現(xiàn)代交換原理補(bǔ)充語音信號(hào)數(shù)字化

1、1,補(bǔ)充 語音信號(hào)數(shù)字化基礎(chǔ),PCM-語音信號(hào)數(shù)字化技術(shù) 抽樣 量化 編碼 多路數(shù)字信號(hào)時(shí)分復(fù)用 多路復(fù)用的概念 PCM30/32路系統(tǒng)幀結(jié)構(gòu) 重點(diǎn)！ 數(shù)字通信系統(tǒng)的高次群,主要內(nèi)容,引言,幾個(gè)概念： 模擬信號(hào) 數(shù)字信號(hào) 模擬交換 數(shù)字交換 模擬交換機(jī) 數(shù)字交換機(jī),如何用數(shù)字交換機(jī)對(duì)語音信號(hào)進(jìn)行交換？,PCM：脈沖編碼調(diào)制,一、PCM-語音數(shù)字化技術(shù),1、抽樣：按一定周期（Ts）抽取模擬信號(hào)的瞬時(shí)幅值，將原來連續(xù)的模擬信號(hào)轉(zhuǎn)換為一串時(shí)間上離散的抽樣序列。,抽樣定理：fs2fm 語音信號(hào)：300Hz-3400Hz 由抽樣定理，語音信號(hào)抽樣頻率fs2*3400=6800Hz ITU-T規(guī)定：語音信

2、號(hào)抽樣頻率統(tǒng)一為8000Hz 正因?yàn)槌闃訉⑿盘?hào)變?yōu)闀r(shí)間上離散，產(chǎn)生間隔，使得多路時(shí)分復(fù)用成為可能！,1、抽樣,2、量化,量化：將抽樣序列幅值離散化 量化范圍a，b：抽樣序列的最大幅值范圍 量化區(qū)間：將a，b劃分為若干個(gè)區(qū)間，第k個(gè)區(qū)間為（mk-1,mk） 量化電平vk ：量化區(qū)間的中心電平。 量化間隔：相鄰量化電平之間的間隔。 量化方法：抽樣值落在第k個(gè)區(qū)間，量化值取為vk。 量化噪聲：量化值與抽樣值之差。 量化信噪比：10lg(信號(hào)功率/ 噪聲功率)26dB,均勻量化,語音信號(hào)：小信號(hào)概率密度大 小信號(hào)量化信噪比小，不能滿足S/N26dB要求。,如何解決小信號(hào)量化信噪比小的問題？,大信號(hào),小

3、信號(hào),相等,均勻量化：量化區(qū)間等分，量化間隔相等。,非均勻量化,大信號(hào),小信號(hào),不變,大信號(hào),小信號(hào),量化間隔,噪聲功率,提高小信號(hào)的量化信噪比,非均勻量化：量化間隔不均勻,非均勻量化,實(shí)現(xiàn)：采用壓擴(kuò)技術(shù) 對(duì)大信號(hào)壓縮比大，使大信號(hào)的增益減小 對(duì)小信號(hào)壓縮比小，使小信號(hào)的增益增大 由于壓縮、擴(kuò)張?zhí)匦韵喾?，不?huì)引起失真。,壓擴(kuò)技術(shù),壓擴(kuò)技術(shù) A律13折線： 將原信號(hào)幅值歸一化后，把X軸的區(qū)間（0，1）不均勻地分為8段，分段規(guī)律是每次以二分之一取段，第一和第三象限一共13段折線。 每一段上的量化間隔不均勻，對(duì)輸入信號(hào)形成了不均勻的量化，對(duì)小信號(hào)時(shí)的量化間隔小，對(duì)大信號(hào)的量化間隔大。,編碼：用一組二

4、進(jìn)制數(shù)字表示信號(hào)的量化值 量化間隔數(shù)=2n，編碼的二進(jìn)制位數(shù)=n 語音信號(hào)經(jīng)A律13折線壓縮后采用8位編碼 編碼后，連續(xù)的模擬信號(hào)變?yōu)殡x散的數(shù)字序列 一個(gè)抽樣值由8位二進(jìn)制表示，一路數(shù)字信號(hào)的速率為 8kHz*8bit=64kbps,3、編碼,抽樣,量化,脈沖編碼調(diào)制(PCM)的整個(gè)過程為：,我們把這一系列過程統(tǒng)稱為編譯碼和濾波，該功能由交換機(jī)的用戶電路完成,濾波 在信號(hào)的發(fā)送端，濾去模擬信號(hào)中不必要的信號(hào) 在信號(hào)的接收端，把譯碼后的輸出恢復(fù)為信號(hào)波形,二、多路數(shù)字信號(hào)的時(shí)分復(fù)用,多路復(fù)用：在一對(duì)傳輸線路上傳輸多個(gè)話路的信息 復(fù)用方式： FDM 頻分復(fù)用 TDM 時(shí)分復(fù)用 CDM 碼分復(fù)用,重

5、點(diǎn)掌握！,時(shí)分復(fù)用,在數(shù)字化的基礎(chǔ)之上，可以進(jìn)行數(shù)字時(shí)分多路復(fù)用。在數(shù)字化的過程中，如前所述，將信號(hào)在時(shí)間上進(jìn)行了離散，對(duì)語音信號(hào)采用8kHz進(jìn)行抽樣，那么在每?jī)纱纬闃又g的空閑時(shí)間，就可以用來傳輸其他話路的信號(hào)，這就是時(shí)分復(fù)用的基本思想。,時(shí)分復(fù)用,具體地說就是把時(shí)間分成均勻的時(shí)間間隔，將每一路信號(hào)的傳輸時(shí)間分配在不同的時(shí)間間隔內(nèi)，以達(dá)到互相分開的目的。這里每一路信號(hào)所占用的時(shí)間間隔稱為“路時(shí)隙”，簡(jiǎn)稱為“時(shí)隙”。,時(shí)分復(fù)用,如果復(fù)用路數(shù)為n，設(shè)第1路語音信號(hào)的一個(gè)抽樣值經(jīng)量化編碼后的8位碼占用第1時(shí)隙；同樣第2個(gè)話路的8位碼占用第2時(shí)隙，由此類推。這樣依次傳送，直到把第n路傳輸完畢后，再進(jìn)

6、行第二輪傳送。每一輪稱為1“幀”。,00101001,抽樣量化,編碼,00011010,抽樣量化,編碼,00011010,00101101,01011001,01011001,PCM 30/32路幀結(jié)構(gòu),1幀=32時(shí)隙，125us （8K）,1復(fù)幀=16幀，2ms,幀同步時(shí)隙,幀同步碼,固定發(fā)1表明奇數(shù)幀,第1路,偶數(shù)幀 F0,F2,奇幀F(xiàn)1,F3,復(fù)幀同步碼,第15路,第30路,第16路,F0,F1,F15,信令時(shí)隙,每一幀占125us,分為32個(gè)時(shí)隙，每個(gè)TS=3.9us 時(shí)隙TS1至TS15， TS17至TS31傳送用戶信息；TS0為幀同步時(shí)隙，TS16為信令時(shí)隙。 每一時(shí)隙傳送8位碼，

7、每位碼占488ns（納秒），一幀共832=256 bit 每16幀形成一復(fù)幀，一復(fù)幀時(shí)間為12516=2 ms 每一路話路的數(shù)據(jù)率為 8 / (125 0.000001)=64K bps 在PCM30/32系統(tǒng)中，一條PCM鏈路的信息速率為 R=8000 32 8 或 64 32=2.048M bps,歸納如下：,在電路上按時(shí)間分割成等長(zhǎng)的時(shí)間單元（幀），在每幀里又按時(shí)間分成等長(zhǎng)的時(shí)隙，并按照時(shí)間順序編號(hào)，每幀中相同時(shí)間位置的時(shí)隙用來傳輸同一信元的信息?？赏ㄟ^時(shí)間（時(shí)隙）來判別信息屬于哪個(gè)話路。,PCM基群（一次群傳輸系統(tǒng)） PCM30/32路系統(tǒng)：30個(gè)話路，2. 048Mbps. 中、歐洲 PCM24路系統(tǒng)：24個(gè)話路，1. 544Mbps. 日本、北美 PCM高次群 為提高線路利用率，PCM基群系統(tǒng)可進(jìn)一步進(jìn)行時(shí)分多路復(fù)用。稱這些再經(jīng)多路復(fù)用的系統(tǒng)為高次群傳輸系統(tǒng)，依次為二次群系統(tǒng)、三次群系統(tǒng)等。 高次群