通信原理课程综述报告Word文件下载.docx
《通信原理课程综述报告Word文件下载.docx》由会员分享，可在线阅读，更多相关《通信原理课程综述报告Word文件下载.docx（12页珍藏版）》请在冰豆网上搜索。
量化是将时间按离散、幅度连续的信号转换成时间和幅度均离散的信号；
编码是将量化的信号编码形成一个二进制的码组。
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300－3400Hz左右，所以预滤波会引入一定的频带失真。
1.1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。
下图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。
抽样概念示意图
取样是应注意以下几点:
a取样矩形脉冲要尽量窄，尽可能接近瞬时取样过程；
b为了保证在接受端能满意的恢复出信息，取样速率必须大于等于最高频率的两倍；
c为了使输出的信息成为合格的信息限带信号，在取样以前，先经过一个上限为W的低通滤波器，以便中所包含的高于W的那些谐波成分。
恢复原信号的方法：
频域：
当fs≥2fH时，用一个截止频率为fH的理想低通滤波器就能够从抽样信号中分
离出原信号。
时域：
当用抽样脉冲序列通过此理想低通滤波器时，滤波器的输出就是一系列冲激响应之和。
这些冲激响应之和就构成了原信号。
1.2量化
由于模拟信号包含无穷多个样值。
所以，从这样的模拟信号取样而来的那些样值脉冲的振幅值，也是有无穷多个可能的样值。
所以我们不能直接传输。
量化的方法有许多种。
像均匀量化和非均匀量化。
对样值进行量化的理由：
a.编码时只能用有限种码元来代表抽样值。
b.噪声和干扰的存在使得样值的振幅受到影响，无法编码。
c.作为信宿，人的眼睛、耳朵只能检测有限的强度之差（亮度或响度），所以，也就没有必要传递无穷多的连续样值电平值。
均匀量化，其量阶是常数，根据这种量化进行的编码叫“线性编码”相应的译码叫“线性译码。
”至于量阶的取值，则需根据具体情况来看，原则是保证通信的质量要求。
但是，在电话通信中，均匀量化是不合适的。
因为在均匀量化中的量阶的大小是不变的，与输入的样值大小无关。
这样，当输入大信号时和输入小信号时的量化噪声都一样大，如果满足对小信号信扰比的要求则大信号的信扰比就显得太低了。
反之，如果满足大信号的要求，则对小信号就显得过剩，造成不必要的浪费。
所以必须使用量阶数值比固定，而是随输入值的大小变化。
所以对这样的信号必须使用“非均匀量化器”，其特点是：
输入小时，量阶也小；
输入大时，量阶也大。
这样在整个输入信号的变化范围内得到几乎一样的信扰比，而总的量阶可比均匀量化是还小。
因此，缩短了码字的长度，提高了通信效率。
图a为均匀中升型；
图b为非均匀中升型；
图c为均匀中平型；
图d为非均匀中平型。
非均匀量化就是对信号的不同部分用不同的量化间隔，具体地说，就是对小信号部分采用较小的量化间隔，而对大信号部分就用较大的量化间隔。
实现这种思路的一种方法就是压缩与扩张法。
压缩的概念：
在抽样电路后面加上一个叫做压缩器的信号处理电路，该电路的特点是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。
抽样后的信号经过压缩器后就发生了“畸变”，大信号部分没有得到多少增益，而弱小信号部分却得到了“不正常”的放大（提升），相比之下，大信号好像被压缩了，压缩器由此得名。
对压缩后的信号再进行均匀量化，就相当于对抽样信号进行了非均匀量化。
压缩特性示意图如下图：
压缩特性示意图
压扩律常用的有两种，一种是u律，一种为A律。
A律数学表达式为：
（1-1）
其中，是归一化的压缩器的输入和输出电压，u是一个正常数。
将对求导取常数，可得
（1-2）
从式（1-1）可知，若远远小于1，即输入小信号时，u律近似与直线；
大与1时，即大信号输入时，从公式1-1可知，u律近似对数曲线。
所以，一般来讲，u律既非直线也非对数曲线，如图1.4。
u=0,对应于均匀量化；
u=100，就可以得到满意的压缩特性。
A律的数学表达式为：
（1-3）
式（1-3）对取导数，得：
（1-4）
当A=1时，对应均匀量化的情况。
当A在100附近时，有满意的网压缩特性。
这时，当很小时，与有线性关系；
当较大时近似对数关系，如下图所示：
A律压缩特性u律压缩特性
上述的曲线是平滑连续压缩曲线，是属于模拟压扩律，可用非线性二极管实现，且编码器可以用线性编码，所以构造简单。
但缺点也十分严重。
特性完全对称的两个二极管很难找，而且随温度而变化，造成压扩的效果不佳，因此，这种方式很少采用。
所以通常采用数字压扩器，所以对于A律曲线，采用13段折线近似；
对于μ律曲线，采用15段折线近似。
下面简单介绍一下A律的13段折线。
13折线即是将压缩器的输入信号按几何级数分成8段，在这不均匀的8段中，再把每段各分成16等分的小段。
这样，就整个来说，把分成了不均匀的128的量阶。
如下表所示。
根据这个表就可以画出这8段线。
由于它们的斜率各不相同，连接起来就形成一条折线。
因为第一段与第二段斜率一样，可算作一段，这样共有7段。
考虑到信号的负值，还可以做出与茈相似的另一条折线也有7段，如图1.6所示这样，正7段与负7段接在一起就形成所谓的13段折线A律曲线，在零点的A值可求出：
及A=87.6
当A=87.6时，各值如下表所示：
A律13折线压缩曲线
1.3编码
所谓编码就是把量化后的信号变换成代码，其相反的过程称为译码。
当然，这里的编码和译码与差错控制编码和译码是完全不同的，前者是属于信源编码的范畴。
在现有的编码方法中，若按编码的速度来分，大致可分为两大类：
低速编码和高速编码。
通信中一般都采用第二类。
编码器的种类大体上可以归结为三类：
逐次比较型、折叠级联型、混合型。
在逐次比较型编码方式中，无论采用几位码，一般均按极性码、段落码、段内码的顺序排列。
下面结合13折线的量化来加以说明。
段落序号
段落码
量化级
段内码
8
111
15
1111
14
1110
7
110
13
1101
12
1100
6
101
11
1011
10
1010
5
100
9
1001
1000
4
011
0111
0110
3
010
0101
0100
2
001
0011
0010
1
000
0001
0000
在13折线法中，无论输入信号是正是负，均按8段折线（8个段落）进行编码。
若用8位折叠二进制码来表示输入信号的抽样量化值，其中用第一位表示量化值的极性，其余七位（第二位至第八位）则表示抽样量化值的绝对大小。
具体的做法是：
用第二至第四位表示段落码，它的8种可能状态来分别代表8个段落的起点电平。
其它四位表示段内码，它的16种可能状态来分别代表每一段落的16个均匀划分的量化级。
这样处理的结果，8个段落被划分成27＝128个量化级。
段落码和8个段落之间的关系如表2所示；
段内码与16个量化级之间的关系见上表。
2.脉冲编码调制的调制原理
a.模拟信源产生要传输的模拟信号；
b.预滤波器为带限滤波器；
c.波形编码器将模拟信号变换成数字编码信号；
d.信号经传输到达接收端，在接收端再将数字编码信号转换成模拟信号。
3.脉冲编码调制在数字通信系统中的应用
PCM是目前常用的综合接入设备，该设备以大规模集成电路和可编程逻辑芯片为核心，构成话路口（FXS）、交换口（FXO）、2/4线音频、E/M、RS232、RS422、以太网、V.35等多种接口的PCM综合接入产品。
它利用标准的E1数据传输通道，采用PCM制式，直接提供语音、数据、图像等多种用户接口。
PCM设备技术成熟，优势众多，因此它能成为目前企业最常用的通信传输接入设备之一，而且在类似通信系统等重要行业中广泛应用着。
下面探讨PCM设备主要特点以及在通信系统中的应用。
一、组网灵活，容量大
1.可组成点对点、星形、链路、环型等网络，能与ATM、SDH等多种传输设备配套应用，组网方式灵活，网络适应性强。
2.业务接入容量：
每套集中式PCM复用设备系统最多可接入420个速率为64kbit/s的各种业务。
3.中继链路容量：
每套集中式PCM复用设备系统最多可以传输14个E1（14*30*64kbit/s）容量的各类业务。
4.交叉容量：
可以外置交叉设备，实现14路E1和420路时隙的全交叉连接。
二、配置方便，采用支路板结构，14块独立的支路板供插各类语音、数据等业务模块，可混插、选插不同类型、不同数量的各种模块，使得业务配置和扩充极为方便。
三、接入种类丰富提供普通电话（用户环路）、热线电话、二/四线EM接口、二/四线音频接口、异步数据接口（RS232和V.24等）、同步数据接口、N*64K以太网接口等多种综合业务接入。
四、网络管理功能，用户可以通过管理接口输入一些简单命令，即可快速、有效地对本设备设置参数进行测试。
PCM设备在通信系统应用
PCM设备无论在电力系统，煤矿，还是雷达上，都有“用武之地”，在PCM系统设计中，采用了开放的总线结构，它利用标准的E1传输通道（G.703标准），采用PCM30/32制式，直接提供语音、数据、图像等多种用户接口。
若在雷达通信中运用PCM设备，这样将大大降低生产成本，产品的系列化、模块化、通用化会得到加强，产品维护也将更简单。
在煤矿下，因井下的通信条件较差，信息难以及时传达到地面，这时，性能稳定，传输精准的PCM设备也就派上用场了。
电力通信系统具有丰富的E1链路，使用E1PCM复用设备，利用现有的2ME1链路传输语音、办公数据、互联网和生产控制信息。
这样即解决生产控制信息的传送问题和办公信息的联网又可以节约大量的话费、上网费等办公开支。
对于多点传输，如点对多点传输，因空间和成本考虑，特推出集中式综合型PCM设备，把PCM设备“压缩”成一块整卡，再插到综合机架上，不仅功能不缺，反而更好的体现出了网管的功能，真正实现，小成本，放空间，简网管的一体化设备。
4.总结
此次报告的完成给我最大的感受就是课本上的知识我理解了，也一步一步的梳理出来了，但是对于它的应用方面我没有找到详细的资料。
报告不仅仅是为了完成老师的任务，更重要的是学会从中看到自身的不足以及学习到课本上学习不到的知识。
通过这门课程的学习，我的确学到了很多知识，相比别的授课老师的教学风格我觉得段老师的教学方式让我们更注重理解而不是死记，之所以选择PCM编码调制部分作为课程总结部分，是因为课前小论文里面我提到我想了解信息是如何传输的。
通信系统中的电话、图像业务，其信源是在时间上和幅度上均为连续的取值的模拟信号，要实现数字化的传输与交换，首先要把模拟信号通过编码变成数字信号，这就是所谓的PCM编码调制方式。
参考文献
[1]南利平等.通信原理简明教程[M]清华大学出版社，2007.8
[2]中国科普博览网
[3]XX百科
升级会员 