Hz10 Hz2 Hz实现方案：16路复用，每路抽样频率为2.5 kHz以等幅度以等幅度脉冲作为示意对3路最大频率为2 kH 信号抽样频率取为5 kH(各需2个时隙)5235对3路最大频率为2 kHz信号，抽样频率取为5 kHz(各需2个时隙)这3路信号分别用第2和10、4和12、5和13时隙：2路最大频率为1 kHz的信号分别用第3、6时隙：路最大频率为的信号分别用第、时隙52365路最大频率为100 Hz的信号先进行8路(6、7备用；8同步)时分多路复用复用后的信号用第7时隙分多路复用，复用后的信号用第7时隙：1/2.5 K 1/40 K 1/40 K1123456781/312.5523728路最大频率为25 Hz的信号先进行32路(2931备用；32同步)时分多路复用复用后的信号用第8时隙时分多路复用，复用后的信号用第8时隙：1/2.5 K 1/40 K 1/40 K112331321/78.1255238170路最大频率为5 Hz的信号分成两部分：55路信号先进行64路(56 63备用64同步)时分多路复用复55路信号先进行64路(5663备用；64同步)时分多路复用，复用后的信号用第9时隙：1/2 5 K1/2.5 K1/40 K11236364111/39.06252363645239170路最大频率为5 Hz的信号分成两部分：其余115路信号先进行128路(116 127备用128同步)时分多其余115路信号先进行128路(116127备用；128同步)时分多路复用，复用后的信号用第14时隙：1/2 5 K1/2.5 K 1/40 K1123127128111/19.53125231271285240110路最大频率为1 Hz的信号先进行128路(111127备用；128步分多路复复的信第隙同步)时分多路复用，复用后的信号用第15时隙：1/2.5 K 1/40 K 1/40 K11231271281/19.531255241同步：第1、11时隙；备用：第16时隙时分复用PAM信号的最小带宽为：kHz205.216212121sscFfNF5242发送端实现框图定时电路定时电路40 kHz16分频分频2.5 kHz同步同步1-111-22-11-32-28路复用路复用32路复用路复用同步同步64路复用路复用14128路复用路复用128路复用路复用5243备用备用128路复用路复用3.3 脉冲编码调制脉冲编码调制(PCM)脉冲编码调制脉冲编码调制()脉冲编码调制(Pulse Code Modulation，PCM)简称脉码调制PCM是一种将模拟信号转换为数字信号的编码形式1937年法国工程师Alec Reeres最早提出1946年美国Bell实验室出现第一台PCM数字终端机1962年晶体管PCM终端机大量应用于市话网局间中继线使1962年晶体管PCM终端机大量应用于市话网局间中继线，使市话电缆传输路数扩大2430倍年代期超大规模集成电路编解出广70年代后期，超大规。