脉冲编码调制

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[外文]：pulsecodemodulationsystem，缩写PCM对模拟信号进行抽样并把样值量化通过编码转换成数字信号的调制方式，简称脉码调制。脉码调制是时分多路通信中的一种主要制式。利用脉码调制可以用两对导线同时传送多路电话。简史脉码调制原理，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路脉码调制系统。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LD-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。原理脉码调制包括抽样、量化和编码三个过程。每隔一定时间从连续变化的话音模拟信号中取出一个瞬时值，从而得到一系列电平幅度不同的脉冲信号，即脉幅调制(PAM)信号，这个过程称为抽样。抽样后，各脉幅调制信号的电平幅度用量化级来衡量。量化级分为有限数目的幅度间隔。在某一级幅度范围内的抽样脉冲都取同一值。这个过程称为量化。经过量化的脉冲幅度只是近似于脉幅调制信号，由此产生的误差，称为量化失真。最后，将量化后的每一脉冲幅值用一组二进制数字代码表示。这个过程称为编码。标准的脉码设备，其量化级为256级，因此要用8位二进制数字编码(28=256)。在量化和编码时，用来规定各个量化级的相对数值的规律，称为编码律。具有压缩扩展特性的折线编码律，较为常用。国际上，现有的标准编码律有A律和μ律两种，前者采用13折线近似，后者采用15折线近似。时分复用脉码调制原理如图1所示。为了识图方便，该图简化为8级均匀量化和3位二进制数字编码。图1编码数字脉冲沿线路传输时会受到衰减和噪声干扰。因此，每传送一定距离，必须对脉冲进行识别和再生，使其幅度、波形和定时恢复原状。这个过程称为再生。在接收端，把编码的数字脉冲重新变换为量化的脉幅调制信号，称为译码。然后脉幅调制信号经低通滤波器还原成原来的连续变化的话音信号。脉码调制通信系统话音的标准抽样速率为每秒8000次。根据抽样理论，这种抽样速率可以保证接收端收听到的话音基本上不失真。抽样的时间间隔，称为帧。一个话路的话音信号，编码后仅占时间帧的很小部分。这部分称为时隙。其余时隙可以用以传送其他话路编码脉冲，从而实现时分多路复用。设备脉码调制设备包括终端设备和再生中继器。终端设备除出入中继器外，基本上由发送支路和接收支路所构成。（1）发送支路：包括发定时电路、话路发电路、模拟－数字转换和汇总电路以及码型变换电路。这些电路分别起到同步、抽样、编码和码型变换（把二进制变换成适合在线路上传输的码型）的作用。（2）接收支路:包括收定时电路、话路收电路、数字-模拟转换电路和码型逆变换电路。这些电路的作用是完成发送支路的逆过程（图2）。再生中继器是能使在传输过程中变形的脉冲恢复原状的设备。它具有均衡放大（整形）、定时提取和波形再生三种功能。在线路中途加装再生中继器的数量，按照两终端设备之间距离确定。数字通信按照复用容量分为若干级。一些国家的数字复用系列见表。特点（1）脉码调制系统采用数字脉冲来传输信息，通常传送的只是“1”或“0”、“正”或“负”和脉冲的“有”或“无”，只要识别这两种状态即可，所以对传输线路中的串话、噪声等抗干扰性强。（2）脉码调制系统采用信号再生中继方式，每隔一定距离就再生出“干净”的脉冲向下一站转发，因而其信号的失真不积累。（3）脉码设备便于采用集成电路，设备的体积小而简单，且重量轻、功耗小。（4）脉码调制设备传送的是数字信号，便于加用保密装置。（5）适用于光导纤维等新的传输媒介。脉码调制的主要缺点是占用频带较宽。