交換技術(shù)第2章

1、第第2章章 話音信號的數(shù)字化基礎(chǔ)話音信號的數(shù)字化基礎(chǔ) 2.1 多路復(fù)用的概念多路復(fù)用的概念 2.2 PCM的基本原理的基本原理 2.3 PCM的基本概念及其幀結(jié)構(gòu)的基本概念及其幀結(jié)構(gòu) 2.4 PCM高次群高次群 思考題思考題 2.1 多路復(fù)用的概念多路復(fù)用的概念 n信號：信號： n模擬信號：是數(shù)值上連續(xù)變化的信號。例如話音信號，模擬信號：是數(shù)值上連續(xù)變化的信號。例如話音信號， 圖象信號等。圖象信號等。 n數(shù)字信號：是離散的信號數(shù)字信號：是離散的信號 n多路復(fù)用多路復(fù)用 n將多個信號源發(fā)出的信號組合，并由一個信道傳輸，傳將多個信號源發(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輸中

2、各信號之間彼此獨立 n多路復(fù)用的基礎(chǔ)是分割原理，信號分割的依據(jù)是信號差多路復(fù)用的基礎(chǔ)是分割原理，信號分割的依據(jù)是信號差 異異 n復(fù)用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線路利用率復(fù)用的目的是為了節(jié)省介質(zhì)，提高線路利用率 n根據(jù)不同的參量，多路復(fù)用的類型有根據(jù)不同的參量，多路復(fù)用的類型有 n頻分復(fù)用頻分復(fù)用FDM:各路信號頻率分開，時間重疊各路信號頻率分開，時間重疊 n時分復(fù)用時分復(fù)用TDM:各路信號時間分開，頻率重疊各路信號時間分開，頻率重疊 n碼分復(fù)用碼分復(fù)用CDM:各路信號時間、頻率重疊，特征碼不同各路信號時間、頻率重疊，特征碼不同 FDM（）（） TDM 傳輸介質(zhì)傳輸介質(zhì) 第第1路路 第第2路路

3、第第n路路 第第1路路 第第2路路 第第n路路 發(fā)送發(fā)送接收接收 時分復(fù)用時分復(fù)用TDM（通常指同步時分復(fù)用）（通常指同步時分復(fù)用） n把傳輸信道按時間分割成若干時隙，以傳送若干路信號。把傳輸信道按時間分割成若干時隙，以傳送若干路信號。 n發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時隙發(fā)送方，在抽樣脈沖的控制下，時隙1時將第時將第1路信號路信號 打入信道，時隙打入信道，時隙2是將第是將第2路信號打入信道，路信號打入信道， 依此類推依此類推 n接收方，在發(fā)送方同步信號的作用下，在時隙接收方，在發(fā)送方同步信號的作用下，在時隙1時接收時接收 第第1路信號，時隙路信號，時隙2時接收第時接收第2路信號路信號. 時分復(fù)

4、用原理時分復(fù)用原理 nTDM按幀結(jié)構(gòu)（固定時長，時隙個數(shù)固定）傳送按幀結(jié)構(gòu)（固定時長，時隙個數(shù)固定）傳送 n每個用戶分配固定時隙（在幀結(jié)構(gòu)中占固定位置）每個用戶分配固定時隙（在幀結(jié)構(gòu)中占固定位置） n每個用戶只能在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù)每個用戶只能在自己的時隙內(nèi)發(fā)送數(shù)據(jù) n當(dāng)某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送時，分配給該用戶的時隙只能處于當(dāng)某用戶無數(shù)據(jù)發(fā)送時，分配給該用戶的時隙只能處于 空閑狀態(tài)，不能作為他用空閑狀態(tài)，不能作為他用 n可能造成線路資源的浪費(fèi)可能造成線路資源的浪費(fèi) aa b c d b c a bb ccad 用戶用戶 A B C D t t t t #1#2#3#4 四個時分復(fù)用幀四個時分復(fù)用幀

5、時分復(fù)用時分復(fù)用 t n時間分割多路復(fù)用原理：時間分割多路復(fù)用原理： TDM 在在TDM系統(tǒng)中，各信號在時域上是分開的，而在頻域上是系統(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?；殳B在一起的。時分復(fù)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(nèi)獨占信道進(jìn)行數(shù)據(jù)個信號源使用，每一路信號在自己的時隙內(nèi)獨占信道進(jìn)行數(shù)據(jù) 傳輸。傳輸。 優(yōu)點優(yōu)點: 時隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸；時隙分配固定，便于調(diào)節(jié)控制，適于數(shù)字信息的傳輸； 缺點缺點: 是當(dāng)某信號源沒有數(shù)據(jù)傳輸時，

6、它所對應(yīng)的信道會出是當(dāng)某信號源沒有數(shù)據(jù)傳輸時，它所對應(yīng)的信道會出 現(xiàn)空閑，而其他繁忙的信道無法占用這個空閑的信道，因此會現(xiàn)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，但這一問題可以降低線路的利用率，但這一問題可以采用統(tǒng)計時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用的方法 解決。解決。 統(tǒng)計時分復(fù)用原理統(tǒng)計時分復(fù)用原理 nSTDM：Statistic TDM，統(tǒng)計時分復(fù)用，又叫異步時分復(fù)用，統(tǒng)計時分復(fù)用，又叫異步時分復(fù)用 n每個用戶不分配固定時隙，按需動態(tài)分配時隙每個用戶不分配固定時隙，按需動態(tài)分配時隙 nSTDM按幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳送，且?guī)L度固定（不同系統(tǒng)幀長可按幀結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳送，且?guī)L度固定（

7、不同系統(tǒng)幀長可 能不同）能不同） n組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行組幀按收到數(shù)據(jù)的先后順序進(jìn)行 n一個用戶可以連續(xù)占用多個時隙一個用戶可以連續(xù)占用多個時隙 n能顯著提高信道的利用率能顯著提高信道的利用率 abbccad aa b c d b c 用戶用戶 A B C D t t t t #1#2#3 3個個STDM幀幀 統(tǒng)計時分復(fù)用統(tǒng)計時分復(fù)用 t 2.2 PCM基本原理基本原理 PCM：Pulse Code Modulation 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 PCM是一種將模擬信號變換成數(shù)字信號的編碼方式是一種將模擬信號變換成數(shù)字信號的編碼方式 PCM發(fā)送端包括：抽樣、量化和編碼發(fā)送端包括：抽樣、

8、量化和編碼 PCM 接收端包括：解碼、量化樣值解調(diào)接收端包括：解碼、量化樣值解調(diào) 模擬模擬 信源信源 低通低通 濾波器濾波器 量化量化 器器 抽樣抽樣 器器 編碼編碼 器器 解碼解碼 器器 低通低通 濾波器濾波器 模擬模擬 信宿信宿 發(fā)送端發(fā)送端 接收端接收端 PCM基本原理基本原理 抽樣 量化 1 2 3 45 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 編碼 1 011 2 010 001 000 3 4 5 000 6 7 8 001 010 011 9 100 10 101 110 111 11 12 13 111 14 15 16 110 101 100 將時間離散、將

9、時間離散、 幅度連續(xù)的抽樣信幅度連續(xù)的抽樣信 號轉(zhuǎn)換成時間離散、號轉(zhuǎn)換成時間離散、 幅度離散的數(shù)字信幅度離散的數(shù)字信 號。號。 將時間連續(xù)的模擬信將時間連續(xù)的模擬信 號轉(zhuǎn)換成時間離散、幅度號轉(zhuǎn)換成時間離散、幅度 連續(xù)的抽樣信號。連續(xù)的抽樣信號。 帶限信號連續(xù)抽樣，帶限信號連續(xù)抽樣， 要求抽樣頻率不小于所傳要求抽樣頻率不小于所傳 信號的最高頻率的信號的最高頻率的2倍。倍。 量化后的信號通量化后的信號通 過編碼器變成一過編碼器變成一 組碼元組碼元 量化級：對應(yīng)一個幅度等級 如：將08V范圍的模擬量分為8級，每級1V。即 01V為0級，12V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:

10、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 6.6V 6.1V 0.1V 6 6 0 7 7 1 7 6 0 n均勻分級量化 量化誤差量化誤差：量化前、后信號幅度之間的差別 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。 減少小信號時的量化噪聲減少小信號時的量化噪聲 解決方法解決方法： 將量化級分細(xì)，減少量化誤差從而減少量化噪聲。 量化級數(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/噪聲（單位：dB） l 采

11、用不均勻量化不均勻量化，（壓擴(kuò)法）-小信號的量化級 分細(xì)些，大信號量化級分粗些。使在保持原來的 量化級數(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線路 2.048Mb/s u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 如果定義最小段如果定義最小段 長度為長度為，則最，則最 大電平幅值為：大電平幅值為： 2048 2048 中國、歐洲采用中國、歐洲采用A A律律1313折線折線PCMPCM量化量化 信號幅值不均勻地分為八個大段，信號幅值不均勻地分為八個大段， 每個大段都平均地分為每個大段都平均地

12、分為1616個小段，故一共分為個小段，故一共分為8 8* *16=12816=128段，段， 在信號幅值的負(fù)半周量化方法相同，故共有在信號幅值的負(fù)半周量化方法相同，故共有128128* *2=2562=256個個 量化級量化級 日本、北美采用日本、北美采用律律1515折線折線PCMPCM量化量化 n編碼編碼 就是把量化后抽樣點的幅值分別用代碼來表示。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：編碼器輸出的碼型有： n單極性不歸零碼（單極性不歸零碼（NRZ）：信號）：信號“1”有脈沖，有脈沖，“0”無脈沖。占空比無脈沖。占空比 100%。 n單極性歸零碼（單極性歸零碼（RZ）

13、：占空比）：占空比50%。 n雙極性歸零碼（雙極性歸零碼（AMI）：信號）：信號“0”由空號傳送，由空號傳送， “1”由由“+1”“-1” 交替?zhèn)魉?。交替?zhèn)魉汀?n三階高密度雙極性碼（三階高密度雙極性碼（HDB3）：）： 連零數(shù)限制在三個以下。連零數(shù)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% 編碼規(guī)則： 正電壓：“ 1 ” 零電壓：“ 0 ” 占空比：50% 11000111 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 編碼規(guī)則： 正、負(fù)電壓：“ 1 ” 零電壓：“

14、 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(jié)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(jìn)行定時或同步； 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(shù)據(jù)傳輸是 很有利的 編碼規(guī)則：

15、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)連零個數(shù)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(shù)個1。若為偶數(shù)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。 0 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0010 0 0 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0010 0 0 1 0

16、0 0 0 100 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0010 0 B+ B- B+ B- B+ B+ B- B+ B- B+V+ V-V- 0 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0010 0 B+ B- B+ B- B+V+ V- V+B+ B- V- 0 1 0 0 0 0 100 0 0 0 0 00 1 1 0 0 0 0010 0 B+ 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- u1、時隙和幀、時隙和幀 n時隙：每路話路抽樣所花的時間。時隙：每路話路

17、抽樣所花的時間。 n幀：每幀：每32個時隙組成一個幀。個時隙組成一個幀。 n復(fù)幀：復(fù)幀：16個幀合成一個復(fù)幀。個幀合成一個復(fù)幀。 u2、數(shù)字信號傳輸速率、數(shù)字信號傳輸速率 n調(diào)制速率，又稱波特率。單位為波特（調(diào)制速率，又稱波特率。單位為波特（BAUDBAUD），簡寫為），簡寫為BdBd n數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)信號速率。單位為比特數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)信號速率。單位為比特/ /秒（秒（bit/sbit/s），簡），簡 寫為寫為b/sb/s或或bpsbps。它它表示單位時間內(nèi)能傳輸?shù)拇a個數(shù)表示單位時間內(nèi)能傳輸?shù)拇a個數(shù) 單位時間 信元數(shù) 波特率 n 2 log 單位時間 信元數(shù) 數(shù)據(jù)率 2.3 PCM的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu)

18、 01101 11 10 00 10 01 11 二電平調(diào)制四電平調(diào)制 32路路PCM的幀結(jié)構(gòu)的幀結(jié)構(gòu) F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10 F11F14 F15 TS 0 TS 1 TS 2 TS 3 TS 4 TS 5 TS 6 TS 7 TS 8 TS 9 TS 10 TS 11 TS 12 TS 13 TS 14 TS 15 TS 16 TS 17 TS 18 TS 19 TS 20 TS 21 TS 22 TS 23 TS 24 TS 25 TS 26 TS 27 TS 28 TS 29 TS 30 TS 31 1 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 1

19、0/1 1 11 2 3 4 5 6 7 8 1 1 0/1 1 1 1 1 1 a b c d a b c d 1復(fù)幀復(fù)幀=16幀幀 1幀幀=32時隙時隙 同步時隙同步時隙標(biāo)志信號時隙標(biāo)志信號時隙話路時隙話路時隙 F0 F1 F2 F15 a b c d a b c d a b c d a b c d 幀定位碼組幀定位碼組 偶幀偶幀 奇幀奇幀 區(qū)別偶幀區(qū)別偶幀 幀對告碼幀對告碼 保留保留 復(fù)幀復(fù)幀 定位碼組定位碼組 復(fù)幀復(fù)幀 對告碼和備用對告碼和備用 1路路16路路 2路路17路路 15路路30路路 局間線路信令局間線路信令 幀結(jié)構(gòu)描述幀結(jié)構(gòu)描述 n幀重復(fù)頻率抽樣頻率幀重復(fù)頻率抽樣頻率8kH

20、z n抽樣周期抽樣周期125us n時隙數(shù)時隙數(shù)32，時隙編號，時隙編號TS0TS31 n每路時隙每路時隙3.91us n每路時隙傳送每路時隙傳送8位碼組，位時間位碼組，位時間488ns n每幀傳送位數(shù)每幀傳送位數(shù)328=256 n每路數(shù)碼率每路數(shù)碼率8bit/125us64kbit/s n總碼率總碼率256bit/125us2048kbit/s 幀結(jié)構(gòu)描述幀結(jié)構(gòu)描述 n各時隙內(nèi)容各時隙內(nèi)容 nTS1TS15：話路時隙，傳送：話路時隙，傳送115路話音信號編碼路話音信號編碼 nTS17TS31：話路時隙，傳送：話路時隙，傳送1630路話音信號編碼路話音信號編碼 nTS0：幀同步時隙，傳送同步碼

21、組：幀同步時隙，傳送同步碼組 nTS16：信令時隙，傳送：信令時隙，傳送30路話路的信令碼和復(fù)幀碼路話路的信令碼和復(fù)幀碼 n信令時隙信令時隙TS16 n傳送信令信號（如摘機(jī)、掛機(jī)、振鈴等）傳送信令信號（如摘機(jī)、掛機(jī)、振鈴等） n一幀中只傳送一幀中只傳送8位碼組，每路占位碼組，每路占4位，每幀只能傳位，每幀只能傳2路路 n提高信道利用率，一個基群有提高信道利用率，一個基群有30個話路，一個信令信號控個話路，一個信令信號控 制制2個話路，故引入復(fù)幀概念個話路，故引入復(fù)幀概念 n信令信號必須按復(fù)幀傳送（信令信號必須按復(fù)幀傳送（16幀組成一個復(fù)幀）幀組成一個復(fù)幀） n信令信令4位碼組含義位碼組含義a、

22、b、c、d，目前只用了前，目前只用了前3位位 復(fù)幀結(jié)構(gòu)描述復(fù)幀結(jié)構(gòu)描述 n由由16幀組成一個復(fù)幀幀組成一個復(fù)幀 n復(fù)幀頻率復(fù)幀頻率8000Hz/16500Hz，周期，周期2ms n各幀信令各幀信令 nF0的的TS16 n前前4位為復(fù)幀同步碼位為復(fù)幀同步碼0000 n第第6位復(fù)幀失步告警碼，同步為位復(fù)幀失步告警碼，同步為0，失步為，失步為1 n其他位保留，暫定位其他位保留，暫定位1 nF1F15的的TS16 n前前4位依次傳送位依次傳送115路話路信令路話路信令 n后后4位依次傳送位依次傳送1630路的話路信令路的話路信令 2.4 PCM高次群高次群 北美北美 日本日本歐洲歐洲 中國中國 數(shù)碼率數(shù)碼率 Mbps 話路數(shù)話路數(shù) 數(shù)碼率數(shù)碼率 Mbps 話路數(shù)話路數(shù) 基群基群1.544242.04830 二次群二次群6.312968