现代交换原理 补充 语音信号数字化

1补充语音信号数字化基础PCM-语音信号数字化技术抽样量化编码多路数字信号时分复用多路复用的概念PCM30/32路系统帧结构重点！！！数字通信系统的高次群主要内容引言几个概念：模拟信号数字信号模拟交换数字交换模拟交换机数字交换机区别：幅值连续离散如何用数字交换机对语音信号进行交换？模拟信号数字信号模拟信号数字信号模拟信号数字信号数字信号时分复用由PCM实现数字交换机解决PCM：脉冲编码调制一、PCM-语音数字化技术1、抽样：按一定周期（Ts）抽取模拟信号的瞬时幅值，将原来连续的模拟信号转换为一串时间上离散的抽样序列。t连续模拟信号Tst离散抽样序列抽样量化编码数字化步骤抽样定理：fs≥2fm语音信号：300Hz--3400Hz由抽样定理，语音信号抽样频率fs≥2*3400=6800HzITU-T规定：语音信号抽样频率统一为8000Hz正因为抽样将信号变为时间上离散，产生间隔，使得多路时分复用成为可能！！1、抽样2、量化量化：将抽样序列幅值离散化量化范围[a，b]：抽样序列的最大幅值范围量化区间：将[a，b]划分为若干个区间，第k个区间为（mk-1,mk）量化电平vk

：量化区间的中心电平。量化间隔△：相邻量化电平之间的间隔。量化方法：抽样值落在第k个区间，量化值取为vk。量化噪声：量化值与抽样值之差。量化信噪比：10lg(信号功率/噪声功率)≥26dB均匀量化非均匀量化均匀量化语音信号：小信号概率密度大小信号量化信噪比小，不能满足S/N>26dB要求。如何解决小信号量化信噪比小的问题？量化信噪比=信号功率噪声功率大信号小信号相等均匀量化：量化区间等分，量化间隔相等。非均匀量化量化信噪比=信号功率噪声功率大信号小信号不变大信号小信号量化间隔噪声功率提高小信号的量化信噪比非均匀量化：量化间隔不均匀

非均匀量化实现：采用压扩技术对大信号压缩比大，使大信号的增益减小对小信号压缩比小，使小信号的增益增大由于压缩、扩张特性相反，不会引起失真。

压缩

x均匀量化编码

解码扩张

yxyPCM信号信道压扩技术压扩技术A律13折线：将原信号幅值归一化后，把X轴的区间（0，1）不均匀地分为8段，分段规律是每次以二分之一取段，第一和第三象限一共13段折线。每一段上的量化间隔不均匀，对输入信号形成了不均匀的量化，对小信号时的量化间隔小，对大信号的量化间隔大。A律---中国、欧洲μ律---美国、日本编码：用一组二进制数字表示信号的量化值量化间隔数=2^n，编码的二进制位数=n语音信号经A律13折线压缩后采用8位编码编码后，连续的模拟信号变为离散的数字序列一个抽样值由8位二进制表示，一路数字信号的速率为8kHz*8bit=64kbps3、编码抽样量化50-50编码000110100010110101011000….50-50脉冲编码调制(PCM)的整个过程为：我们把这一系列过程统称为编译码和滤波，该功能由交换机的用户电路完成滤波模拟信号抽样、量化、编码译码滤波模拟信号PCM信号滤波在信号的发送端，滤去模拟信号中不必要的信号在信号的接收端，把译码后的输出恢复为信号波形二、多路数字信号的时分复用多路复用：在一对传输线路上传输多个话路的信息复用方式：FDM频分复用TDM时分复用CDM码分复用重点掌握！时分复用在数字化的基础之上，可以进行数字时分多路复用。在数字化的过程中，如前所述，将信号在时间上进行了离散，对语音信号采用8kHz进行抽样，那么在每两次抽样之间的空闲时间，就可以用来传输其他话路的信号，这就是时分复用的基本思想。时分复用具体地说就是把时间分成均匀的时间间隔，将每一路信号的传输时间分配在不同的时间间隔内，以达到互相分开的目的。这里每一路信号所占用的时间间隔称为“路时隙”，简称为“时隙”。时分复用如果复用路数为n，设第1路语音信号的一个抽样值经量化编码后的8位码占用第1时隙；同样第2个话路的8位码占用第2时隙，由此类推。这样依次传送，直到把第n路传输完毕后，再进行第二轮传送。每一轮称为1“帧”。00101001210312103121031F0F1F2抽样量化编码0001101050-5050-50抽样量化编码00011010001011010101100101011001PCM30/32路帧结构F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9F10F11F12F13F14F15TS0123456789101112131415161718192021222324252627282930311帧=32时隙，125us（8K）1复帧=16帧，2ms10011011000010/111110/111111abcdabcdabcdabcd帧同步时隙帧同步码固定发1表明奇数帧第1路偶数帧F0,F2…奇帧F1,F3…复帧同步码第15路第30路第16路F0F1F15！信令时隙每一帧占125us,分为32个时隙，每个TS=3.9us时隙TS1至TS15，TS17至TS31传送用户信息；TS0为帧同步时隙，TS16为信令时隙。每一时隙传送8位码，每位码占488ns（纳秒），一帧共8×32=256bit每16帧形成一复帧，一复帧时间为125×16=2ms每一路话路的数据率为8/(125×0.000001)=64Kbps在PCM30/32系统中，一条PCM链路的信息速率为R=8000×32×8或64×32=2.048Mbps归纳如下：在电路上按时间分割成等长的时间单元（帧），在每帧里又按时间分成等长的时隙，并按照时间顺序编号，每帧中相同时间位置的时隙用来传输同一信元的信息。可通过时间（时隙）来判别信息属于哪个话路。

PCM基群（一次群传输系统）

PCM30/32路系统：30个话路，2.048Mbps.中、欧洲

PCM24路系统：24个话路，1.544Mbps.日本、北美

PCM高次群

为提高线路利用率，PCM基群系统可进一步进行时分多路复用。称这些再经多路复用的系统为高次群传输系统，依次为二次群系统、三次群系统等。高次群是由低次群经过数字多路复接而构成。所谓多路复接是指把各个群的数字信号在时间上重新进行排列。二次群是由4个一