脉冲代码调制（PCM）

定义：一种技术模拟信号转换为数字形式为了通过数字网络具有信号传输被称为脉冲代码调制。它缩写为脉码调制．

PCM系统基本上也被称为信号编码器波形编码者．PCM允许将连续时间消息信号的表示作为二进制编码脉冲的序列表示。二进制形式仅允许2个可能的状态即，0和1．

PCM涉及的主要步骤是采样、量化和编码将在即将到来的部分中详细讨论。

PCM的基础知识

在脉冲编码调制时，先对模拟报文信号进行采样，然后将采样的幅值近似为最接近的量化电平集。这允许以离散的方式表示时间和振幅。从而产生离散信号。

然后将该离散信号转换为其二进制形式以用于传输信号。

这里应注意，在PCM技术中，信号以编码格式传输，并且必须在接收器处解码以便具有原始消息信号。

脉冲码调制框图

下图显示了代表PCM系统的框图

它主要由发射机、传输路径和接收机组成。发射机对信号进行采样、量化和编码。传输路径包括再生接收器，从不希望的噪声影响中恢复信号。

最后，接收部分，在接收端信号再生后对编码信号进行解码。现在让我们详细了解每个部分的工作:

PCM发射机

实用PCM发射器的详细图如下所示

• LPF.：这里，允许以连续时间形式的消息信号通过低通滤波器（LPF）。这种截止频率为f的lpf_M.消除信号的高频成分，只通过位于f以下的频率成分_M.．
• 取样器: LPF的输出被馈送到采样器，在采样器中模拟输入信号被定期采样。信号的采样速率是f_S.．选择采样频率如此选择它必须遵循表示为：的采样定理

F_S.≥2 f_M.

采样器的输出信号为离散时间连续幅度信号，记为nT_S.只不过是一个PAM信号。

• 量化器：量化器是将每个样本从最接近的离散级别舍入的单元。采样器提供连续范围信号，因此仍然是模拟的信号。量化器执行每个样本的近似，从而将其分配特定的离散级别。

因为它基本上四舍五入的价值到一定的水平，这显示了一些变化的实际数额。因此，我们可以说，量化一个信号会给它带来一些失真或噪声。这被称为量化错误．

这个噪声因子比信道噪声要好一些，因为它是可控的。

量化器可以是两种类型，均匀和非均匀量化器．在均匀的量化器中，水平之间存在均匀的间隔。与非均匀量化器一样，水平之间的间距不均匀。在这里，我们采用了统一的量化器。

对于一个低信号电平，量化误差高例如,坏的信噪比。但是,对于一个高信号电平，量化误差低提供良好的SNR。

下图展示了模拟信号的采样和采样的进一步量化

• 编码器:编码器将量化后的信号转换成二进制码。这个装置产生一个数字编码信号，它是作为调制输出的二进制脉冲序列。

因为它是二进制编码器，从而生成一个二进制编码的序列．通过传输路径传输。

PCM系统中的传输路径

PCM系统可以更好地控制通过通道在传输期间引入的信号失真而不是其他系统。PCM通过采用沿传输路径采用再生接收器来实现低信号失真。

通道在传输期间引入信号中的失真。通过再生器消除这种失真，以提供无变的PCM信号。结果，提高了系统的传输能力。

下图是再生中继器的框图。它基本上执行均衡和定时，然后执行决策。

PCM信号在提供给再生中继器时，开始时的均衡器电路执行失真信号的重塑。同时，定时电路产生脉冲系，该脉冲系是输入PCM脉冲的导数。

决策装置利用这个脉冲序列对PCM脉冲进行采样。这种采样是在能够达到最大信噪比的时刻进行的。通过这种方式，决策装置产生无失真的PCM波。

PCM接收器

下图显示了PCM接收器的功能框图

• 蓄热器:在接收端还放置再生中继器，以获得精确的PCM发送信号。在这里，再生器的工作方式与在传输路径中使用的方式类似。它消除了通道引起的噪声并重塑脉冲。
• DAC和采样器:数模转换器利用采样器将数字信号再次转换为模拟信号。由于实际的消息信号是模拟信号，因此在接收端有必要将其再次转换为原始形式。
• LPF.：采样器生成模拟信号，但这不是原始消息信号。因此，采样器的输出被馈送到具有截止频率f的LPF_M.．这有时被称为产生原始消息信号的重构滤波器。

为了产生原始的模拟信息信号，在发送端所做的过程在接收端稍微反向进行。下图显示了接收机实际模拟报文信号的重构。

脉冲代码调制中的传输带宽

传输PCM系统的带宽与每个样本的多个位相关联．如果每个样本的比特数增加，则带宽也增加。为了具有良好的近似，必须使用大量级别，但这会导致更大的带宽要求。

让我们考虑每个量子器级别是由' n '二进制数字表示的。那么由n个二进制数字表示的能级是，

q = 2^N.

：Q是量化器的数字级别

每个样本变为n位，因此，每个样本的比特数为' n '。

我们已经讨论过每秒的采样次数是f_S.．因此，每秒钟的比特数也称为信令速率，

r = n f_S.

由于传输带宽是信令速率的一半，因此

正如我们已经讨论过的那样，r = nf._S.

所以，

但我们知道，F_S.≥2 f_M.

因此，PCM系统的带宽被给出，

BW≥n f_M.

PCM的优点

1. 免疫通道诱导的噪声和失真。
2. 中继器可以沿发射信道使用。
3. 编码器允许安全的数据传输。
4. 它确保了均匀的传输质量。

PCM的缺点

1. 脉冲代码调制增加了传输带宽。
2. PCM系统比另一个系统更复杂。

因此，从上面的讨论中，我们可以得出结论，PCM系统以编码格式发送数据，这确保了安全传输。但是，这同时需要解码系统，以便再现提高系统复杂性的精确消息信号。