交換技術(shù)第2章

第2章話(huà)音信號(hào)的數(shù)字化基礎(chǔ)2.1多路復(fù)用的概念2.2PCM的基本原理2.3PCM的基本概念及其幀結(jié)構(gòu)2.4PCM高次群思考題

2.1多路復(fù)用的概念信號(hào)：模擬信號(hào)：是數(shù)值上連續(xù)變化的信號(hào)。例如話(huà)音信號(hào)，圖象信號(hào)等。數(shù)字信號(hào)：是離散的信號(hào)多路復(fù)用將多個(gè)信號(hào)源發(fā)出的信號(hào)組合，并由一個(gè)信道傳輸，傳輸中各信號(hào)之間彼此獨(dú)立多路復(fù)用的基礎(chǔ)是分割原理，信號(hào)分割的依據(jù)是信號(hào)差異復(fù)用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線(xiàn)路利用率根據(jù)不同的參量，多路復(fù)用的類(lèi)型有頻分復(fù)用FDM:各路信號(hào)頻率分開(kāi)，時(shí)間重疊時(shí)分復(fù)用TDM:各路信號(hào)時(shí)間分開(kāi)，頻率重疊碼分復(fù)用CDM:各路信號(hào)時(shí)間、頻率重疊，特征碼不同

FDM（）

TDM傳輸介質(zhì)第1路第2路第n路第1路第2路第n路發(fā)送接收時(shí)分復(fù)用TDM（通常指同步時(shí)分復(fù)用）把傳輸信道按時(shí)間分割成若干時(shí)隙，以傳送若干路信號(hào)。發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時(shí)隙1時(shí)將第1路信號(hào)打入信道，時(shí)隙2是將第2路信號(hào)打入信道，依此類(lèi)推接收方，在發(fā)送方同步信號(hào)的作用下，在時(shí)隙1時(shí)接收第1路信號(hào)，時(shí)隙2時(shí)接收第2路信號(hào)……….

時(shí)分復(fù)用原理TDM按幀結(jié)構(gòu)（固定時(shí)長(zhǎng)，時(shí)隙個(gè)數(shù)固定）傳送每個(gè)用戶(hù)分配固定時(shí)隙（在幀結(jié)構(gòu)中占固定位置）每個(gè)用戶(hù)只能在自己的時(shí)隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)當(dāng)某用戶(hù)無(wú)數(shù)據(jù)發(fā)送時(shí)，分配給該用戶(hù)的時(shí)隙只能處于空閑狀態(tài)，不能作為他用可能造成線(xiàn)路資源的浪費(fèi)aabcdbcabbccad用戶(hù)ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四個(gè)時(shí)分復(fù)用幀時(shí)分復(fù)用t

時(shí)間分割多路復(fù)用原理：

TDM

在TDM系統(tǒng)中，各信號(hào)在時(shí)域上是分開(kāi)的，而在頻域上是混疊在一起的。時(shí)分復(fù)用方式將提供給整個(gè)信道傳輸信息的時(shí)間劃分成若干時(shí)間片（簡(jiǎn)稱(chēng)時(shí)隙），并將這些時(shí)隙分配給每一個(gè)信號(hào)源使用，每一路信號(hào)在自己的時(shí)隙內(nèi)獨(dú)占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)傳輸。

優(yōu)點(diǎn):

時(shí)隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸；

缺點(diǎn):

是當(dāng)某信號(hào)源沒(méi)有數(shù)據(jù)傳輸時(shí)，它所對(duì)應(yīng)的信道會(huì)出現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無(wú)法占用這個(gè)空閑的信道，因此會(huì)降低線(xiàn)路的利用率，但這一問(wèn)題可以采用統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用的方法解決。

統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用原理STDM：StatisticTDM，統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用，又叫異步時(shí)分復(fù)用每個(gè)用戶(hù)不分配固定時(shí)隙，按需動(dòng)態(tài)分配時(shí)隙STDM按幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳送，且?guī)L(zhǎng)度固定（不同系統(tǒng)幀長(zhǎng)可能不同）組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行一個(gè)用戶(hù)可以連續(xù)占用多個(gè)時(shí)隙能顯著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用戶(hù)ABCDtttt①②③④#1#2#33個(gè)STDM幀統(tǒng)計(jì)時(shí)分復(fù)用t

2.2PCM基本原理PCM：PulseCodeModulation脈沖編碼調(diào)制PCM是一種將模擬信號(hào)變換成數(shù)字信號(hào)的編碼方式PCM發(fā)送端包括：抽樣、量化和編碼PCM接收端包括：解碼、量化樣值解調(diào)模擬信源低通濾波器量化器抽樣器編碼器解碼器低通濾波器模擬信宿發(fā)送端接收端

PCM基本原理抽樣量化12345678910111213141516編碼10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100

將時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度離散的數(shù)字信號(hào)。

將時(shí)間連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換成時(shí)間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號(hào)。帶限信號(hào)連續(xù)抽樣，要求抽樣頻率不小于所傳信號(hào)的最高頻率的2倍。量化后的信號(hào)通過(guò)編碼器變成一組碼元

量化級(jí)：對(duì)應(yīng)一個(gè)幅度等級(jí)

如：將0~8V范圍的模擬量分為8級(jí)，每級(jí)1V。即0~1V為0級(jí)，1~2V為第1級(jí)…用這8級(jí)的量去量化輸入信號(hào)。均勻分級(jí)量化方法:舍去型、補(bǔ)足型、四舍五入型量化前的值/V量化后輸出值/V舍去型補(bǔ)足型四舍五入型6.6V6.1V0.1V660771760均勻分級(jí)量化

量化誤差：量化前、后信號(hào)幅度之間的差別

量化誤差產(chǎn)生的后果：量化噪聲

均勻量化：絕對(duì)誤差相等、量化噪聲均勻，小信號(hào)的信噪比小。

信噪比：衡量通信質(zhì)量的重要指標(biāo)，一般要求大于26dB。減少小信號(hào)時(shí)的量化噪聲解決方法：將量化級(jí)分細(xì)，減少量化誤差從而減少量化噪聲。量化級(jí)數(shù)多，要求有更多位編碼及更高的碼速，要求更高的編碼器。信噪比=10㏒

信號(hào)/噪聲（單位：dB）

采用不均勻量化，（壓擴(kuò)法）-小信號(hào)的量化級(jí)分細(xì)些，大信號(hào)量化級(jí)分粗些。使在保持原來(lái)的量化級(jí)數(shù)下將信噪比做得高于26DB。兩種壓擴(kuò)律：

u律和A律A律：通用于歐洲，為30/32路PCM采用，E1線(xiàn)路

2.048Mb/su律：通用于北美和日本，為24路PCM采用，T1線(xiàn)路

1.544Mb/s我國(guó)采用A律

如果定義最小段長(zhǎng)度為△，則最大電平幅值為：2048△中國(guó)、歐洲采用A律13折線(xiàn)PCM量化信號(hào)幅值不均勻地分為八個(gè)大段，每個(gè)大段都平均地分為16個(gè)小段，故一共分為8*16=128段，在信號(hào)幅值的負(fù)半周量化方法相同，故共有128*2=256個(gè)量化級(jí)日本、北美采用μ律15折線(xiàn)PCM量化

編碼就是把量化后抽樣點(diǎn)的幅值分別用代碼來(lái)表示。編碼器輸出的碼型有：?jiǎn)螛O性不歸零碼（NRZ）：信號(hào)“1”有脈沖，“0”無(wú)脈沖。占空比100%。單極性歸零碼（RZ）：占空比50%。雙極性歸零碼（AMI）：信號(hào)“0”由空號(hào)傳送，“1”由“+1”“-1”交替?zhèn)魉?。三階高密度雙極性碼（HDB3）：連零數(shù)限制在三個(gè)以下。

11000111編碼規(guī)則：正電壓：“1”零電壓：“0”占空比：100%單極性歸零碼編碼規(guī)則：正電壓：“1”零電壓：“0”占空比：50%11000111單極性不歸零碼特點(diǎn)：適合短距離傳輸存在直流分量和豐富的高頻分量，占用頻帶寬多個(gè)連0可能引起失步

占用頻

占用頻

占用頻

雙極性歸零碼（AMI-AlternateMarkInversion交替極性倒置）編碼規(guī)則：正、負(fù)電壓：“1”零電壓：“0”占空比：50%11000111特點(diǎn)：基本不存在直流分量，高頻分量少多個(gè)連0可能引起失步

歸零碼和不歸零碼、單極性碼和雙極性碼的特點(diǎn)不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結(jié)束和另一位的開(kāi)始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進(jìn)行定時(shí)或同步；

歸零碼的脈沖較窄，根據(jù)脈沖寬度與傳輸頻帶寬度成反比的關(guān)系，因而歸零碼在信道上占用的頻帶較寬。

單極性碼會(huì)積累直流分量，這樣就不能使變壓器在數(shù)據(jù)通信設(shè)備和所處環(huán)境之間提供良好絕緣的交流耦合，直流分量還會(huì)損壞連接點(diǎn)的表面電鍍層；

雙極性碼的直流分量大大減少，這對(duì)數(shù)據(jù)傳輸是很有利的

HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）碼編碼規(guī)則：正、負(fù)電壓表示“

1”,且交替出現(xiàn)零電壓表示“

0”占空比：50%當(dāng)連零個(gè)數(shù)超過(guò)4時(shí)，作如下操作：依次將4個(gè)連0編為一組，每組最后一個(gè)0用1取代，用V+或V-表示，與前一個(gè)1（B+或B-）同極性。V稱(chēng)作破壞點(diǎn)。保證兩個(gè)破壞點(diǎn)之間有奇數(shù)個(gè)1。若為偶數(shù)個(gè)1，則在前一個(gè)破壞點(diǎn)后面的連續(xù)0組中的第一個(gè)0改為B+或B-，其極性和前一個(gè)破壞點(diǎn)相反。（保證B的極性交替）后面的極性依次按上述原則改變。

010000100000000HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）碼110000010001000010000000011000001000100001000000001100000100B+B-B+B-B+B+B-B+B-B+V+V-V-0100001000000001100000100B+B-B+B-B+V+V-V+B+B-V-0100001000000001100000100B+B-B+B-B+V-V+V-B-B-B+V+單極性碼AMI碼HDB3碼HDB3碼HDB3碼V-V+V-

1、時(shí)隙和幀時(shí)隙：每路話(huà)路抽樣所花的時(shí)間。幀：每32個(gè)時(shí)隙組成一個(gè)幀。復(fù)幀：16個(gè)幀合成一個(gè)復(fù)幀。2、數(shù)字信號(hào)傳輸速率①調(diào)制速率，又稱(chēng)波特率。單位為波特（BAUD），簡(jiǎn)寫(xiě)為Bd②數(shù)據(jù)率－－數(shù)據(jù)信號(hào)速率。單位為比特/秒（bit/s），簡(jiǎn)寫(xiě)為b/s或bps。它表示單位時(shí)間內(nèi)能傳輸?shù)拇a個(gè)數(shù)2.3PCM的幀結(jié)構(gòu)

01101111000100111二電平調(diào)制四電平調(diào)制

32路PCM的幀結(jié)構(gòu)F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS3110011011000010/11112345678110/111111abcdabcd1復(fù)幀=16幀1幀=32時(shí)隙同步時(shí)隙標(biāo)志信號(hào)時(shí)隙話(huà)路時(shí)隙F0F1F2F15abcdabcdabcdabcd幀定位碼組偶幀奇幀區(qū)別偶幀幀對(duì)告碼保留復(fù)幀定位碼組復(fù)幀對(duì)告碼和備用1路16路2路17路15路30路局間線(xiàn)路信令

幀結(jié)構(gòu)描述幀重復(fù)頻率＝抽樣頻率＝8kHz抽樣周期＝125us時(shí)隙數(shù)＝32，時(shí)隙編號(hào)TS0－TS31每路時(shí)隙＝3.91us每路時(shí)隙傳送8位碼組，位時(shí)間＝488ns每幀傳送位數(shù)＝32×8=256每路數(shù)碼率＝8bit/125us＝64kbit/s總碼率＝256bit/125us＝2048kbit/s

幀結(jié)構(gòu)描述各時(shí)隙內(nèi)容TS1－TS15：話(huà)路時(shí)隙，傳送1－15路話(huà)音信號(hào)編碼TS17－TS31：話(huà)路時(shí)隙，傳送16－30路話(huà)音信號(hào)編碼TS0：幀同步時(shí)隙，傳送同步碼組TS16：信令時(shí)隙，傳送30路話(huà)路的信令碼和復(fù)幀碼信令時(shí)隙TS16傳送信令信號(hào)（如摘機(jī)、掛機(jī)、振鈴等）一幀中只傳送8位碼組，每路占4位，每幀只能傳2路提高信道利用率，一個(gè)基群有30個(gè)話(huà)路，一個(gè)信令信號(hào)控制2個(gè)話(huà)路，故引入復(fù)幀概念信令信號(hào)必須按復(fù)幀傳送（16幀組成一個(gè)復(fù)幀）信令4位碼組含義a、b、c、d，目前只用了前3位

復(fù)幀結(jié)構(gòu)描述由16幀組成一個(gè)復(fù)幀復(fù)幀頻率＝8000Hz/16＝500Hz，周期＝2ms各幀信令F0的TS16前4位為復(fù)幀同步碼0000第6位復(fù)幀失步告警碼，同步為0，失步為1其他位保留，暫定位1F1－F15的TS16前4位依次傳送1－15路話(huà)路信令后4位依次傳送16－30路的話(huà)路信令

2.4PCM高次群北美日本歐洲中國(guó)數(shù)碼率Mbps話(huà)路數(shù)數(shù)碼率Mbps話(huà)路數(shù)基群1.544242.04830二次群6.312968.448120三次群32.06448034.368480四次群