交換技術第2章

第2章話音信號的數字化基礎2.1多路復用的概念2.2PCM的基本原理2.3PCM的基本概念及其幀結構2.4PCM高次群思考題

2.1多路復用的概念信號：模擬信號：是數值上連續(xù)變化的信號。例如話音信號，圖象信號等。數字信號：是離散的信號多路復用將多個信號源發(fā)出的信號組合，并由一個信道傳輸，傳輸中各信號之間彼此獨立多路復用的基礎是分割原理，信號分割的依據是信號差異復用的目的是為了節(jié)省介質，提高線路利用率根據不同的參量，多路復用的類型有頻分復用FDM:各路信號頻率分開，時間重疊時分復用TDM:各路信號時間分開，頻率重疊碼分復用CDM:各路信號時間、頻率重疊，特征碼不同

FDM（）

TDM傳輸介質第1路第2路第n路第1路第2路第n路發(fā)送接收時分復用TDM（通常指同步時分復用）把傳輸信道按時間分割成若干時隙，以傳送若干路信號。發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時隙1時將第1路信號打入信道，時隙2是將第2路信號打入信道，依此類推接收方，在發(fā)送方同步信號的作用下，在時隙1時接收第1路信號，時隙2時接收第2路信號……….

時分復用原理TDM按幀結構（固定時長，時隙個數固定）傳送每個用戶分配固定時隙（在幀結構中占固定位置）每個用戶只能在自己的時隙內發(fā)送數據當某用戶無數據發(fā)送時，分配給該用戶的時隙只能處于空閑狀態(tài)，不能作為他用可能造成線路資源的浪費aabcdbcabbccad用戶ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四個時分復用幀時分復用t

時間分割多路復用原理：

TDM

在TDM系統(tǒng)中，各信號在時域上是分開的，而在頻域上是混疊在一起的。時分復用方式將提供給整個信道傳輸信息的時間劃分成若干時間片（簡稱時隙），并將這些時隙分配給每一個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內獨占信道進行數據傳輸。

優(yōu)點:

時隙分配固定，便于調節(jié)控制，適于數字信息的傳輸；

缺點:

是當某信號源沒有數據傳輸時，它所對應的信道會出現空閑，而其他繁忙的信道無法占用這個空閑的信道，因此會降低線路的利用率，但這一問題可以采用統(tǒng)計時分復用的方法解決。

統(tǒng)計時分復用原理STDM：StatisticTDM，統(tǒng)計時分復用，又叫異步時分復用每個用戶不分配固定時隙，按需動態(tài)分配時隙STDM按幀結構進行傳送，且?guī)L度固定（不同系統(tǒng)幀長可能不同）組幀按收到數據的先后順序進行一個用戶可以連續(xù)占用多個時隙能顯著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用戶ABCDtttt①②③④#1#2#33個STDM幀統(tǒng)計時分復用t

2.2PCM基本原理PCM：PulseCodeModulation脈沖編碼調制PCM是一種將模擬信號變換成數字信號的編碼方式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

將時間離散、幅度連續(xù)的抽樣信號轉換成時間離散、幅度離散的數字信號。

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

量化級：對應一個幅度等級

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

量化誤差：量化前、后信號幅度之間的差別

量化誤差產生的后果：量化噪聲

均勻量化：絕對誤差相等、量化噪聲均勻，小信號的信噪比小。

信噪比：衡量通信質量的重要指標，一般要求大于26dB。減少小信號時的量化噪聲解決方法：將量化級分細，減少量化誤差從而減少量化噪聲。量化級數多，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/噪聲（單位：dB）

采用不均勻量化，（壓擴法）-小信號的量化級分細些，大信號量化級分粗些。使在保持原來的量化級數下將信噪比做得高于26DB。兩種壓擴律：

u律和A律A律：通用于歐洲，為30/32路PCM采用，E1線路

2.048Mb/su律：通用于北美和日本，為24路PCM采用，T1線路

1.544Mb/s我國采用A律

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

編碼就是把量化后抽樣點的幅值分別用代碼來表示。編碼器輸出的碼型有：單極性不歸零碼（NRZ）：信號“1”有脈沖，“0”無脈沖。占空比100%。單極性歸零碼（RZ）：占空比50%。雙極性歸零碼（AMI）：信號“0”由空號傳送，“1”由“+1”“-1”交替?zhèn)魉汀ＨA高密度雙極性碼（HDB3）：連零數限制在三個以下。

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：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、負電壓：“1”零電壓：“0”占空比：50%11000111特點：基本不存在直流分量，高頻分量少多個連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不歸零碼在傳輸中難以確定一位的結束和另一位的開始，需要用某種方法使發(fā)送器和接收器之間進行定時或同步；

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

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

雙極性碼的直流分量大大減少，這對數據傳輸是很有利的

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

1”,且交替出現零電壓表示“

0”占空比：50%當連零個數超過4時，作如下操作：依次將4個連0編為一組，每組最后一個0用1取代，用V+或V-表示，與前一個1（B+或B-）同極性。V稱作破壞點。保證兩個破壞點之間有奇數個1。若為偶數個1，則在前一個破壞點后面的連續(xù)0組中的第一個0改為B+或B-，其極性和前一個破壞點相反。（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、時隙和幀時隙：每路話路抽樣所花的時間。幀：每32個時隙組成一個幀。復幀：16個幀合成一個復幀。2、數字信號傳輸速率①調制速率，又稱波特率。單位為波特（BAUD），簡寫為Bd②數據率－－數據信號速率。單位為比特/秒（bit/s），簡寫為b/s或bps。它表示單位時間內能傳輸的代碼個數2.3PCM的幀結構

01101111000100111二電平調制四電平調制

32路PCM的幀結構F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS3110011011000010/11112345678110/111111abcdabcd1復幀=16幀1幀=32時隙同步時隙標志信號時隙話路時隙F0F1F2F15abcdabcdabcdabcd幀定位碼組偶幀奇幀區(qū)別偶幀幀對告碼保留復幀定位碼組復幀對告碼和備用1路16路2路17路15路30路局間線路信令

幀結構描述幀重復頻率＝抽樣頻率＝8kHz抽樣周期＝125us時隙數＝32，時隙編號TS0－TS31每路時隙＝3.91us每路時隙傳送8位碼組，位時間＝488ns每幀傳送位數＝32×8=256每路數碼率＝8bit/125us＝64kbit/s總碼率＝256bit/125us＝2048kbit/s

幀結構描述各時隙內容TS1－TS15：話路時隙，傳送1－15路話音信號編碼TS17－TS31：話路時隙，傳送16－30路話音信號編碼TS0：幀同步時隙，傳送同步碼組TS16：信令時隙，傳送30路話路的信令碼和復幀碼信令時隙TS16傳送信令信號（如摘機、掛機、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，一個基群有30個話路，一個信令信號控制2個話路，故引入復幀概念信令信號必須按復幀傳送（16幀組成一個復幀）信令4位碼組含義a、b、c、d，目前只用了前3位

復幀結構描述由16幀組成一個復幀復幀頻率＝8000Hz/16＝500Hz，周期＝2ms各幀信令F0的TS16前4位為復幀同步碼0000第6位復幀失步告警碼，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路話路信令后4位依次傳送16－30路的話路信令

2.4PCM高次群北美日本歐洲中國數碼率Mbps話路數數碼率Mbps話路數基群1.544242.04830二次群6.312968.448120三次群32.06448034.368480四次群