交换技术第2章.

第2章话音信号的数字化基础2.1多路复用的概念2.2PCM的基本原理2.3PCM的基本概念及其帧结构2.4PCM高次群思考题2.1多路复用的概念信号：模拟信号：是数值上连续变化的信号。例如话音信号，图象信号等。数字信号：是离散的信号多路复用将多个信号源发出的信号组合，并由一个信道传输，传输中各信号之间彼此独立多路复用的基础是分割原理，信号分割的依据是信号差异复用的目的是为了节省介质，提高线路利用率根据不同的参量，多路复用的类型有频分复用FDM:各路信号频率分开，时间重叠时分复用TDM:各路信号时间分开，频率重叠码分复用CDM:各路信号时间、频率重叠，特征码不同FDM（）TDM传输介质第1路第2路第n路第1路第2路第n路发送接收时分复用TDM（通常指同步时分复用）把传输信道按时间分割成若干时隙，以传送若干路信号。发送方，在抽样脉冲的控制下，时隙1时将第1路信号打入信道，时隙2是将第2路信号打入信道，依此类推接收方，在发送方同步信号的作用下，在时隙1时接收第1路信号，时隙2时接收第2路信号……….时分复用原理TDM按帧结构（固定时长，时隙个数固定）传送每个用户分配固定时隙（在帧结构中占固定位置）每个用户只能在自己的时隙内发送数据当某用户无数据发送时，分配给该用户的时隙只能处于空闲状态，不能作为他用可能造成线路资源的浪费aabcdbcabbccad用户ABCDtttt①②③④#1#2#3#4四个时分复用帧时分复用t时间分割多路复用原理：TDM在TDM系统中，各信号在时域上是分开的，而在频域上是混叠在一起的。时分复用方式将提供给整个信道传输信息的时间划分成若干时间片（简称时隙），并将这些时隙分配给每一个信号源使用，每一路信号在自己的时隙内独占信道进行数据传输。优点:时隙分配固定，便于调节控制，适于数字信息的传输；缺点:是当某信号源没有数据传输时，它所对应的信道会出现空闲，而其他繁忙的信道无法占用这个空闲的信道，因此会降低线路的利用率，但这一问题可以采用统计时分复用的方法解决。统计时分复用原理STDM：StatisticTDM，统计时分复用，又叫异步时分复用每个用户不分配固定时隙，按需动态分配时隙STDM按帧结构进行传送，且帧长度固定（不同系统帧长可能不同）组帧按收到数据的先后顺序进行一个用户可以连续占用多个时隙能显著提高信道的利用率abbccadaabcdbc用户ABCDtttt①②③④#1#2#33个STDM帧统计时分复用t2.2PCM基本原理PCM：PulseCodeModulation脉冲编码调制PCM是一种将模拟信号变换成数字信号的编码方式PCM发送端包括：抽样、量化和编码PCM接收端包括：解码、量化样值解调模拟信源低通滤波器量化器抽样器编码器解码器低通滤波器模拟信宿发送端接收端PCM基本原理抽样量化12345678910111213141516编码10112010001000345000678001010011910010101110111111213111141516110101100将时间离散、幅度连续的抽样信号转换成时间离散、幅度离散的数字信号。将时间连续的模拟信号转换成时间离散、幅度连续的抽样信号。带限信号连续抽样，要求抽样频率不小于所传信号的最高频率的2倍。量化后的信号通过编码器变成一组码元量化级：对应一个幅度等级如：将0~8V范围的模拟量分为8级，每级1V。即0~1V为0级，1~2V为第1级…用这8级的量去量化输入信号。均匀分级量化方法:舍去型、补足型、四舍五入型量化前的值/V量化后输出值/V舍去型补足型四舍五入型6.6V6.1V0.1V660771760均匀分级量化量化误差：量化前、后信号幅度之间的差别量化误差产生的后果：量化噪声均匀量化：绝对误差相等、量化噪声均匀，小信号的信噪比小。信噪比：衡量通信质量的重要指标，一般要求大于26dB。减少小信号时的量化噪声解决方法：•将量化级分细，减少量化误差从而减少量化噪声。量化级数多，要求有更多位编码及更高的码速，要求更高的编码器。信噪比=10㏒信号/噪声（单位：dB）采用不均匀量化，（压扩法）-小信号的量化级分细些，大信号量化级分粗些。使在保持原来的量化级数下将信噪比做得高于26DB。两种压扩律：u律和A律A律：通用于欧洲，为30/32路PCM采用，E1线路2.048Mb/su律：通用于北美和日本，为24路PCM采用，T1线路1.544Mb/s我国采用A律如果定义最小段长度为△，则最大电平幅值为：2048△中国、欧洲采用A律13折线PCM量化信号幅值不均匀地分为八个大段，每个大段都平均地分为16个小段，故一共分为8*16=128段，在信号幅值的负半周量化方法相同，故共有128*2=256个量化级日本、北美采用µ律15折线PCM量化编码就是把量化后抽样点的幅值分别用代码来表示。编码器输出的码型有：单极性不归零码（NRZ）：信号“1”有脉冲，“0”无脉冲。占空比100%。单极性归零码（RZ）：占空比50%。双极性归零码（AMI）：信号“0”由空号传送，“1”由“+1”“-1”交替传送。三阶高密度双极性码（HDB3）：连零数限制在三个以下。11000111编码规则：正电压：“1”零电压：“0”占空比：100%单极性归零码编码规则：正电压：“1”零电压：“0”占空比：50%11000111单极性不归零码特点：适合短距离传输存在直流分量和丰富的高频分量，占用频带宽多个连0可能引起失步占用频占用频占用频双极性归零码（AMI-AlternateMarkInversion交替极性倒置）编码规则：正、负电压：“1”零电压：“0”占空比：50%11000111特点：基本不存在直流分量，高频分量少多个连0可能引起失步归零码和不归零码、单极性码和双极性码的特点不归零码在传输中难以确定一位的结束和另一位的开始，需要用某种方法使发送器和接收器之间进行定时或同步；归零码的脉冲较窄，根据脉冲宽度与传输频带宽度成反比的关系，因而归零码在信道上占用的频带较宽。单极性码会积累直流分量，这样就不能使变压器在数据通信设备和所处环境之间提供良好绝缘的交流耦合，直流分量还会损坏连接点的表面电镀层；双极性码的直流分量大大减少，这对数据传输是很有利的HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）码编码规则：正、负电压表示“1”,且交替出现零电压表示“0”占空比：50%当连零个数超过4时，作如下操作：依次将4个连0编为一组，每组最后一个0用1取代，用V+或V-表示，与前一个1（B+或B-）同极性。V称作破坏点。保证两个破坏点之间有奇数个1。若为偶数个1，则在前一个破坏点后面的连续0组中的第一个0改为B+或B-，其极性和前一个破坏点相反。（保证B的极性交替）后面的极性依次按上述原则改变。010000100000000HDB3（HighDensityBipolarofOrder3）码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+单极性码AMI码HDB3码HDB3码HDB3码V-V+V-1、时隙和帧时隙：每路话路抽样所花的时间。帧：每32个时隙组成一个帧。复帧：16个帧合成一个复帧。2、数字信号传输速率①调制速率，又称波特率。单位为波特（BAUD），简写为Bd②数据率－－数据信号速率。单位为比特/秒（bit/s），简写为b/s或bps。它表示单位时间内能传输的代码个数单位时间信元数波特率n2log单位时间信元数数据率＝2.3PCM的帧结构01101111000100111二电平调制四电平调制32路PCM的帧结构F0F1F2F3F13F12F4F5F6F7F8F9F10F11F14F15TS0TS1TS2TS3TS4TS5TS6TS7TS8TS9TS10TS11TS12TS13TS14TS15TS16TS17TS18TS19TS20TS21TS22TS23TS24TS25TS26TS27TS28TS29TS30TS3110011011000010/11112345678110/111111abcdabcd1复帧=16帧1帧=32时隙同步时隙标志信号时隙话路时隙F0F1F2F15abcdabcdabcdabcd帧定位码组偶帧奇帧区别偶帧帧对告码保留复帧定位码组复帧对告码和备用1路16路2路17路15路30路局间线路信令帧结构描述帧重复频率＝抽样频率＝8kHz抽样周期＝125us时隙数＝32，时隙编号TS0－TS31每路时隙＝3.91us每路时隙传送8位码组，位时间＝488ns每帧传送位数＝32×8=256每路数码率＝8bit/125us＝64kbit/s总码率＝256bit/125us＝2048kbit/s帧结构描述各时隙内容TS1－TS15：话路时隙，传送1－15路话音信号编码TS17－TS31：话路时隙，传送16－30路话音信号编码TS0：帧同步时隙，传送同步码组TS16：信令时隙，传送30路话路的信令码和复帧码信令时隙TS16传送信令信号（如摘机、挂机、振铃等）一帧中只传送8位码组，每路占4位，每帧只能传2路提高信道利用率，一个基群有30个话路，一个信令信号控制2个话路，故引入复帧概念信令信号必须按复帧传送（16帧组成一个复帧）信令4位码组含义a、b、c、d，目前只用了前3位复帧结构描述由16帧组成一个复帧复帧频率＝8000Hz/16＝500Hz，周期＝2ms各帧信令F0的TS16前4位为复帧同步码0000第6位复帧失步告警码，同步为0，失步为1其他位保留，暂定位1F1－F15的TS16前4位依次传送1－15路话路信令后4位依次传送16－30路的话路信令2.4PCM高次群北美日本欧洲中国数码率Mbps话路数数码率Mbps话路数基群1.544242.04830二次群6.312968.448120三次群32.06448034.368480四次群139.2641920五次群5657680制式群路四、PCM一次群和高次群二次群复接器三次群复接器四次群复接器123412341234PCM120/128；二次群；码率：8.448Mb/sPCM480/512；三次群；码率：34.368Mb/sPCM1920/2048；四次群；码率：139.264Mb/sPCM30/32,基群码率：2.048Mb/s高次群可以传输包括语音、电报、传真、可视电话、高速数据和高清晰度电视等各种信号高次群是由低次群通过数字复用设备汇接而成2020/1/836零次群（DS0）64kb/s一次群（DS1）2.048Mb/s30路二次群(DS2＝4DS1)8.448Mb/s120路三次群(DS3＝4DS2)34.368Mb/s480路四次群(DS4＝4DS3)139.262Mb/s1920路五次群(DS5＝4DS4)564.99Mb/s7680路3.我国数字复接系列思考题1、简述时分复用的基本原理2、抽样、量化和编码的基本原理3、HDB3码的形成方法4、减少小信号时的量化噪声有哪两种方法5、时隙、帧、复帧的概念6、32路pcm帧结构