脈衝編碼調製(Pulse Code Modulation,PCM)，由A.里弗斯於1937年提出的，這一概念為數字通信奠定了基礎，60年代它開始套用於市內電話網以擴充容量，使已有音頻電纜的大部分芯線的傳輸容量擴大24～48倍。到70年代中、末期，各國相繼把脈碼調製成功地套用於同軸電纜通信、微波接力通信、衛星通信和光纖通信等中、大容量傳輸系統。80年代初，脈衝編碼調製已用於市話中繼傳輸和大容量幹線傳輸以及數字程控交換機，並在用戶話機中採用。
在光纖通信系統中，光纖中傳輸的是二進制光脈衝“0”碼和“1”碼，它由二進制數位訊號對光源進行通斷調製而產生。而數位訊號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的，稱為PCM（Pulse-code modulation），即脈衝編碼調製。這種電的數位訊號稱為數字基帶信號，由PCM電端機產生。現在的數字傳輸系統都是採用脈碼調製（Pulse-code modulation）體制。PCM最初並非傳輸計算機數據用的，而是使交換機之間有一條中繼線不是只傳送一條電話信號。PCM有兩個標準（表現形式）即E1和T1。
中國採用的是歐洲的E1標準。T1的速率是1.544Mbit/s，E1的速率是2.048Mbit/s。
脈衝編碼調製可以向用戶提供多種業務，既可以提供從2M到155M速率的數字數據專線業務，也可以提供話音、圖象傳送、遠程教學等其他業務。特別適用於對數據傳輸速率要求較高，需要更高頻寬的用戶使用。
基本介紹
- 中文名：脈衝編碼調製
- 外文名：Pulse Code Modulation
- 簡稱：PCM
- 發現者：A.里弗斯
- 發現時間：1937年
- 用於：市話中繼傳輸等
發展史,工作原理,編碼,E1標準,技術基礎,晶片,面世背景,晶片優點,管道檢測,檢測原理,主要功能,
發展史
脈衝編碼調製是70年代末發展起來的，記錄媒體之一的CD，80年代初由飛利浦和索尼公司共同推出。脈碼調製的音頻格式也被DVD-A所採用，它支持立體聲和5.1環繞聲，1999年由DVD討論會發布和推出的。脈衝編碼調製的位深度，從14-bit發展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit；採樣頻率從44.1kHz發展到192kHz。PCM脈碼調製這項技術可以改善和提高的方面則越來越來小。只是簡單的增加PCM脈碼調製位深度和採樣率，不能根本的改善它的根本問題。其原因是PCM的主要問題在於：
脈衝編碼調製
脈衝編碼調製（2）在錄音時採用多級或者串聯抽選的數字濾波器（減低採樣頻率），在重放時採用多級的內插的數字濾波器（提高採樣頻率），為了控制小信號在編碼時的失真，兩者又都需要加入重複定量噪聲。這樣就限制了PCM技術在音頻還原時的保真度。
工作原理
量化誤差：量化後的信號和抽樣信號的差值。量化誤差在接收端表現為噪聲，稱為量化噪聲。 量化級數越多誤差越小，相應的二進制碼位數越多，要求傳輸速率越高，頻帶越寬。 為使量化噪聲儘可能小而所需碼位數又不太多，通常採用非均勻量化的方法進行量化。 非均勻量化根據幅度的不同區間來確定量化間隔，幅度小的區間量化間隔取得小，幅度大的區間量化間隔取得大。
話音信號先經防混疊低通濾波器，進行脈衝抽樣，變成8KHz重複頻率的抽樣信號（即離散的脈衝調幅PAM信號），然後將幅度連續的PAM信號用“四捨五入”辦法量化為有限個幅度取值的信號，再經編碼後轉換成二進制碼。對於電話，CCITT規定抽樣率為8KHz，每抽樣值編8位碼，即共有2∧8=256個量化值，因而每話路PCM編碼後的標準數碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大，音質差的問題，在實際中採用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法，即量化特性在小信號時分層密，量化間隔小，而在大信號時分層疏，量化間隔大。
在實際中使用的是兩種對數形式的壓縮特性：A律和μ律，A律編碼主要用於30/32路一次群系統，μ律編碼主要用於24路一次群系統。A律PCM用於歐洲和中國，μ律PCM用於北美和日本。
編碼
PCM編碼原理與規則：PCM數字接口是G.703標準，通過75Ω同軸電纜或120Ω雙絞線進行非對稱或對稱傳輸，傳輸碼型為含有定時關係的HDB3碼，接收端通過解碼可以恢復定時，實現時鐘同步。Fb為幀同步信號，C2為時鐘信號，速率為2.048Mbps，數據在時鐘下降沿有效，E1接口具有PCM幀結構，一個復幀包括16個幀，一個幀為125μs，分為32個時隙，其中偶幀的零時隙傳輸同步信息碼0011011，奇幀的零時隙傳輸對告碼，16時隙傳輸信令信息，其它各時隙傳輸數據，每個時隙傳輸8比特數據。
脈衝編碼調製編碼
脈衝編碼調製編碼可採用μ率或者是A率進行編碼。我國採用的是A率13折線編碼。
PCM以採樣技術為定理。採樣定理：如果在規定的時間內，以有效信號最高頻率的二倍或二倍以上的速率對該信號進行採樣，則這些採樣信息值中包含了全部原始信號信息。
E1標準
E1是PCM其中一個標準（表現形式）。由PCM脈碼調製編碼中E1的時隙特徵可知，E1共分32個時隙TS0-TS31。每個時隙為64K，其中TS0為被幀同步碼，Si，Sa4，Sa5，Sa6，Sa7，A比特占用，若系統運用了CRC校驗，則Si比特位置改傳CRC校驗碼。TS16為信令時隙，當使用到信令(共路信令或隨路信令)時，該時隙用來傳輸信令，用戶不可用來傳輸數據。所以2M的PCM碼型有：
脈衝編碼調製E1標準
脈衝編碼調製E1標準1、PCM30：PCM30用戶可用時隙為30個，TS1-TS15，TS17-TS31。TS16傳送信令，無CRC校驗。
2、PCM31：PCM30用戶可用時隙為31個，S1-TS15，TS16-TS31。TS16不傳送信令，無CRC校驗。
3、PCM30C：PCM30用戶可用時隙為30個，TS1-TS15，TS17-TS31。TS16傳送信令，有CRC校驗。
4、PCM31C：PCM30用戶可用時隙為31個，TS1-TS15，TS16-TS31。TS16不傳送信令，有CRC校驗。
CE1，就是把2M的傳輸分成了30個64K的時隙，一般寫成N*64，
CE1----最多可有31個信道承載數據timeslots1----31,timeslots0傳同步
PCME1形式結構簡述
在PCME1形式信道中，8bit組成一個時隙（TS），由32個時隙組成了一個幀（F），16個幀組成一個復幀（MF）。在一個幀中，TS0主要用於傳送幀。定位信號（FAS）：CRC-4（循環冗餘校驗）和對端告警指示，TS16主要傳送隨路信令（CAS）、復幀定位信號和復幀對端告警指示，TS1至TS15和TS17至TS31共30個時隙傳送話音或數據等信息。稱TS1至TS15和TS17至TS31為淨荷，TS0和TS16為開銷。如果採用帶外公共信道信令（CCS），TS16就失去了傳送信令的用途，該時隙也可用來傳送信息信號，這時幀結構的淨荷為TS1至TS31，開銷只有TS0。
PCME1形式接口
G703非平衡的75ohm，平衡的120ohm2種接口。
使用PCME1形式有三種方法
1、將整個2M用作一條鏈路，如DDN2M。
2、將2M用作若干個64k及其組合，如128K，256K等，這就是CE1。
3、在用作語音交換機的數字中繼時，這也是E1最本來的用途，是把一條E1作為32個64K來用，但是時隙0和時隙15是用作signaling即信令的，所以一條E1可以傳30路話音。PRI就是其中的最常用的一種接入方式，標準叫PRA信令。用2611等的廣域網接口卡，經V.35-G.703轉換器接E1線。這樣的成本比E1卡低，DDN的2M速率線路是經HDSL線路拉至用戶側。E1可由傳輸設備出的光纖拉至用戶側的光端機提供E1服務。
PCME1形式使用注意事項
PCME1形式接口對接時，雙方的E1不能有信號丟失/幀失步/復幀失步/滑碼告警，但是雙方在E1接口參數上必須完全一致，因為個別特性參數的不一致，不會在指示燈或者告警台上有任何告警，但是會造成數據通道的不通/誤碼/滑碼/失步等情況。這些特性參數主要有：阻抗/幀結構/CRC4校驗。
PCME1形式阻值有75ohm和120ohm兩種，PCME1形式幀結構有PCM31/PCM30/不成幀三種。
PCME1形式和PCME2形式區別
1、PCMT1形式是高速傳輸的另一種標準。一條PCMT1形式可以同時有多個並發信道，每個信道都是一個獨立的連線。在美國的標準PCMT1形式服務提供24個信道，每個信道的速率是56K。PCMT1形式服務與其相應的設備ISDN和普通電話相比都更加昂貴。而PCME2形式相對費卻較少。
2、PCMT1形式通常用於需要在遠程站點間進高頻寬高速率傳輸的大型組織。64K專用數據線（DDL）作為T1服務的一個變種或一個分支服務，也提供此類服務。而一條PCME1形式線，只要有ProxyServer提供的緩衝功能，在同等傳輸下，比PCMT1形式可以有效地節省頻寬。
3、PCMT1形式提供23個B信道和一個D信道，即23B+D.1.544Mbps；PCME1形式提供30個B信道和一個D信道，即30B+D.2.048Mbps。
4、PCMT1形式表示具有高質量的通話和數據傳送界面，北美使用T1標準，能夠支持Max的24位用戶同時拔號，而歐洲使用E1標準，可以支持30位用戶，PCMT1形式僅是MAX的簡單接口。
技術基礎
一位可變
如同RAM或EEPROM，PCM可變的最小單元是一位。快閃記憶體技術在改變儲存的信息時要求有一步單獨的擦除步驟。而在一位可變的存儲器中存儲的信息在改變時無需單獨的擦除步驟，可直接由1變為0或由0變為1。
非易失性
相變存儲器如NOR快閃記憶體與NAND快閃記憶體一樣是非易失性的存儲器。RAM需要穩定的供電來維持信號，如電池支持。DRAM也有稱為軟錯誤的缺點，由微粒或外界輻射導致的隨機位損壞。早期Intel進行的兆比特PCM存儲陣列能夠保存大量數據，該實驗結果表明PCM具有良好的非易失性。
讀取速度
如同RAM和NOR快閃記憶體，PCM技術具有隨機存儲速度快的特點。這使得存儲器中的代碼可以直接執行，無需中間拷貝到RAM。PCM讀取反應時間與最小單元一比特的NOR快閃記憶體相當，而它的的頻寬可以媲美DRAM。相對的，NAND快閃記憶體因隨機存儲時間長達幾十微秒，無法完成代碼的直接執行。
寫入/擦除速度
PCM能夠達到如同NAND的寫入速度，但是PCM的反應時間更短，且無需單獨的擦除步驟。NOR快閃記憶體具有穩定的寫入速度，但是擦除時間較長。PCM同RAM一樣無需單獨擦除步驟，但是寫入速度（頻寬和反應時間）不及RAM。隨著PCM技術的不斷發展，存儲單元縮減，PCM將不斷被完善。
縮放比例
縮放比例是PCM的第五個不同點。NOR和NAND存儲器的結構導致存儲器很難縮小體型。這是因為門電路的厚度是一定的，它需要多於10V的供電，CMOS邏輯門需要1V或更少。這種縮小通常被成為摩爾定律，存儲器每縮小一代其密集程度提高一倍。隨著存儲單元的縮小，GST材料的體積也在縮小，這使得PCM具有縮放性。
結論
相變存儲器是一種很有發展前景的存儲技術，數年來再次引起了研究人員的注意。相變存儲器利用可逆的相變現象，通過兩相間的阻抗差異來存儲信息。Numonyx的早期工作和取得的進展，將該技術推向了可讀寫存儲領域的前沿。相變存儲器集成了NOR快閃記憶體、NAND快閃記憶體、EEPROM和RAM的特性於一體，這些功能連同存儲系統低耗用的潛能，將能夠在廣泛地創造出新的套用和存儲架構。
晶片
面世背景
2011年09月30 日，在北京時代全芯科技有限公司在與美國全芯科技公司（BAMC）及其合作方IBM團隊的共同努力下，第一批基於相變存儲器的產品晶片已經設計完成，成為中國第一批高密度相變存儲器晶片。
公司已經成功設計了兩顆完整的產品晶片（256Mb的LPDDR2和32Mb的SPI 晶片），並設計了 一個16Mb的嵌入式相變存儲器的宏模組，和一些其他的測試結構。
晶片優點
時代全芯設計的晶片在市場中有突出的優點。SPI晶片和現有使用快閃記憶體的系統完全兼容並可以直接插入現有系統使用。LPDDR2晶片是第一個效仿DRAM功能的相變存儲器，它的設計數據速率達到突出的800 Mb/sec。16Mb的嵌入式相變存儲器IP可以用於很多SoC設計，重要的是嵌入式IP完全由北京時代全芯團隊設計。
管道檢測
PCM：低速數據接入設備。
PCM：埋地管道防腐層狀況檢測系統。
可以對埋地管道在非開挖狀況下進行檢測，對埋地管道的外防腐層的破壞情況評估、定位，同時對管道進行精確定位、測深。英國雷迪新推出的RD-PCM+埋地管道防腐層狀況檢測儀和埋地防腐層狀況檢測系統，解決了以往定位、數據採集與分析兩步走的工作消耗，大大提高了工作效率，減輕了工作強度。
檢測原理
PCM檢測技術利用交流電流梯度（簡稱ACVG）法，通過在管道和大地間施加某一頻率的正弦電壓，給待檢測的管道發射檢測信號電流，在地面上沿路由檢測管道電流產生交變電磁場的強度及變化規律。通過管道上方地面的磁場強度換算出管中電流的變化，據此判斷管道的支線位置或破損缺陷等。PCM檢測的基本原理是：管道的防腐層和大地之間存在著分布電容耦合效應，且防腐層本身也存在弱而穩定的導電性，信號電流在管道外防腐層完好時的傳播過程中呈指數衰減規律，當管道防腐層破損後，管中電流便由破損點流入大地，管中電流會明顯衰減，引發地面磁場強度的急劇減小，由此對防腐層的破損進行定位。在得到檢測電流的變化情況後，根據評價模型可推算出防腐層的性能參數值Rg。採用這種方法不但可對防腐層的破損進行定位，推算出防腐層的性能參數值Rg，而且可對管道路由精確定位描述，測量深度。本測試方法在很大程度上排除了大地的電性和雜散電流的干擾，具有很強的實用性。
主要功能
1.油氣管道防腐層絕緣性能評估和缺陷點精確定位。
2.重要管道防腐層的定期跟蹤檢測和安全評價。
3.查找和定位管道搭接點、不明管道和分支管道。
4.長輸管道的路徑定位和深度測量。
5.新鋪管道塗層施工質量驗收 。
6.協助對缺陷故障進行分類。
7.協助修復工作進行優先權排序和修復計畫。
2.重要管道防腐層的定期跟蹤檢測和安全評價。
3.查找和定位管道搭接點、不明管道和分支管道。
4.長輸管道的路徑定位和深度測量。
5.新鋪管道塗層施工質量驗收 。
6.協助對缺陷故障進行分類。
7.協助修復工作進行優先權排序和修復計畫。
