北邮通信原理课件 (3).pdf

第三章第三章 模拟信号的数字化传输模拟信号的数字化传输 3 1模拟信号数字化的基本原理模拟信号数字化的基本原理 3 2脉冲编码调制脉冲编码调制 PCM 3 3增量调制增量调制 M 3 4语音压缩编码技术简介语音压缩编码技术简介 3 5时分复用原理时分复用原理 3 6数字复接技术数字复接技术 3 7小小 结结 3 1模拟信号数字化的基本原理模拟信号数字化的基本原理 1 1 抽样定理告诉我们 一个频带限制在抽样定理告诉我们 一个频带限制在 Fm赫以内的时间连续函数赫以内的时间连续函数f t 如果以如果以 T 1 2Fm的等间隔时间抽样的等间隔时间抽样 则所得的样则所得的样 值可以完全地确定原信号值可以完全地确定原信号f t 上述定理因抽样时间间隔相等上述定理因抽样时间间隔相等 故称故称 为均匀抽样定理为均匀抽样定理 T 1 2Fm是不失真抽样的最大时间间是不失真抽样的最大时间间 隔隔 称之为奈奎斯特间隔或奈奎斯特周期称之为奈奎斯特间隔或奈奎斯特周期 第一第一 在抽样之前加截止频率为在抽样之前加截止频率为Fm的的 低通滤波器低通滤波器 滤除滤除Fm赫以上的频谱成分赫以上的频谱成分 从而消除折叠现象和避免由此引起的失真从而消除折叠现象和避免由此引起的失真 第二第二 由于收端的低通滤波器不可能由于收端的低通滤波器不可能 做成理想的做成理想的 特别是在截止频率附近特别是在截止频率附近 与与 理想的特性相差甚大理想的特性相差甚大 第三第三 实际的抽样频率不可能是单位实际的抽样频率不可能是单位 冲激脉冲冲激脉冲 只能是高度为只能是高度为A 宽度为宽度为 t 重重 复频率为复频率为1 T的矩形窄脉冲序列的矩形窄脉冲序列s t 其表其表 示式为示式为 式中式中fs 1 T 2 带通信号的带宽限制在带通信号的带宽限制在 fL fH fL 为最低频率分量为最低频率分量 fH为最高频率分量为最高频率分量 其其 频率带宽为频率带宽为B fH fL 任何带通信号都可任何带通信号都可 以通过混频将其频谱转换成低通型的基带以通过混频将其频谱转换成低通型的基带 信号信号 2 1 模拟信号经抽样得到的时间离散模拟信号经抽样得到的时间离散 幅幅 度连续的信号度连续的信号 通常叫通常叫PAM信号信号 脉冲调脉冲调 幅信号幅信号 量化便是使量化便是使PAM信号的幅度离信号的幅度离 散化散化 量化通常由量化器完成量化通常由量化器完成 2 量化是用量化电平值量化是用量化电平值yk来代替来代替x 显然显然 这种替代是存在误差的这种替代是存在误差的 这个误差是由于这个误差是由于 量化产生的量化产生的 故叫量化误差故叫量化误差 表示为表示为 e t x y 量化噪声的大小常用它的均方值量化噪声的大小常用它的均方值e2 t 即量化噪声功率表示即量化噪声功率表示 它对通信质它对通信质 量的影响程度用量化器输出的信号功率与量的影响程度用量化器输出的信号功率与 量化噪声功率的比量化噪声功率的比SNR dB 表示表示 均匀量化的特点是量化级的间距均匀量化的特点是量化级的间距d为为 常数常数 落入每个量化级落入每个量化级 也叫量化区间也叫量化区间 的的PAM信号幅值信号幅值x通常是随机变量通常是随机变量 为分为分 析方便设其概率密度函数为析方便设其概率密度函数为p x 如果如果 量化级数量化级数N足够多足够多 在量化器工作范围在量化器工作范围 V V 一定时一定时 d 2V N就足够的小就足够的小 可可 以认为每一层间隔内的信号分布均可用量以认为每一层间隔内的信号分布均可用量 化电平值处的概率密度函数化电平值处的概率密度函数p yk 表示表示 yk一般为量化区间的中间值一般为量化区间的中间值 所以对于所以对于 PAM信号幅度在量化器工作范围以内的情信号幅度在量化器工作范围以内的情 况况 均匀量化因量化阶距均匀量化因量化阶距d为常数为常数 所以所以 有直观有直观 量化设备简单的优点量化设备简单的优点 3 模拟信号在抽样量化后模拟信号在抽样量化后 变成了时间变成了时间 离散离散 幅度离散的数字信号幅度离散的数字信号 通常为了减通常为了减 少量化误差少量化误差 量化级数设置很多量化级数设置很多 也就是也就是 说量化后得到的数字信号的取值仍然很多说量化后得到的数字信号的取值仍然很多 用这样的信号传输用这样的信号传输 收端复制很困难收端复制很困难 已知已知l个二电平码可以构成个二电平码可以构成2l个组合个组合 所以一般量化级数都取所以一般量化级数都取N 2l 这样各个量这样各个量 化值便可由化值便可由l个二电平码来表示个二电平码来表示 通常把量通常把量 化后的多电平信号变成二电平信号的过程化后的多电平信号变成二电平信号的过程 叫编码叫编码 自然二进码自然二进码 就是人们熟悉的二进就是人们熟悉的二进 码码 用用 an an 1 a1 表示表示 每个码元每个码元 只有二种状态只有二种状态 取取 1 或或 0 一组自一组自 然二进码代表的量化电平为然二进码代表的量化电平为 an2n 1 an 12n 2 a120 式中式中n 反射二进码也称格雷反射二进码也称格雷 Grag 码码 它的特点是相邻两组代码间的码距为它的特点是相邻两组代码间的码距为1 因因 此如果传输中出了一位错产生的误差较小此如果传输中出了一位错产生的误差较小 设反射二进码为设反射二进码为 cn cn 1 c1 且且 各码元取各码元取 1 或或 0 则对应的量化电则对应的量化电 平值为平值为 cn 2n 1 cn 1 2n 1 1 c1 21 1 折叠二进码折叠二进码 用用 bn bn 1 b1 表示表示 它可由自然二它可由自然二 进码变换而得进码变换而得 3 2 脉冲编码调制脉冲编码调制 PCM 1 PCM 话音通信中的话音通信中的PCM调制系统的原调制系统的原 理方框图如图理方框图如图3 12所示所示 图图3 12PCM系统原理方框图系统原理方框图 2 话音信号通常是小信号出现的概率大话音信号通常是小信号出现的概率大 大信号出现的概率小大信号出现的概率小 通常使用的压缩器通常使用的压缩器 中中 多采用对数式压缩多采用对数式压缩 广泛采用的对数广泛采用的对数 压缩律是压缩律是 律和律和A律律 归一化归一化 律特性为律特性为 式中式中 Y X 压缩参数压缩参数 3 PCM 1 实现将样值脉冲变成二进制代码的编实现将样值脉冲变成二进制代码的编 码器种类很多码器种类很多 例如有计数型例如有计数型 直读型直读型 逐次比较型逐次比较型 折叠级联型及混合型等折叠级联型及混合型等 整流器用来判别输入样值脉冲的极性整流器用来判别输入样值脉冲的极性 编出第一位码编出第一位码D1 极性码极性码 同时将双极同时将双极 性脉冲变换成单极性脉冲性脉冲变换成单极性脉冲 比较器是编码器的核心比较器是编码器的核心 它通过对输它通过对输 入的样值电流入的样值电流I信 信和标准电流 和标准电流I权 权进行比较 进行比较 从而对输入信号的抽样值实现非线性量化从而对输入信号的抽样值实现非线性量化 编码编码 保持电路的作用是保持输入信号的抽保持电路的作用是保持输入信号的抽 样值在整个比较过程中具有一定的幅度样值在整个比较过程中具有一定的幅度 所以确定D5选标准电流 I权4 段落起始电平 8 k 1024 8 64 1536个量化单位 I信 I权4 D5 0 I信处于第八段中1 8级 同理确定D6选标准电流 I权5 段落起始电平 4 k 1024 4 64 1280个量化单位 I信 I权5 D6 0 I信处于第八段中1 4级 确定D7选标准电流I权6 1024 2 k 1024 2 64 1152个量化单位 I信 I权6 D7 1 I信处于第八段中3 8级 确定D8选标准电流I权7 1024 3 k 1024 3 64 1216个量化单位 I信 I权7 D8 1 说明输入信号处在 第八段中第三量化级 经上述七次比较 编出的八位码为11110011 它表示输入抽 样值处于第八段第三量化级 其量化后的 电平值为1216个量化单位 故量化误差等 于54个量化单位 2 电阻网络型译码器的原理框图如图电阻网络型译码器的原理框图如图3 19所示所示 它与逐次比较型编码中的局部译它与逐次比较型编码中的局部译 码器类似码器类似 从原理上说从原理上说 两者都是用来译两者都是用来译 码码 但编码器中的译码但编码器中的译码 只译出信号的幅只译出信号的幅 度度 不译出极性不译出极性 图图3 19电阻网络型译码器原理框图电阻网络型译码器原理框图 3 PCM 随着大规模集成技术的发展随着大规模集成技术的发展 由大规模集由大规模集 成电路制成的成电路制成的PCM编码器已广泛应用编码器已广泛应用 这这 种集成电路大致可分为两类 一类是把编种集成电路大致可分为两类 一类是把编 码器和译码器分别单独制造 另一类是把码器和译码器分别单独制造 另一类是把 二者合并在同一块基片上二者合并在同一块基片上 编译码器合在编译码器合在 一起的又分两种实施方案 一种是多路公一起的又分两种实施方案 一种是多路公 用编译器用编译器 另一种是单路编译码器另一种是单路编译码器 4 PCM系统的抗噪声性能系统的抗噪声性能 模拟信号通过数字系统传输时模拟信号通过数字系统传输时 除了除了 所传输的信号外所传输的信号外 还存在着失真和干扰还存在着失真和干扰 失真主要来自模数和数模变换过程失真主要来自模数和数模变换过程 现以现以D t 代表接收端输出中由系统代表接收端输出中由系统 本身在信号变换过程中所引入的失真分量本身在信号变换过程中所引入的失真分量 n t 代表干扰所引起的输出失真分量代表干扰所引起的输出失真分量 g t 代表输出的有用信号分量代表输出的有用信号分量 则接收端则接收端 的输出电压的输出电压x t x t g t D t n t 5 差分脉冲编码调制 差分脉冲编码调制 DPCM PCM系统之所以能够提供高的通信质系统之所以能够提供高的通信质 量量 在于它采用了大的编码位数在于它采用了大的编码位数 为此在为此在 频带方面付出了很大的代价频带方面付出了很大的代价 如图如图3 21所示可看出所示可看出 在大多数情况在大多数情况 下下 模拟信号在相邻间隔上的抽样值都比模拟信号在相邻间隔上的抽样值都比 较接近较接近 而其变化的规律与前几个抽样点而其变化的规律与前几个抽样点 上的取值有密切关系上的取值有密切关系 并且多数具有单调并且多数具有单调 变化的趋势变化的趋势 图图3 21用阶梯或锯齿波逼近模拟信号用阶梯或锯齿波逼近模拟信号 单纯的单纯的DPCM已用得不多已用得不多 更多的是更多的是 采用自适应差分脉冲编码调制采用自适应差分脉冲编码调制 AD PCM 自适应是指能自动地改变量化间自适应是指能自动地改变量化间 隔隔 使预测误差电平大时增大量化阶距使预测误差电平大时增大量化阶距 误差电平小时缩短量化阶距误差电平小时缩短量化阶距 从而有助于从而有助于 进一步降低量化噪声进一步降低量化噪声 3 3 增量调制 增量调制 M 1 1 f t 为作图方便起为作图方便起 见见 令令f t 0 可以用一时间间隔为可以用一时间间隔为 t 幅幅 度差为度差为 f t 去逼近它去逼近它 如图如图 3 23所示所示 只要只要 t足够小足够小 即抽样频率即抽样频率fs 1 t足足 够高够高 且且 足够小足够小 则则f t 可以相当近似于可以相当近似于f t 我们把我们把 称作量阶称作量阶 t Ts称为抽样间隔称为抽样间隔 2 与编码相对应与编码相对应 译码也有两种情况译码也有两种情况 一种是收到一种是收到 1 码上升一个量阶码上升一个量阶 跳跳 变变 收到收到 0 码下降一个量阶码下降一个量阶 跳跳 变变 这样把二进制代码经过译码变成这样把二进制代码经过译码变成f t 这样的阶梯波这样的阶梯波 另一种是收到另一种是收到 1 码后产生一个正斜变电压码后产生一个正斜变电压 在在 t时间内上时间内上 升一个量阶升一个量阶 收到一个收到一个 0 码产生一个码产生一个 负斜变电压负斜变电压 在在 t时间内均匀下降一个量时间内均匀下降一个量 阶阶 2 1 前面已经得知前面已经得知 增量调制实际上是用增量调制实际上是用 一个阶梯波一个阶梯波f t 来逼近模拟信号来逼近模拟信号f t 在译在译 码器采用码器采用RC积分电路时积分电路时 这个阶梯波实际这个阶梯波实际 上是一个斜变波上是一个斜变波 图图 3 29 M 的 量 化 失 真 的 量 化 失 真 实验表明实验表明 话音信号的能量主要集中话音信号的能量主要集中 在较低的频率范围内在较低的频率范围内 随着频率的升高随着频率的升高 功率谱密度很快下降功率谱密度很快下降 因而因而 在传输话音在传输话音 的的 M系统中系统中 信号频率信号频率f一般并不取话音一般并不取话音 的最高频率的最高频率 而是取而是取800Hz 3 电话信号从用户到长途台时电话信号从用户到长途台时 依其距依其距 离远近而衰耗不同离远近而衰耗不同 近者小些近者小些 远者大些远者大些 根据长途台测得的数据看根据长途台测得的数据看 一般动态范围一般动态范围 为为35 40dB 但是但是 由前面已经分析结果可知由前面已经分析结果可知 用用 13折线折线A律的律的PCM系统在码速率为系统在码速率为64kbit s 一路数字电话一路数字电话 SNR dB min 20dB时时 动态范围可达动态范围可达40dB以上以上 可见简单增量调可见简单增量调 制系统在制系统在fs较低时的动态范围是很低的较低时的动态范围是很低的 很很 难与信源动态范围相适应难与信源动态范围相适应 4 增量调制器不可能对任何幅值的信号增量调制器不可能对任何幅值的信号 都进行编码都进行编码 当输入信号小于某一幅值当输入信号小于某一幅值Ak 时就不能编码了时就不能编码了 这个刚能开始编码的正这个刚能开始编码的正 弦信号幅值就叫做最小编码电平弦信号幅值就叫做最小编码电平 5 当被传输的数字信号由于叠加了加性当被传输的数字信号由于叠加了加性 噪声而出现了误码噪声而出现了误码 对于双极性二进码对于双极性二进码 误码就是使原来的码改变了极性误码就是使原来的码改变了极性 如图如图3 33所示所示 它可看成是原码与一个极性相反它可看成是原码与一个极性相反 幅值加倍幅值加倍 2E 的错码迭加的结果的错码迭加的结果 图图 3 33 M 发 生 误 码 时 的 波 形 发 生 误 码 时 的 波 形 3 常用的有增量总和常用的有增量总和 调制调制 自自 适应增量调制等适应增量调制等 下面简要介绍它们的工下面简要介绍它们的工 作原理作原理 1 增量总和 增量总和 调制调制 简单增量调制的过载特性简单增量调制的过载特性 图图3 28 是一条按每倍频程下降是一条按每倍频程下降6dB的特性的特性 调制与简单增量调制明显不同调制与简单增量调制明显不同 在简单增量调制器中在简单增量调制器中 输出的信码脉冲输出的信码脉冲p t 表示的是相邻抽样值变化量的极性表示的是相邻抽样值变化量的极性 这个变化量也称为增量这个变化量也称为增量 增量又有增量又有 微分微分 之意之意 所以这里的所以这里的p t 携带的是波形的携带的是波形的 微分信息或斜率信息微分信息或斜率信息 简单增量调制实际简单增量调制实际 上是斜率跟踪器上是斜率跟踪器 而而 调制却不同调制却不同 它它 输出的信码脉冲是将变化量积分加判决形输出的信码脉冲是将变化量积分加判决形 成的脉冲成的脉冲 所以所以p t 携带的是积分后的微分信携带的是积分后的微分信 息息 由于微分和积分作用相互抵消了由于微分和积分作用相互抵消了 故故 系统输出的信码脉冲系统输出的信码脉冲p t 只携带信号的只携带信号的 幅度信息幅度信息 因为积分即有求和的意思因为积分即有求和的意思 故把图故把图3 36的增量调制方式称为增量总和的增量调制方式称为增量总和 调制调制 据上述分析据上述分析 调制适合于传输具有近调制适合于传输具有近 似平坦功率谱的信号似平坦功率谱的信号 例如经预加重的电例如经预加重的电 话信号话信号 2 自适应增量调制自适应增量调制 ADM 的关键是如的关键是如 何控制何控制 围绕着这个问题提出了很多具体围绕着这个问题提出了很多具体 方法方法 例如有离散控制的例如有离散控制的ADM 高信息高信息 M 连续音节压扩连续音节压扩 M及数字音节压扩及数字音节压扩 M 等等 由于目前用于电话通信的主要是音节由于目前用于电话通信的主要是音节 压扩压扩 M 并已制出大量的商品集成电路芯并已制出大量的商品集成电路芯 片片 故只介绍这一类故只介绍这一类ADM技术技术 这是一种利用话音信号在一个音节内这是一种利用话音信号在一个音节内 的平均幅度来控制量化阶距的平均幅度来控制量化阶距 使使 随平均随平均 幅度作连续变化的技术幅度作连续变化的技术 图图3 39所示为数字音节压扩所示为数字音节压扩 M的方框的方框 图图 它与连续压扩它与连续压扩 M的框图的框图3 38比较比较 取取 消了由微分消了由微分 整流整流 平滑三个单元组成的平滑三个单元组成的 前向控制电路前向控制电路 而仅在反馈电路中而仅在反馈电路中 多加多加 了一个连了一个连 1 连连 0 检测电路检测电路 稳定性稳定性 比前者好比前者好 图图3 39数字音节压扩数字音节压扩 M框图框图 4 1 PCM与与 M系统性能比较系统性能比较 在误码可以忽略以及信道传输速率相在误码可以忽略以及信道传输速率相 同的条件下同的条件下 PCM与与 M系统的性能曲线系统的性能曲线 如图如图3 40所示所示 在考虑误码时在考虑误码时 由于每一位误码仅表由于每一位误码仅表 示造成示造成 的误差的误差 而而PCM的每一位误码的每一位误码 会造成较大的误差会造成较大的误差 例如例如 处于最高位的处于最高位的 码元将代表码元将代表2n 1个量化级的数值个量化级的数值 所以误所以误 码对码对PCM系统的影响要比系统的影响要比 M系统严重些系统严重些 2 数字压扩数字压扩 M和简单和简单 M及及 图图3 40画出了数字压扩画出了数字压扩 M和简单和简单 M 及及 调制的信噪比及幅度变化的关系特调制的信噪比及幅度变化的关系特 性性 这里纵座标是这里纵座标是SNR SNRmax 横坐标是横坐标是 A Amax 从曲线可以看出数字压扩比简单从曲线可以看出数字压扩比简单 M和和 调制都在动态范围上有了很大的调制都在动态范围上有了很大的 改进改进 3 4 语音压缩编码技术简介语音压缩编码技术简介 1 通常把低于通常把低于64kbit s的语音编码方法的语音编码方法 称为语音压缩编码技术称为语音压缩编码技术 其方法很多其方法很多 如如 自适应差分脉码调制自适应差分脉码调制ADPCM 自适应增自适应增 量调制量调制 ADM 子带编码子带编码 SBC 矢矢 量量化编码量量化编码 VQ 变换域编码变换域编码ATC 参参 量编码量编码 声码器声码器 等等 语音编码基本上分为两类语音编码基本上分为两类 一类为波一类为波 形 编 码 如形 编 码 如 PCM M ADPCM SBC VQ等等 一类为参量编码一类为参量编码 声码器声码器 2 子带编码子带编码 SBC 首先用一组带通滤首先用一组带通滤 波器将输入频谱分成若干个频带波器将输入频谱分成若干个频带 称为子称为子 带带 然后每个子带再分别利用自适应脉冲然后每个子带再分别利用自适应脉冲 编码调制编码调制 APCM 进行编码进行编码 编码后再编码后再 将各个比特流复接将各个比特流复接 传到收端再将它们分传到收端再将它们分 接接 解码解码 组合恢复原始信号组合恢复原始信号 3 矢量量化编码矢量量化编码 VQ 前面介绍的量化是对每个抽样值单独前面介绍的量化是对每个抽样值单独 进行量化进行量化 也称为标量量化也称为标量量化 而矢量量化而矢量量化 是把信号序列中的每是把信号序列中的每K个样值作为一组个样值作为一组 形成形成Rk空间中的一个空间中的一个K维矢量维矢量 再对此矢再对此矢 量进行量化量进行量化 矢量量化编码的基本原理是矢量量化编码的基本原理是 将信源将信源s的的K个相关联的值个相关联的值 如时间相邻的如时间相邻的 几个幅度值几个幅度值 变换域中的一组参数变换域中的一组参数 构成构成 一个一个K维矢量维矢量 4 1 语音产生过程的物理模型语音产生过程的物理模型 整个发音过程可分为两个步骤建立模整个发音过程可分为两个步骤建立模 型型 第一步为激励第一步为激励 由横膈膜压迫肺部产由横膈膜压迫肺部产 生气流生气流 通过声带振动产生周期性的有声通过声带振动产生周期性的有声 音或由湍流产生无声音音或由湍流产生无声音 第二步为响应第二步为响应 由舌由舌 唇唇 齿等口部器官来控制口齿等口部器官来控制口 鼻腔鼻腔 构成的时变有损谐振器构成的时变有损谐振器 产生不同的频率产生不同的频率 响应响应 可由线性时变滤波器来模拟可由线性时变滤波器来模拟 2 线性预测编码 线性预测编码 LPC 线性预测分析法可以十分精确地估计线性预测分析法可以十分精确地估计 语音参数语音参数 而且计算速度快而且计算速度快 获得了广泛获得了广泛 的应用的应用 线性预测是指一个语音抽样值可线性预测是指一个语音抽样值可 用该样值以前若干语音抽样值的线性组合用该样值以前若干语音抽样值的线性组合 来逼近来逼近 浊音由周期性脉冲串激励产生浊音由周期性脉冲串激励产生 清音清音 由随机噪声激励产生由随机噪声激励产生 在运行中由浊音在运行中由浊音 清清 音判别来转换开关音判别来转换开关 3 具有长期预测的规则码激具有长期预测的规则码激 励 励 RPE LTP 的的LPC编解码器编解码器 上述上述LPC编解码能够在保证一定可懂编解码能够在保证一定可懂 度的情况下使数码率降低到度的情况下使数码率降低到2 4 4 8kbit s 但也存在缺点但也存在缺点 主要是 损失了语音的自主要是 损失了语音的自 然度然度 减少了抗干扰的能力减少了抗干扰的能力 谱包络的估谱包络的估 值可产生很大的失真值可产生很大的失真 采用较复杂的激励模型代替简单的采用较复杂的激励模型代替简单的 清清 浊音判决模型浊音判决模型 利用一部分余数信息利用一部分余数信息 目前目前 GSM系统就是采用系统就是采用RPE LTP的的 线性预测编码方式线性预测编码方式 其在其在13kbit s码上得到码上得到 相当好的语音编码质量相当好的语音编码质量 同时抗误码性能同时抗误码性能 也较好也较好 在不加任何纠错措施情况下在不加任何纠错措施情况下 对对 于于10 3误码率误码率 编解码质量基本不下降编解码质量基本不下降 加加 纠错措施后纠错措施后 总比特率为总比特率为22 8kbit s 误码误码 率为率为10 1的情况下的情况下 语音质量下降不多语音质量下降不多 它它 采用了分帧处理采用了分帧处理 编解码延时约为编解码延时约为30ms 4 矢量和激励线性预测编码矢量和激励线性预测编码 VSELP 码激励线性预测编码 码激励线性预测编码 CELP 图图3 49所示为所示为CELP的基本原理方框的基本原理方框 图图 由于它只传送码字序号而不传送样值由于它只传送码字序号而不传送样值 序列本身序列本身 因而可以大大压缩数据率因而可以大大压缩数据率 这这 就是就是CELP可以进行低码率编码的基本原理可以进行低码率编码的基本原理 图图3 49 CELP基本原理方框图基本原理方框图 图图3 50为为CELP编解码器的方框图编解码器的方框图 编码器基本的分析过程是在码本中根编码器基本的分析过程是在码本中根 据某些主观的差错判据去搜寻最佳码据某些主观的差错判据去搜寻最佳码 字字 矢量矢量 Ck 图图 3 50 CELP 编 码 器 方 框 图 编 码 器 方 框 图 美国美国IS 54标准的标准的VSELP VSELP是是CELP中的一种中的一种 但它采用但它采用 的码本为事先确定好的结构的码本为事先确定好的结构 从而避免了从而避免了 全搜索过程全搜索过程 大大减小了寻找最佳码字的大大减小了寻找最佳码字的 时间时间 美国美国IS 54选用的选用的VSELP编码方案由编码方案由 于采用了矢量和激励的方法于采用了矢量和激励的方法 并将码本矢并将码本矢 量分解成基矢量叠加的方法不仅使运算量量分解成基矢量叠加的方法不仅使运算量 下降下降 而且抗误码性能得到了提高而且抗误码性能得到了提高 3 5 时分复用原理时分复用原理 这种按一定时间次序循环地传输各路这种按一定时间次序循环地传输各路 消息消息 以实现多路通信的方式叫做时分多以实现多路通信的方式叫做时分多 路通信路通信 这种方式叫做时分复用这种方式叫做时分复用 1 PAM PCM时分复用原理时分复用原理 首先各路信号通过相应的低通变为带首先各路信号通过相应的低通变为带 限信号限信号 然后送到抽样开关然后送到抽样开关 或旋转开关或旋转开关 多路复用信号可以直接送入信道传输多路复用信号可以直接送入信道传输 或者加到调制器上变换成适于信道传输的或者加到调制器上变换成适于信道传输的 形式再送入信道形式再送入信道 在接收端在接收端 合成的时分复用信号由分合成的时分复用信号由分 路开关依次送入各路相应的重建低通路开关依次送入各路相应的重建低通 恢恢 复出原来的连续信号复出原来的连续信号 图图3 54 a 画出了发端方框图画出了发端方框图 话音话音 信号经过放大和低通滤波后得信号经过放大和低通滤波后得x1 t x2 t x3 t 然后经过抽样得然后经过抽样得3路路PAM 信号信号xs1 t xs2 t xs3 t 它们在时它们在时 间上是分开的间上是分开的 由各路发定时取样脉冲控由各路发定时取样脉冲控 制制 图图3 54 b 为接收端的方框图为接收端的方框图 收端收端 收到信码后首先经过码型反变换收到信码后首先经过码型反变换 然后加然后加 到译码器进行译码到译码器进行译码 译码后是译码后是3路合在一起路合在一起 的的PAM信号信号 再经过分离电路把各路再经过分离电路把各路PAM 信号区分出来信号区分出来 最后经过放大和低通滤波最后经过放大和低通滤波 还原为话音信号还原为话音信号 图图 3 54 3 路路 TDM PCM 方 框 图 方 框 图 2 PCM 30 32 PCM30 32 路端机在脉冲调制多路通路端机在脉冲调制多路通 信中是一个基群设备信中是一个基群设备 1 话路数目 话路数目 30 抽样频率 抽样频率 8kHz 压扩特性 压扩特性 A 87 6 13折线压扩律折线压扩律 编码位数编码位数l 8 采用逐次比较型编码器采用逐次比较型编码器 其其 输出为折叠二进制码输出为折叠二进制码 每帧时隙数 每帧时隙数 32 总数码率 总数码率 8 32 8000 2048kbit s 2 时隙分配 时隙分配 在在PCM 30 32路的制式中路的制式中 抽样周期抽样周期 为为1 8000 125 s 它被称为一个帧周期它被称为一个帧周期 即即125 s为一帧为一帧 a TS1 TS TS17 TS31为为30个话路时个话路时 隙隙 b TS0为帧同步码为帧同步码 监视码时隙监视码时隙 c TS16为信令为信令 振铃振铃 占线占线 摘机等摘机等 各种标志信号各种标志信号 时隙时隙 话路比特的安排话路比特的安排 每个话路时隙内每个话路时隙内 要将样值编为要将样值编为8位二元码位二元码 每个码元占每个码元占 3 9 8 s 488ns 称为一比特称为一比特 编号为编号为1 8 第第1比特为极性码比特为极性码 第第2 4比特为段落码比特为段落码 第第5 8比特为段内码比特为段内码 TS0时隙比特分配时隙比特分配 为了使收发两为了使收发两 端严格同步端严格同步 每帧都要传送一组特定的帧每帧都要传送一组特定的帧 同步码组或监视码组同步码组或监视码组 TS16时隙的比特分配 时隙的比特分配 若将若将TS16时隙的码位按时间顺序分配时隙的码位按时间顺序分配 给各话路传送信令给各话路传送信令 需要用需要用16帧组成一个帧组成一个 复帧复帧 分别用分别用F0 F1 F15表示表示 复帧周复帧周 期为期为2ms 复帧频率为复帧频率为500Hz 3 PCM 30 32 图图3 56给出了给出了PCM30 32路设备方框图路设备方框图 它是群路编译码方式画出的它是群路编译码方式画出的 基本工作过基本工作过 程是将程是将30路抽样序列合成后再由一个编码路抽样序列合成后再由一个编码 器进行编码器进行编码 图图 3 56 PCM 30 32 路 设 备 方 框 图 路 设 备 方 框 图 3 6 数字复接技术数字复接技术 在数字通信系统中在数字通信系统中 为了使终端设备为了使终端设备 标准化和系列化标准化和系列化 同时又能适应不同传输同时又能适应不同传输 媒体和不同业务的需求媒体和不同业务的需求 通常用各种等级通常用各种等级 的终端设备进行组合配置的终端设备进行组合配置 把若干个低速把若干个低速 的数码流按一定格式合并成为高速数码流的数码流按一定格式合并成为高速数码流 以满足上述需要以满足上述需要 1 PCM 从已学过的从已学过的PCM 30 32路设备对路设备对30路路 话音信号的复用知识话音信号的复用知识 自然想到自然想到 将路数将路数 增大便能实现更多路的复用增大便能实现更多路的复用 抽样量化编码是一个较为复杂的过程抽样量化编码是一个较为复杂的过程 PCM复用的路数越多复用的路数越多 对编解码器件的速对编解码器件的速 度和精度的要求就越高度和精度的要求就越高 2 图图3 59所示的是数字复接系统的方框所示的是数字复接系统的方框 图图 从图中可见从图中可见 数字复接设备包括数字数字复接设备包括数字 复接器和数字分接器复接器和数字分接器 数字复接器是把两数字复接器是把两 个以上的低速数字信号合并成一个高速数个以上的低速数字信号合并成一个高速数 字信号的设备字信号的设备 图图3 59 数字复接系统方框图数字复接系统方框图 3 PCM 准同步复接包括码速调整与同步复接准同步复接包括码速调整与同步复接 码速调整技术可分为正码速调整码速调整技术可分为正码速调整 正正 负码负码 速调整和正速调整和正 零零 负码速调整三种负码速调整三种 其中正码其中正码 速调整应用最为普遍速调整应用最为普遍 正码速调整的含义正码速调整的含义 是使调整以后的速率比任一支路可能出现是使调整以后的速率比任一支路可能出现 的最高速率还要高的最高速率还要高 正码速调整的具体实施正码速调整的具体实施 是按规定的是按规定的 帧结构进行的帧结构进行的 目前复接目前复接 分接器采用了先进的通信分接器采用了先进的通信 专用的超大规模集成芯片专用的超大规模集成芯片ASIC 所有数字所有数字 处理均由处理均由ASIC完成完成 其优点是设备体积小其优点是设备体积小 功耗低功耗低 每系统功耗仅每系统功耗仅13W 增加了可增加了可 靠性靠性 减少了故障率减少了故障率 同时具有计算机监同时具有计算机监 测接口测接口 便于集中维护便于集中维护 4 同步数字系列 同步数字系列 SDH 简介简介 数字通信技术的应用首先是从市话中数字通信技术的应用首先是从市话中 继传输开始的继传输开始的 当时为适应非同步支路的当时为适应非同步支路的 灵活复接灵活复接 采用塞入脉冲技术将准同步的采用塞入脉冲技术将准同步的 低速支路信号复接为高速数码流低速支路信号复接为高速数码流 1 PDH 以往的准同步以往的准同步 PDH 系统已越来越系统已越来越 不适应电信网的发展不适应电信网的发展 PDH体制存在以下体制存在以下 标准不统一标准不统一 没有世界性的标准光接口规范没有世界性的标准光接口规范 导导 致各厂家自行开发的专用接口致各厂家自行开发的专用接口 包括码型包括码型 在光路上无法实现互通在光路上无法实现互通 复用结构复杂复用结构复杂 系统运营系统运营 管理与维护能力受到限管理与维护能力受到限