PCM复用设备

脉码调制

PCM复用设备，中文称脉码调制，由A.里弗斯于1937年提出的，这一概念为数字通信奠定了基础，60年代它开始应用于市内电话网以扩充容量，使已有音频电缆的大部分芯线的传输容量扩大24～48倍。各国相继把脉码调制成功地应用于同轴电缆通信、微波接力通信、卫星通信和光纤通信等中、大容量传输系统。80年代初，脉码调制已用于市话中继传输和大容量干线传输以及数字程控交换机，并在用户话机中采用。

简介

在光纤通信系统中，光纤中传输的是二进制光脉冲“0”码和“1”码，它由二进脉冲编码调制

制数字信号对光源进行通断调制而产生。而数字信号是对连续变化的模拟信号进行抽样、量化和编码产生的，称为PCM（Pulse-code modulation），即脉冲编码调制。这种电的数字信号称为数字基带信号，由PCM电端机产生。当前的数字传输系统都是采用脉码调制（Pulse-code modulation）体制。PCM最初并非传输计算机数据用的，而是使交换机之间有一条中继线不是只传送一条电话信号。PCM有两个标准（表现形式）即E1和T1。

中国采用的是欧洲的E1标准。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。

脉冲编码调制可以向用户提供多种业务，既可以提供从2M到155M速率的数字数据专线业务，也可以提供话音、图象传送、远程教学等其他业务。特别适用于对数据传输速率要求较高，需要更高带宽的用户使用。

脉冲编码调制是70年代末发展起来的，记录媒体之一的CD，80年代初由飞利浦和索尼公司共同推出。脉码调制的音频格式也被DVD-A所采用，它支持立体声和5.1环绕声，1999年由DVD 脉冲编码调制

讨论会发布和推出的。脉冲编码调制的比特率，从14-bit发展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；采样频率从44.1kHz发展到192kHz。PCM脉码调制这项技术可以改善和提高的方面则越来越来小。只是简单的增加PCM脉码调制比特率和采样率，不能根本的改善它的根本问题。其原因是PCM的主要问题在于：

（1）任何脉冲编码调制数字音频系统需要在其输入端设置急剧升降的滤波器，仅让20Hz-22.05kHz的频率通过（高端22.05kHz是由于CD44.1kHz的一半频率而确定）。

（2）在录音时采用多级或者串联抽选的数字滤波器（减低采样频率），在重放时采用多级的内插的数字滤波器（提高采样频率），为了控制小信号在编码时的失真，两者又都需要加入重复定量噪声。这样就限制了PCM技术在音频还原时的保真度。

为了全面改善脉冲编码调制数字音频技术，获得更好的声音质量，就需要有新的技术来替换。飞利浦和索尼公司再次联手，共同推出一种称为直接流数字编码技术DSD的格式，其记录媒体为超级音频CD即SACD，支持立体声和5.1环绕声。DSD是PCM脉冲编码调制的进化版。

工作原理

脉冲编码调制就是把一个时间连续，取值连续的模拟信号变换成时间离散，取值离散的数字信号后在信道中传输。脉冲编码调制就是对模拟信号先抽样，再对样值幅度量化，编码的过程脉冲编码调制工作原理抽样，就是对模拟信号进行周期性扫描，把时间上连续的信号变成时间上离散的信号，抽样必须遵循奈奎斯特抽样定理。该模拟信号经过抽样后还应当包含原信号中所有信息，也就是说能无失真的恢复原模拟信号。它的抽样速率的下限是由抽样定理确定的。抽样速率采用8Kbit/s。

量化，就是把经过抽样得到的瞬时值将其幅度离散，即用一组规定的电平，把瞬时抽样值用最接近的电平值来表示,通常是用二进制表示。

量化误差：量化后的信号和抽样信号的差值。量化误差在接收端表现为噪声，称为量化噪声。量化级数越多误差越小，相应的二进制码位数越多，要求传输速率越高，频带越宽。为使量化噪声尽可能小而所需码位数又不太多，通常采用非均匀量化的方法进行量化。非均匀量化根据幅度的不同区间来确定量化间隔，幅度小的区间量化间隔取得小，幅度大的区间量化间隔取得大。

一个模拟信号经过抽样量化后，得到已量化的脉冲幅度调制信号，它仅为有限个数值。

编码，就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。

然而，实际上量化是在编码过程中同时完成的，故编码过程也称为模/数变换，可记作A/D。

话音信号先经防混叠低通滤波器，进行脉冲抽样，变成8KHz重复频率的抽样信号（即离散的脉冲调幅PAM信号），然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号，再经编码后转换成二进制码。对于电话，CCITT规定抽样率为8KHz，每抽样值编8位码，即共有2∧8=256个量化值，因而每话路 PCM编码后的标准数码率是64kb/s。为解决均匀量化时小信号量化误差大，音质差的问题，在实际中采用不均匀选取量化间隔的非线性量化方法，即量化特性在小信号时分层密，量化间隔小，而在大信号时分层疏，量化间隔大。

在实际中使用的是两种对数形式的压缩特性：A律和U律，A律编码主要用于30/32路一次群系统，U律编码主要用于24路一次群系统。A律PCM用于欧洲和中国，U律PCM用于北美和日本。

编码:PCM编码原理与规则：PCM数字接口是G.703标准，通过75Ω同轴电缆或120Ω双绞线进行非对称或对称传输，传输码型为含有定时关系的HDB3码，接收端通过译码可以恢复定时，实现时钟同步。Fb为帧同步信号，C2为时钟信号，速率为2.048Mbps，数据在时钟下降沿有效，E1接口具有脉冲编码调制编码

PCM帧结构，一个复帧包括16个帧，一个帧为125μs，分为32个时隙，其中偶帧的零时隙传输同步信息码0011011，奇帧的零时隙传输对告码，16时隙传输信令信息，其它各时隙传输数据，每个时隙传输8比特数据。

可采用u率或者是A率进行编码。我国采用的是A率13折线编码。

PCM复用设备以采样技术为定理。采样定理：如果在规定的时间内，以有效信号最高频率的二倍或二倍以上的速率对该信号进行采样，则这些采样信息值中包含了全部原始信号信息。

技术基础

一位可变

如同RAM或EEPROM，PCM复用设备可变的最小单元是一位。闪存技术在改变储存的信息时要求有一步单独的擦除步骤。而在一位可变的存储器中存储的信息在改变时无需单独的擦除步骤，可直接由1变为0或由0变为1。

非易失性

相变存储器如NOR闪存与NAND闪存一样是非易失性的存储器。RAM需要稳定的供电来维持信号，如电池支持。DRAM也有称为软错误的缺点，由微粒或外界辐射导致的随机位损坏。早期Intel进行的兆比特PCM存储阵列能够保存大量数据，该实验结果表明PCM复用设备具有良好的非易失性。

读取速度

如同RAM和NOR闪存，PCM复用设备技术具有随机存储速度快的特点。这使得存储器中的代码可以直接执行，无需中间拷贝到RAM。PCM复用设备读取反应时间与最小单元一比特的NOR闪存相当，而它的的带宽可以媲美DRAM。相对的，NAND闪存因随机存储时间长达几十微秒，无法完成代码的直接执行。

写入/擦除速度

PCM复用设备能够达到如同NAND的写入速度，但是PCM复用设备的反应时间更短，且无需单独的擦除步骤。NOR闪存具有稳定的写入速度，但是擦除时间较长。PCM同RAM一样无需单独擦除步骤，但是写入速度（带宽和反应时间）不及RAM。随着PCM复用设备技术的不断发展，存储单元缩减，PCM复用设备将不断被完善。

缩放比例

缩放比例是PCM复用设备的第五个不同点。NOR和NAND存储器的结构导致存储器很难缩小体型。这是因为门电路的厚度是一定的，它需要多于10V的供电，CMOS 逻辑门需要1V或更少。这种缩小通常被成为摩尔定律，存储器每缩小一代其密集程度提高一倍。随着存储单元的缩小，GST材料的体积也在缩小，这使得PCM复用设备具有缩放性。

结论

相变存储器是一种很有发展前景的存储技术，当前再次引起了研究人员的注意。相变存储器利用可逆的相变现象，通过两相间的阻抗差异来存储信息。Numonyx的早期工作和取得的进展，将该技术推向了可读写存储领域的前沿。相变存储器集成了NOR闪存、NAND闪存、EEPROM和RAM的特性于一体，这些功能连同存储系统低耗用的潜能，将能够在广泛地创造出新的应用和存储架构。

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