现代交换原理补充语音信号数字化ppt课件

1、1补充补充 语音信号数字化基础语音信号数字化基础nPCM-语音信号数字化技术语音信号数字化技术n抽样抽样n量化量化n编码编码n多路数字信号时分复用多路数字信号时分复用n多路复用的概念多路复用的概念nPCM30/32路系统帧结构路系统帧结构 重点！重点！n数字通信系统的高次群数字通信系统的高次群主要内容主要内容引言引言n几个概念：几个概念：n模拟信号模拟信号n数字信号数字信号n模拟交换模拟交换n数字交换数字交换n模拟交换机模拟交换机n数字交换机数字交换机区别：幅值区别：幅值连续连续离散离散如何用数字交换机对语音信号进行交换？如何用数字交换机对语音信号进行交换？模拟信号模拟信号数字信号数字信号模拟

2、信号模拟信号数字信号数字信号模拟信号模拟信号 数字信号数字信号数字信号时分复用数字信号时分复用由由PCMPCM实现实现数字交换机解决数字交换机解决PCM：脉冲编码调制：脉冲编码调制一、一、PCM-语音数字化技术语音数字化技术n1、抽样：按一定周期、抽样：按一定周期Ts抽取模拟信抽取模拟信号的瞬时幅值，将原来连续的模拟信号号的瞬时幅值，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。转换为一串时间上离散的抽样序列。t)(ts连续模拟信号连续模拟信号Tst tsk离散抽样序列离散抽样序列抽样抽样量化量化编码编码数字化步骤数字化步骤n抽样定理：抽样定理：fs2fmn语音信号：语音信号：300Hz

3、-3400Hzn由抽样定理，语音信号抽样频率由抽样定理，语音信号抽样频率fs2*3400=6800HznITU-T规定：语音信号抽样频率统一为规定：语音信号抽样频率统一为8000Hzn正因为抽样将信号变为时间上离散，产生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！间隔，使得多路时分复用成为可能！1、抽样、抽样2、量化、量化n量化：将抽样序列幅值离散化量化：将抽样序列幅值离散化n量化范围量化范围a，b：抽样序列的最大幅值范围：抽样序列的最大幅值范围n量化区间：将量化区间：将a，b划分为若干个区间，第划分为若干个区间，第k个区间为个区间为mk-1,mk）n量化电平量化电平v

4、k ：量化区间的中心电平。：量化区间的中心电平。n量化间隔：相邻量化电平之间的间隔。量化间隔：相邻量化电平之间的间隔。n量化方法：抽样值落在第量化方法：抽样值落在第k个区间，量化值个区间，量化值取为取为vk。n量化噪声：量化值与抽样值之差。量化噪声：量化值与抽样值之差。n量化信噪比：量化信噪比：10lg(信号功率信号功率/ 噪声功噪声功率率)26dB均匀量化均匀量化非均匀量化非均匀量化均匀量化均匀量化n语音信号：小信号概率密度大语音信号：小信号概率密度大n小信号量化信噪比小，不能满足小信号量化信噪比小，不能满足S/N26dB要求。要求。如何解决小信号量化信噪比小的问题？如何解决小信号量化信噪比

5、小的问题？量化信噪比量化信噪比 =信号功率信号功率噪声功率噪声功率大信号大信号小信号小信号相等相等均匀量化：量化区间等分，量化间隔相等。均匀量化：量化区间等分，量化间隔相等。非均匀量化非均匀量化量化信噪比量化信噪比 =信号功率信号功率噪声功率噪声功率大信号大信号小信号小信号不变不变大信号大信号小信号小信号量化间隔量化间隔噪声功率噪声功率提高小信号的量化信噪比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：量化间隔不均匀 非均匀量化非均匀量化n实现：采用压扩技术n对大信号压缩比大，使大信号的增益减小n对小信号压缩比小，使小信号的增益增大n由于压缩、扩张特性相反，不会引起失真。)(tf

6、 压压缩缩 x均匀均匀量化量化编编码码 解解码码扩扩张张 yxyPCM信号信号信道信道)(1tf压扩技术压扩技术n压扩技术压扩技术nA律律13折线：折线：n将原信号幅值归一化后，把将原信号幅值归一化后，把X轴的区间轴的区间0，1不均匀地分为不均匀地分为8段，分段规律是每次以二段，分段规律是每次以二分之一取段，第一和第三象限一共分之一取段，第一和第三象限一共13段折线。段折线。 n每一段上的量化间隔不均匀，对输入信号形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。小，对大信号的量化间隔大。 A 律律-中

7、国、欧洲中国、欧洲律律-美国、日本美国、日本n编码：用一组二进制数字表示信号的量化值编码：用一组二进制数字表示信号的量化值n量化间隔数量化间隔数=2n，编码的二进制位数，编码的二进制位数=nn语音信号经语音信号经A律律13折线压缩后采用折线压缩后采用8位编码位编码n编码后，连续的模拟信号变为离散的数字序列编码后，连续的模拟信号变为离散的数字序列n一个抽样值由一个抽样值由8位二进制表示，一路数字信号的位二进制表示，一路数字信号的速率为速率为n 8kHz*8bit=64kbps3、编码、编码抽样抽样量化量化50-50编码编码00011010 00101101 01011000 .50-50脉冲编码

8、调制脉冲编码调制(PCM)的整个过程为：的整个过程为：我们把这一系列过程统称为编译码和滤波，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该功能由交换机的用户电路完成滤波滤波模拟信号模拟信号抽样、量化、编码抽样、量化、编码译码译码滤波滤波模拟信号模拟信号PCM信号信号滤波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二、多路数字信号的时分复用n多路复用：在一对传输线路上传输多个话多路复用：在一对传输线路上传输多个话路的信

9、息路的信息n复用方式：复用方式：nFDM 频分复用频分复用nTDM 时分复用时分复用nCDM 码分复用码分复用重点掌握！重点掌握！时分复用时分复用n在数字化的基础之上，可以进行数字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，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如前所述，将信号在时间上进行了离散，对语音信号采用散，对语音信号采用8kHz进行抽样，进行抽样，那么在每两次抽样之间的空闲时间，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。就是时分复用的基本思想。时分复用时分复用n具

10、体地说就是把时间分成均匀的时间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开的目的。这里每一路信号所占用的时间间隔称为时间间隔称为“路时隙路时隙”，简称为，简称为“时隙时隙”。时分复用时分复用n如果复用路数为如果复用路数为n，设第，设第1路语音信号路语音信号的一个抽样值经量化编码后的的一个抽样值经量化编码后的8位码占位码占用第用第1时隙；同样第时隙；同样第2个话路的个话路的8位码位码占用第占用第2时隙，由此类推。这样依次传时隙，由此类推。这样依次传

11、送，直到把第送，直到把第n路传输完毕后，再进行路传输完毕后，再进行第二轮传送。每一轮称为第二轮传送。每一轮称为1“帧帧”。00101001210312103121031F0F1F2抽样量化抽样量化编码编码0001101050-5050-50抽样量化抽样量化编码编码0001101000101101 0101100101011001nPCM 30/32路帧结构路帧结构F0F1F2F3F4F5F6F7F8F9 F10F11F12F13F14F15TS01 2 3 4 5 6 7 8 9101112131415161718192021222324252627282930311帧帧=32时隙，时隙，12

12、5us （8K）1复帧复帧=16帧，帧，2ms1 0 0 1 1 0 1 10 0 0 0 10/11 11 10/11 1 1 1 1a b c d a b c da b c d a b c d帧同步时隙帧同步时隙帧同步码帧同步码固定发固定发1表明奇数帧表明奇数帧第第1路路偶数帧偶数帧F0,F2奇帧奇帧F1,F3复帧同步码复帧同步码第第15路路第第30路路第第16路路F0F1F15！信令时隙信令时隙每一帧占每一帧占125us,分为分为32个时隙，每个个时隙，每个TS=3.9us时隙时隙TS1至至TS15， TS17至至TS31传送用户信息；传送用户信息；TS0为帧为帧同步时隙，同步时隙，TS

13、16为信令时隙。为信令时隙。每一时隙传送每一时隙传送8位码，每位码占位码，每位码占488ns纳秒），一帧共纳秒），一帧共832=256 bit每每16帧形成一复帧，一复帧时间为帧形成一复帧，一复帧时间为12516=2 ms每一路话路的数据率为每一路话路的数据率为 8 / (125 0.000001)=64K bps在在PCM30/32系统中，一条系统中，一条PCM链路的信息速率为链路的信息速率为 R=8000 32 8 或或 64 32=2.048M bps 在电路上按时间分割成等长的时间单元帧），在每帧里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

14、号，每帧中相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。时隙来判别信息属于哪个话路。 PCM基群一次群传输系统）基群一次群传输系统） PCM30/32路系统：路系统：30个话路，个话路，2. 048Mbps. 中、欧洲中、欧洲 PCM24路系统：路系统：24个话路，个话路，1. 544Mbps. 日本、北美日本、北美 PCM高次群高次群 为提高线路利用率，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。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个