第2章話音信號的數(shù)字化基礎(chǔ)

1、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)23 數(shù)字通信的數(shù)字通信的關(guān)鍵關(guān)鍵是是模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換模數(shù)轉(zhuǎn)換和數(shù)模轉(zhuǎn)換。而模擬。而模擬信號和數(shù)字信導(dǎo)之間的相互信號和數(shù)字信導(dǎo)之間的相互轉(zhuǎn)換必須有一定的規(guī)律和轉(zhuǎn)換必須有一定的規(guī)律和方法方法，以便在發(fā)端模數(shù)轉(zhuǎn)換后在收端按規(guī)律正確實(shí)行，以便在發(fā)端模數(shù)轉(zhuǎn)換后在收端按規(guī)律正確實(shí)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。數(shù)模轉(zhuǎn)換。 模數(shù)轉(zhuǎn)換有多種方法，其中模數(shù)轉(zhuǎn)換有多種方法，其中PCM為最常用的一種。為最常用的一種。為了使模擬的話音信號轉(zhuǎn)換為為了使模擬的話音信號轉(zhuǎn)換為PCM信號，要經(jīng)過信號，要經(jīng)過抽樣、抽樣、量化、編碼三個過程量化、編碼三個過程。 PCM信號經(jīng)過傳輸和交換后，在

2、接收端將收到的信號經(jīng)過傳輸和交換后，在接收端將收到的PCM信號進(jìn)行信號進(jìn)行解碼、低通濾波解碼、低通濾波二個過程又恢復(fù)為模擬話二個過程又恢復(fù)為模擬話音信號。音信號。 一般稱前者為一般稱前者為模數(shù)模數(shù)(A/D)轉(zhuǎn)換轉(zhuǎn)換，稱后者，稱后者為數(shù)模為數(shù)模(D/A)轉(zhuǎn)換。轉(zhuǎn)換。5 一、抽一、抽 樣樣抽樣的時間間隔不能拉得太長，不能長于要通話的最高抽樣的時間間隔不能拉得太長，不能長于要通話的最高頻率的二倍的倒數(shù)頻率的二倍的倒數(shù)。6 根據(jù)根據(jù)CCITT(International Telephone and Telegraph Consultative Committee,國際電報電話咨詢委員會國際電報電話咨詢

3、委員會）規(guī)定電）規(guī)定電話通信中話音信號的頻帶范圍采用的是話通信中話音信號的頻帶范圍采用的是3003400Hz， 依照抽樣定理其抽樣速率依照抽樣定理其抽樣速率fs至少為至少為6800Hz，目前目前PCM通通信普遍采用的是信普遍采用的是8000Hz。7 二、量二、量 化化 量化量化就是就是將抽樣信號幅度的最大變化范圍劃分為許多將抽樣信號幅度的最大變化范圍劃分為許多間隔，當(dāng)某一抽樣幅度值落在某一間隔內(nèi)時，其數(shù)值則由間隔，當(dāng)某一抽樣幅度值落在某一間隔內(nèi)時，其數(shù)值則由此間隔內(nèi)的某一固定值來表示此間隔內(nèi)的某一固定值來表示。81均勻量化均勻量化 在劃分間隔過程中，所有在劃分間隔過程中，所有間隔都相等的量化間

4、隔都相等的量化稱之為稱之為均勻量化均勻量化。9 在實(shí)際應(yīng)用中，對于給定的量化器，量化電平在實(shí)際應(yīng)用中，對于給定的量化器，量化電平數(shù)數(shù)M和量化間隔和量化間隔 v都是確定的，量化噪聲都是確定的，量化噪聲Nq也是確也是確定的。但是，信號的強(qiáng)度可能隨時間變化（例如，定的。但是，信號的強(qiáng)度可能隨時間變化（例如，語音信號）。當(dāng)信號小時，信號量噪比也小。所以，語音信號）。當(dāng)信號小時，信號量噪比也小。所以，這種均勻量化器對于小輸入信號很不利。為了克服這種均勻量化器對于小輸入信號很不利。為了克服這個缺點(diǎn)，改善小信號時的信號量噪比，在實(shí)際應(yīng)這個缺點(diǎn)，改善小信號時的信號量噪比，在實(shí)際應(yīng)用中常采用用中常采用非均勻量化

5、非均勻量化。122vNq10 2非均勻量化非均勻量化 非均勻量化的特點(diǎn)是非均勻量化的特點(diǎn)是信號幅度小時，量化間隔劃分的信號幅度小時，量化間隔劃分的小則量化誤差也小小則量化誤差也??；信號幅度大時，量化間隔大，則量信號幅度大時，量化間隔大，則量化誤差也大化誤差也大。 非均勻量化的非均勻量化的實(shí)現(xiàn)方法，是使抽樣信號先通過一個非實(shí)現(xiàn)方法，是使抽樣信號先通過一個非線性電路，然后再進(jìn)行均勻量化線性電路，然后再進(jìn)行均勻量化。 采用非均勻量化方式的采用非均勻量化方式的PCM通信過程通信過程11 壓縮器特性如圖所示，壓縮器特性如圖所示，抽樣信號經(jīng)過壓縮之后，使大、小抽樣信號經(jīng)過壓縮之后，使大、小信號的信噪比基本

6、上相差不多。信號的信噪比基本上相差不多。 非線性電路使得小信號的幅非線性電路使得小信號的幅度得到放大，對大信號的幅度得到放大，對大信號的幅度進(jìn)行了壓縮，稱具有此特度進(jìn)行了壓縮，稱具有此特性的非線性電路為性的非線性電路為壓縮器壓縮器。 壓縮器改變了大信號與小信號之間的比例關(guān)系。對經(jīng)壓縮器改變了大信號與小信號之間的比例關(guān)系。對經(jīng)過非均勻量化的信號進(jìn)行編碼、然后經(jīng)線路傳輸和收端局過非均勻量化的信號進(jìn)行編碼、然后經(jīng)線路傳輸和收端局的譯碼后恢復(fù)的信號仍是被壓縮了的信號。為恢復(fù)原信號的譯碼后恢復(fù)的信號仍是被壓縮了的信號。為恢復(fù)原信號幅度的比例關(guān)系，在接收端還要將譯碼輸出信號經(jīng)過一個幅度的比例關(guān)系，在接收端

7、還要將譯碼輸出信號經(jīng)過一個與壓縮特性相反特性的電路，該電路稱為與壓縮特性相反特性的電路，該電路稱為擴(kuò)張器擴(kuò)張器，它，它對小對小信號進(jìn)行壓縮，對大信號進(jìn)行放大信號進(jìn)行壓縮，對大信號進(jìn)行放大，如圖所示。，如圖所示。13 采用非均勻量化方式的采用非均勻量化方式的PCM通信過程通信過程對電話通信中的對電話通信中的PCM信號信號,國際電報電話咨詢委員會國際電報電話咨詢委員會(CCITT)建建議了兩種壓擴(kuò)特性：議了兩種壓擴(kuò)特性：A律壓擴(kuò)特性律壓擴(kuò)特性和和 律壓擴(kuò)特性律壓擴(kuò)特性。我國規(guī)定。我國規(guī)定采用采用A律壓擴(kuò)特性。律壓擴(kuò)特性。14(1)A律壓擴(kuò)特性及其律壓擴(kuò)特性及其13折線近似折線近似：A律壓擴(kuò)特性用于

8、律壓擴(kuò)特性用于PCM 3032路系統(tǒng)路系統(tǒng)。根據(jù)非均勻量化的概念，可以推出一種近似對數(shù)的壓擴(kuò)關(guān)系根據(jù)非均勻量化的概念，可以推出一種近似對數(shù)的壓擴(kuò)關(guān)系表達(dá)式：表達(dá)式：稱其為稱其為A律壓縮函數(shù)律壓縮函數(shù)。15A87616A87617181、將、將y抽抽01范圍均勻范圍均勻劃分成劃分成8個間隔，由于壓個間隔，由于壓縮特性，將縮特性，將x軸以軸以1/2遞遞減規(guī)律劃分成減規(guī)律劃分成8個不均勻個不均勻的段。的段。2、將相對應(yīng)的各量化段、將相對應(yīng)的各量化段在在x-y平面上交點(diǎn)進(jìn)行連平面上交點(diǎn)進(jìn)行連線可得一條線可得一條8段的折線，段的折線，由于第、由于第、 段的斜率段的斜率相同，可合成一條直線。相同，可合成一

9、條直線。3、在、在x、y為負(fù)值范圍為負(fù)值范圍-10內(nèi)，同樣也可得內(nèi)，同樣也可得8段段折線且靠近原點(diǎn)的兩折線且靠近原點(diǎn)的兩段折線、的斜率與段折線、的斜率與、段折線相同。這、段折線相同。這樣，靠近原點(diǎn)的四段就樣，靠近原點(diǎn)的四段就可成一段直線，因此，可成一段直線，因此，從從-1+1的范圍內(nèi)形成的的范圍內(nèi)形成的折線數(shù)是折線數(shù)是13段折線段折線。19 按照這樣按照這樣的 分 段 方 法的 分 段 方 法所求得所求得13段段折線與折線與A=87.6的的A律 壓 縮 特 性律 壓 縮 特 性十分逼近十分逼近。 我們就用我們就用13段折線段折線近近似表示似表示A87. 6時的時的A律壓律壓縮 特 性 ， 因縮

10、 特 性 ， 因此稱之為此稱之為A律律13折線壓縮折線壓縮特性特性。20(2) 律壓擴(kuò)特性：律壓擴(kuò)特性： 律壓擴(kuò)特性適應(yīng)于律壓擴(kuò)特性適應(yīng)于 PCM 24路系統(tǒng)。路系統(tǒng)。 律壓擴(kuò)特性是用二極管的伏安特性推導(dǎo)出來的。其表律壓擴(kuò)特性是用二極管的伏安特性推導(dǎo)出來的。其表達(dá)式如下：達(dá)式如下：其中其中 x、y為壓縮器的歸一化輸入、輸出；為壓縮器的歸一化輸入、輸出； 為壓縮參數(shù)，表示輸出信號相對于輸入信號的壓縮程為壓縮參數(shù)，表示輸出信號相對于輸入信號的壓縮程度度 律采用律采用15折線折線近似的壓縮特性。近似的壓縮特性。213、編碼、編碼 編碼編碼就是用就是用n位的二進(jìn)制碼組來表示抽樣量化后的信號位的二進(jìn)制碼

11、組來表示抽樣量化后的信號。 碼組中碼位的數(shù)量碼組中碼位的數(shù)量n和所能表示的量化值個數(shù)和所能表示的量化值個數(shù)N的關(guān)系的關(guān)系: N2n 若量化間隔劃分的愈小，量化值的個數(shù)增多，量化誤差就若量化間隔劃分的愈小，量化值的個數(shù)增多，量化誤差就愈小，通信質(zhì)量也愈高，但相應(yīng)編碼位數(shù)也增多，這將增加設(shè)愈小，通信質(zhì)量也愈高，但相應(yīng)編碼位數(shù)也增多，這將增加設(shè)備的復(fù)雜程度。所以量化間隔要劃分的適當(dāng)。備的復(fù)雜程度。所以量化間隔要劃分的適當(dāng)。2223 目前，國際上普遍采用的是目前，國際上普遍采用的是A律律13折線編碼折線編碼。 A律律13折線編碼是一種將非均勻量化和編碼合起來進(jìn)行的折線編碼是一種將非均勻量化和編碼合起來

12、進(jìn)行的非線性編碼。其八位碼是這樣安排的：非線性編碼。其八位碼是這樣安排的： 第一位碼第一位碼x1的取值的取值“0”、“1”分別代表信號極性的正、負(fù)分別代表信號極性的正、負(fù)。24 A律律13折線的分段方法是在折線的分段方法是在0+1范圍內(nèi)劃分成范圍內(nèi)劃分成8個不均勻個不均勻的段，表示這的段，表示這8個不同的段落需要三位碼個不同的段落需要三位碼(共有共有23=8種組合種組合)，就，就是是x2,x3,x4三位段落碼三位段落碼。每個不均勻的段落又均勻分為。每個不均勻的段落又均勻分為16個小個小量化段，用量化段，用x5,x6,x7,x8四位碼四位碼(共有共有2416種組合種組合)來表示，稱來表示，稱為為

13、段內(nèi)碼段內(nèi)碼。 25 由于由于13折線的折線的8個不均勻個不均勻分段是按分段是按1/2遞減規(guī)律分段的，遞減規(guī)律分段的，故各段所對應(yīng)的信號范圍是故各段所對應(yīng)的信號范圍是不同的：不同的： 第 一 段 的 信 號 范 圍 是第 一 段 的 信 號 范 圍 是01/128，第二段的信號范，第二段的信號范圍是圍是1/1281/64，而第八段，而第八段的信號范圍是的信號范圍是1/21。26 每個不均勻段又分為每個不均勻段又分為16個均勻段，第一段分成個均勻段，第一段分成16個小段，個小段，其每一小段即最小量化間隔記為其每一小段即最小量化間隔記為 其值為：其值為： 第二段與第一段相同，第三段劃分為第二段與第

14、一段相同，第三段劃分為16個小段，其每一小個小段，其每一小段最小量化間隔為段最小量化間隔為2 ，依次類推，第八段劃分為，依次類推，第八段劃分為16個小段，個小段，每一小段最小量化間隔則是每一小段最小量化間隔則是64 。 這就體現(xiàn)了非線性編碼是對應(yīng)于非均勻量化的，小信號時這就體現(xiàn)了非線性編碼是對應(yīng)于非均勻量化的，小信號時量化間隔小，大信號時量化間隔大。量化間隔小，大信號時量化間隔大。27A律律13折線編碼的各量化段的量化間隔折線編碼的各量化段的量化間隔如圖所示。如圖所示。28A律律13折線的編碼過程如下折線的編碼過程如下: 第一步第一步：確定抽樣值的極性：確定抽樣值的極性 第二步第二步：確定抽樣

15、值屬于那個不均勻段落。設(shè)：確定抽樣值屬于那個不均勻段落。設(shè)u為抽樣值的為抽樣值的歸一化值，則歸一化值，則x2,x3,x4的確定過程如圖所示。的確定過程如圖所示。29 第三步第三步：屬于這個段落由：屬于這個段落由16個小段的那一小段，即確定個小段的那一小段，即確定x5,x6,x7,x8。其方法與段落碼的確定過程相同。其方法與段落碼的確定過程相同。例：例：設(shè)抽樣信號幅度的最大值為設(shè)抽樣信號幅度的最大值為2048mV，將抽樣值將抽樣值1000mV編為編為PCM碼碼已知抽樣信號幅度的最大值已知抽樣信號幅度的最大值U2048mv，非歸一化的非歸一化的 u20481mv確定極性碼確定極性碼： 因?yàn)橐驗(yàn)?0

16、00 0確定段落碼：確定段落碼： 因?yàn)橐驗(yàn)?1000 128 故故x2=1在第在第58段內(nèi)段內(nèi) 因?yàn)橐驗(yàn)?1000 512 故故x3=1在第在第7、8段內(nèi)段內(nèi) 因?yàn)橐驗(yàn)?1000 1024 故故x4=0在第在第7段內(nèi)段內(nèi)30確定段內(nèi)碼：確定段內(nèi)碼： 將第將第7個不均勻的段均勻分成個不均勻的段均勻分成16個小段，每一小段為個小段，每一小段為32 ，如圖所示如圖所示 從此例可以看出，凡抽樣值在從此例可以看出，凡抽樣值在 之間的均編之間的均編為為1110111。31 2.4 傳輸碼型 我們可以用我們可以用不同電位不同電位或或電流波形電流波形來表示數(shù)字碼來表示數(shù)字碼0或或1，只要，只要它的不同它的不同

17、“電值電值”與數(shù)字碼與數(shù)字碼0,1 存在一一對應(yīng)關(guān)系即可。存在一一對應(yīng)關(guān)系即可。32 一、選擇傳輸碼型的條件一、選擇傳輸碼型的條件 1.傳輸碼型中不含有直流分量，且低頻分量和過高頻傳輸碼型中不含有直流分量，且低頻分量和過高頻分量也不易太多，以減小傳輸失真；分量也不易太多，以減小傳輸失真；（在傳輸線路中有再生中繼站存在，它們需要（在傳輸線路中有再生中繼站存在，它們需要遠(yuǎn)端供電，這樣，中繼器與線路之間就需要用遠(yuǎn)端供電，這樣，中繼器與線路之間就需要用變量器耦合傳輸，而且還要加裝電容等將直流變量器耦合傳輸，而且還要加裝電容等將直流與信號分開，這些元件不能通過直流成分，對與信號分開，這些元件不能通過直流

18、成分，對低頻成份的阻抗也很大，會造成信號的嚴(yán)重畸低頻成份的阻抗也很大，會造成信號的嚴(yán)重畸變。過高頻率成份的衰減則隨距離的增加而增變。過高頻率成份的衰減則隨距離的增加而增大。）大。）33 2.傳輸?shù)拇a型要便于時鐘提取，即從傳輸碼型中簡便而穩(wěn)傳輸?shù)拇a型要便于時鐘提取，即從傳輸碼型中簡便而穩(wěn)定地獲得定時時鐘信息；定地獲得定時時鐘信息； 3.傳輸?shù)拇a型具有一定的規(guī)律性，以便于檢測誤碼；傳輸?shù)拇a型具有一定的規(guī)律性，以便于檢測誤碼； 4.碼型變換設(shè)備要簡單，易于實(shí)現(xiàn)。碼型變換設(shè)備要簡單，易于實(shí)現(xiàn)。34二、線路編碼信號二、線路編碼信號 1單極性歸零波形單極性歸零波形 單極性歸零信號的單極性歸零信號的0、1分

19、別用分別用0電位電位(0脈沖脈沖)和正電位和正電位(正脈正脈沖）來表示，其沖）來表示，其占空比占空比50%。但其脈沖波形的寬度只是碼元但其脈沖波形的寬度只是碼元長度的一部分，即每個脈沖總是要回歸到零位。如圖所示。長度的一部分，即每個脈沖總是要回歸到零位。如圖所示。這種波形的缺點(diǎn)是含有直流分量。這種波形的缺點(diǎn)是含有直流分量。單極性歸零波形單極性歸零波形占空比：占空比：在一串理想的脈沖序列中（如方波），在一串理想的脈沖序列中（如方波）， 正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期正脈沖的持續(xù)時間與脈沖總周期的比值。的比值。 例如：脈沖寬度例如：脈沖寬度1s，信號周期信號周期4s的脈沖序列占空比為的脈沖序列占空比

20、為0.25。35 2單極性不歸零波形單極性不歸零波形 單極性歸零信號的單極性歸零信號的0、1分別用分別用0電位電位(0脈沖脈沖)和正電位和正電位(正脈正脈沖）來表示，其沖）來表示，其占空比占空比100%。但其脈沖波形的寬度是碼元但其脈沖波形的寬度是碼元長度的全部，即每個脈沖不需要回歸到零位。如圖所示。這長度的全部，即每個脈沖不需要回歸到零位。如圖所示。這種波形的缺點(diǎn)也是含有直流分量。種波形的缺點(diǎn)也是含有直流分量。36 2雙極性歸零波形雙極性歸零波形 雙極性歸零波形為，雙極性歸零波形為，“1”用正電位用正電位(正脈沖正脈沖)，而，而“0”用負(fù)用負(fù)電位電位(負(fù)脈沖負(fù)脈沖)表示，其脈沖波形的寬度也只

21、是碼元長度的一部表示，其脈沖波形的寬度也只是碼元長度的一部分。如圖所示。分。如圖所示。雙極性歸零波形雙極性歸零波形37 3極性交替轉(zhuǎn)換波形極性交替轉(zhuǎn)換波形(AMI碼碼)，也叫，也叫雙極性歸零碼雙極性歸零碼 極性交替轉(zhuǎn)換波形是將單極性歸零波形的所有正電位脈沖極性交替轉(zhuǎn)換波形是將單極性歸零波形的所有正電位脈沖轉(zhuǎn)換成轉(zhuǎn)換成正、負(fù)相互交替的脈沖正、負(fù)相互交替的脈沖，如圖所示。，如圖所示。單極性歸零波形單極性歸零波形極性交替轉(zhuǎn)換波形極性交替轉(zhuǎn)換波形38 若將若將極性交替轉(zhuǎn)換波形用數(shù)字代碼來表述，稱其為極性交替轉(zhuǎn)換波形用數(shù)字代碼來表述，稱其為AMI碼碼。AMI碼將按以下規(guī)則編碼：碼將按以下規(guī)則編碼： “0

22、”碼時仍為碼時仍為0，“1”碼時交替變?yōu)榇a時交替變?yōu)?1、-1、+1、-1、。 例：例： 二進(jìn)制單極性碼二進(jìn)制單極性碼： 對應(yīng)的對應(yīng)的AMI碼碼： 因這種波形是交替出現(xiàn)正負(fù)電位，故無直流分量，低頻分因這種波形是交替出現(xiàn)正負(fù)電位，故無直流分量，低頻分量也較小。所以，量也較小。所以，這種波形比較適合在截直流特性的傳輸線這種波形比較適合在截直流特性的傳輸線路中傳輸路中傳輸。 接收端的反變換也很簡單，只需把接收端的反變換也很簡單，只需把“-1”碼翻轉(zhuǎn)為碼翻轉(zhuǎn)為“+1”就變成就變成單極性歸零碼單極性歸零碼，完成翻轉(zhuǎn)的部件可用，完成翻轉(zhuǎn)的部件可用整流器整流器。 39 但當(dāng)傳輸波形為一串連零電位或稱長串連但

23、當(dāng)傳輸波形為一串連零電位或稱長串連“0”碼時，碼時，相當(dāng)于無信號發(fā)出，這樣會給接收端提取時鐘信息造成困相當(dāng)于無信號發(fā)出，這樣會給接收端提取時鐘信息造成困難。為解決長連難。為解決長連“0”問題，通常采用問題，通常采用HDB3碼，又稱三階碼，又稱三階高密度雙極性碼。高密度雙極性碼。404三階高密度雙極性碼三階高密度雙極性碼(HDB3碼碼) HDB3碼是碼是CCITT推薦的一種線路編碼，它推薦的一種線路編碼，它是一種連是一種連“0”抑制碼抑制碼。二進(jìn)制序列二進(jìn)制序列：-100V-412.5 幾個基本概念幾個基本概念1.1. 時隙和幀時隙和幀對每一個話路來說，每次抽樣值經(jīng)過量化以后對每一個話路來說，每

24、次抽樣值經(jīng)過量化以后可編成可編成8位位PCM碼組進(jìn)行傳輸碼組進(jìn)行傳輸,每路信號所占有每路信號所占有的傳輸時間稱的傳輸時間稱時隙時隙。32時隙合成一個時隙合成一個“幀幀”，16幀合成一個幀合成一個“復(fù)復(fù)幀幀”。2.2. 數(shù)字信號傳輸速率數(shù)字信號傳輸速率42 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（BAUD），），簡寫為簡寫為Bd。 設(shè)傳送一個信元設(shè)傳送一個信元(對對2進(jìn)制調(diào)制進(jìn)制調(diào)制,只有只有0或或1 兩種信元或兩種信元或叫碼元叫碼元,對四進(jìn)制對四進(jìn)制,有有4種信元種信元)占時占時20毫秒毫秒,則則 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

25、（bit/s），），簡寫為簡寫為b/s或或bps。它表示單位時間內(nèi)能傳輸?shù)拇a。它表示單位時間內(nèi)能傳輸?shù)拇a個數(shù)個數(shù)單位時間信元數(shù)波特率 Bd50150波特率n2log單位時間信元數(shù)數(shù)據(jù)率43n2log單位時間信元數(shù)數(shù)據(jù)率圖中圖中(a) 數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率=50*log22=50bit/s圖中圖中(b) 數(shù)據(jù)率數(shù)據(jù)率=50*log24=100bit/s442.1 時間分割多路復(fù)用原理時間分割多路復(fù)用原理 一、時間分割多路復(fù)用原理一、時間分割多路復(fù)用原理 為了提高傳輸通道的利用率，在傳輸過程中多采用為了提高傳輸通道的利用率，在傳輸過程中多采用復(fù)用方式復(fù)用方式多個信號在一條傳輸通道上傳輸，稱多路多個信號

26、在一條傳輸通道上傳輸，稱多路復(fù)用復(fù)用。目前應(yīng)用最廣泛的是。目前應(yīng)用最廣泛的是時分多路復(fù)用方式時分多路復(fù)用方式。 時分多路復(fù)用就是利用各路信號在傳輸通道上占用時分多路復(fù)用就是利用各路信號在傳輸通道上占用不同的時間間隔。不同的時間間隔。 45每路所占有的時間間隔稱每路所占有的時間間隔稱路時隙路時隙，簡稱，簡稱時隙時隙。46 第第1路話音信號的一個抽樣值經(jīng)量化、編碼后的路話音信號的一個抽樣值經(jīng)量化、編碼后的8位碼占位碼占用用時隙時隙1； 第第2路的一個抽樣值經(jīng)量化、編碼后的路的一個抽樣值經(jīng)量化、編碼后的8位碼占用位碼占用時隙時隙2，依此類推，依此類推， 第第n路的一個抽樣值經(jīng)量化、編碼后的路的一個抽

27、樣值經(jīng)量化、編碼后的8位碼占用位碼占用時隙時隙n。47 每一個抽樣值經(jīng)量化、編碼得到的碼組稱為每一個抽樣值經(jīng)量化、編碼得到的碼組稱為碼字碼字。當(dāng)所有各路都分配一次碼字后，進(jìn)行第二輪依時序分配各當(dāng)所有各路都分配一次碼字后，進(jìn)行第二輪依時序分配各路碼字，這樣一直繼續(xù)下去。路碼字，這樣一直繼續(xù)下去。 每輪一次的總時間每輪一次的總時間稱為幀稱為幀。 48 對模擬信號進(jìn)行抽樣處理后，使其在時間上產(chǎn)生一個對模擬信號進(jìn)行抽樣處理后，使其在時間上產(chǎn)生一個空隙，在此空隙中安排其它路的話音信號，這樣就可實(shí)現(xiàn)空隙，在此空隙中安排其它路的話音信號，這樣就可實(shí)現(xiàn)時分多路復(fù)用。時分多路復(fù)用。 由此可見，由此可見，抽樣定理

28、抽樣定理是實(shí)現(xiàn)時分多路復(fù)用的理論基礎(chǔ)。是實(shí)現(xiàn)時分多路復(fù)用的理論基礎(chǔ)。 對話音信號來講，抽樣頻率取對話音信號來講，抽樣頻率取fs8000Hz，抽樣周期抽樣周期(即抽樣時間間隔即抽樣時間間隔) 49 如果是單路系統(tǒng)，則抽樣周期如果是單路系統(tǒng)，則抽樣周期Ts就等于它的路時隙，就等于它的路時隙，即在即在125微秒內(nèi)傳輸一個碼字。微秒內(nèi)傳輸一個碼字。 如果是如果是n路復(fù)用系統(tǒng)，是將路復(fù)用系統(tǒng)，是將Ts125微秒的時間分成微秒的時間分成n個時隙，則每一路所占的時間即一個時隙為個時隙，則每一路所占的時間即一個時隙為Tsn。 設(shè)復(fù)用路數(shù)設(shè)復(fù)用路數(shù)n32，則傳輸速率為：則傳輸速率為： 32X 880002048

29、k bits 這里的這里的bit即即比特比特含義是：一位二進(jìn)制碼就為含義是：一位二進(jìn)制碼就為1位。位。50 二、時分多路復(fù)用的電路結(jié)構(gòu)二、時分多路復(fù)用的電路結(jié)構(gòu) 各路話音信號經(jīng)低通濾波器各路話音信號經(jīng)低通濾波器LP1將其頻帶限制在將其頻帶限制在3400Hz以內(nèi)，然后通過依次抽樣的電子開關(guān)以內(nèi)，然后通過依次抽樣的電子開關(guān)K1，K1不斷作勻速旋不斷作勻速旋轉(zhuǎn)，轉(zhuǎn)，旋轉(zhuǎn)一周的周期等于抽樣周期旋轉(zhuǎn)一周的周期等于抽樣周期Ts(一幀一幀)，這樣就達(dá)到對，這樣就達(dá)到對每一路信號每隔每一路信號每隔125us（微秒）抽樣一次的目的。微秒）抽樣一次的目的。51 將各路的抽樣信號送到公用編碼器，進(jìn)行統(tǒng)一的量化編將各

30、路的抽樣信號送到公用編碼器，進(jìn)行統(tǒng)一的量化編碼轉(zhuǎn)換為碼轉(zhuǎn)換為PCM信號，然后送至傳輸通道進(jìn)行傳輸。信號，然后送至傳輸通道進(jìn)行傳輸。 在接收端首先進(jìn)行統(tǒng)一在接收端首先進(jìn)行統(tǒng)一解碼，還原為解碼，還原為PAM信號信號，然后由，然后由分路開關(guān)分路開關(guān)K2依次接通各路，再經(jīng)過重建用的低通濾波器依次接通各路，再經(jīng)過重建用的低通濾波器LP2把每一路的把每一路的PAM信號恢復(fù)為模擬話音信導(dǎo)。信號恢復(fù)為模擬話音信導(dǎo)。 52注意注意，旋轉(zhuǎn)開關(guān)，旋轉(zhuǎn)開關(guān)K2的的旋轉(zhuǎn)速度旋轉(zhuǎn)速度、起始位置起始位置必須和旋轉(zhuǎn)開關(guān)必須和旋轉(zhuǎn)開關(guān)K1的一致，即的一致，即收發(fā)端必須保持同步收發(fā)端必須保持同步，否則將會造成錯路。為此，否則將會

31、造成錯路。為此，在發(fā)端要加入起始標(biāo)志，接收端有識別起始標(biāo)志的裝置，這在發(fā)端要加入起始標(biāo)志，接收端有識別起始標(biāo)志的裝置，這就是就是時分多路復(fù)用的幀同步時分多路復(fù)用的幀同步。53 2.6 32路PCM的幀結(jié)構(gòu)54 1基群概念基群概念 PCM時分多路通信可組成若干路的復(fù)用，時分多路通信可組成若干路的復(fù)用，CCITT建議建議以兩種以兩種PCM系統(tǒng)為基礎(chǔ)。系統(tǒng)為基礎(chǔ)。一種是一種是PCM30/32路系統(tǒng)，可供路系統(tǒng)，可供傳輸傳輸30個話路，傳輸速率為個話路，傳輸速率為2.048MbS，歐洲各國和我國歐洲各國和我國均采用這種系統(tǒng)；均采用這種系統(tǒng)； 另一種是另一種是PCM24路系統(tǒng)，可供傳輸路系統(tǒng)，可供傳輸2

32、4個話路，傳輸速個話路，傳輸速率為率為1.544Mbs，美國、加拿大和日本等國采用。美國、加拿大和日本等國采用。 稱這兩種稱這兩種PCM系統(tǒng)為系統(tǒng)為基群或一次群傳輸系統(tǒng)基群或一次群傳輸系統(tǒng)。 55PCM 3032路基群幀結(jié)構(gòu)如圖所示。路基群幀結(jié)構(gòu)如圖所示。 PCM 3032路基群每幀分為路基群每幀分為32個時隙。用個時隙。用Ts0Ts31表表示，其中示，其中30個時隙傳送話路，另外兩個時隙傳送幀同步碼和個時隙傳送話路，另外兩個時隙傳送幀同步碼和信令碼。信令碼。 Ts1Ts15、Ts17Ts31共共30個時隙供個時隙供30個話路使用，稱個話路使用，稱為為話路時隙話路時隙，每幀的，每幀的Ts0時隙

33、是幀同步時隙，時隙是幀同步時隙，Ts16時隙是信令時隙是信令時隙。時隙。 32個時隙每一時隙均為個時隙每一時隙均為8位碼。位碼。56 偶幀的偶幀的Ts0時隙時隙是傳送幀同步碼用，其是傳送幀同步碼用，其8位碼中，第位碼中，第1位碼位碼留給國際通信用留給國際通信用，后后7位碼是幀同步碼，其碼型為位碼是幀同步碼，其碼型為0011011。Ts0時隙：時隙：幀同步時隙幀同步時隙57 奇幀的奇幀的Ts0時隙時隙是傳送幀同步對告碼用。其第是傳送幀同步對告碼用。其第1位碼仍保留位碼仍保留結(jié)國際通信用，目前固定為結(jié)國際通信用，目前固定為1。其第其第2位碼固定為位碼固定為1碼，以便在接碼，以便在接收端將偶幀和奇幀

34、區(qū)別開來收端將偶幀和奇幀區(qū)別開來(偶幀的這一位為偶幀的這一位為0碼碼)。58 其第其第3位碼位碼A1為幀失步對告碼，當(dāng)收端同步時，向發(fā)端傳送為幀失步對告碼，當(dāng)收端同步時，向發(fā)端傳送的該位碼為的該位碼為0碼，當(dāng)收端失步時，將送往發(fā)端的這一位碼改為碼，當(dāng)收端失步時，將送往發(fā)端的這一位碼改為1碼，碼，以便告訴發(fā)端，收端已失步無法工作。其每以便告訴發(fā)端，收端已失步無法工作。其每48位碼可供國內(nèi)通位碼可供國內(nèi)通信用。信用。 59 在完成通話過程中，除了要傳送話路信號外在完成通話過程中，除了要傳送話路信號外,還有信令信還有信令信號，如摘機(jī)、應(yīng)答、掛機(jī)等號，如摘機(jī)、應(yīng)答、掛機(jī)等，以保證局間交換設(shè)備正常接續(xù)。

35、，以保證局間交換設(shè)備正常接續(xù)。 PCM 30/32路系統(tǒng)中的路系統(tǒng)中的TS16時隙時隙就是用于傳送上述的信就是用于傳送上述的信令信息碼。令信息碼。 Ts16時隙：時隙：信令時隙信令時隙60 根據(jù)這些信令信號頻率很低的特點(diǎn)，抽樣頻率取根據(jù)這些信令信號頻率很低的特點(diǎn)，抽樣頻率取500Hz，即其抽樣周期即其抽樣周期 所以每個話路的信令所以每個話路的信令信息碼每隔信息碼每隔16幀輪流傳送一次就夠了，為此規(guī)定每幀輪流傳送一次就夠了，為此規(guī)定每16幀幀(F0F15)構(gòu)成一個復(fù)幀，每復(fù)幀長構(gòu)成一個復(fù)幀，每復(fù)幀長16125us2ms。 61 實(shí)際上，每個話路的信令信息碼最多用實(shí)際上，每個話路的信令信息碼最多用

36、4位碼即可，用位碼即可，用a、b、c、d來表示，而每個來表示，而每個Ts16時隙有時隙有8位碼，可傳送兩個話路位碼，可傳送兩個話路的信令信息碼，那么的信令信息碼，那么30個話路的信令信息碼共用個話路的信令信息碼共用15個幀個幀F(xiàn)1F15的的TS16時隙。時隙。 62 為了保證收發(fā)兩端各路信令信息碼在時間上對齊，為了保證收發(fā)兩端各路信令信息碼在時間上對齊，所以所以每隔每隔16幀還需要送一個同步碼幀還需要送一個同步碼，以保證信令碼得到同，以保證信令碼得到同步。稱其為步。稱其為復(fù)幀同步復(fù)幀同步。復(fù)幀同步安排在余下的。復(fù)幀同步安排在余下的F0幀的幀的Ts16時隙中。時隙中。 63 其前其前4位位000

37、0為復(fù)幀同步碼，第為復(fù)幀同步碼，第6位為復(fù)幀失步對告碼，位為復(fù)幀失步對告碼，它與幀失步對告碼一樣，復(fù)幀同步時它與幀失步對告碼一樣，復(fù)幀同步時A2為為0碼，復(fù)幀失步碼，復(fù)幀失步時時A2為為1碼。余下的碼。余下的3位碼可供傳送其它信息用，如暫不用位碼可供傳送其它信息用，如暫不用則固定為則固定為1碼。碼。 64 注意的是，注意的是，30個話路的傳令碼個話路的傳令碼a、b、c、d不能同時不能同時編為編為0000碼，否則就無法與復(fù)幀同步碼區(qū)別開來。碼，否則就無法與復(fù)幀同步碼區(qū)別開來。65復(fù)幀周期復(fù)幀周期：16125us2ms幀周期幀周期為：為：125us每一時隙每一時隙所占時間為：所占時間為：125us/323.9us每