西電版程控交換9PPT學(xué)習(xí)教案

1、會(huì)計(jì)學(xué)1 西電版程控交換西電版程控交換9 圖2-1 脈沖編碼調(diào)制(PCM)的模型 第1頁/共48頁 2.1.2 2.1.2 脈沖編碼調(diào)制脈沖編碼調(diào)制 脈沖編碼調(diào)制(PCM)在發(fā)送端主要通過抽樣、量化和編碼工作完成AD轉(zhuǎn)換；在接收端主要通過譯碼和濾波工作完成DA轉(zhuǎn)換。 1. 1. 抽樣抽樣 模擬信號(hào)變成數(shù)字信號(hào)的第一步工作就是要對(duì)初始信號(hào)進(jìn)行抽樣。抽樣的目的是使模擬信號(hào)在時(shí)間上離散化。其原理是通過抽樣脈沖按一定周期去控制抽樣器的開關(guān)電路，取出模擬信號(hào)的瞬時(shí)電壓值，從而將連續(xù)的原始話音信號(hào)變成間隔相等但幅度不等的離散電壓值，如圖2-2所示。 第2頁/共48頁 圖2-2 話音信號(hào)抽樣 第3頁/共48

2、頁 所抽取的每個(gè)幅度值為樣值，顯然，該樣值可以看做是按幅度調(diào)制的脈沖信號(hào)，稱為脈沖調(diào)幅(PAM)信號(hào)。PAM信號(hào)的幅度取值是連續(xù)的，不能用有限數(shù)字來表示，我們認(rèn)為它仍然是模擬信號(hào)。 為了使抽樣信號(hào)不失真地還原為原始信號(hào)，抽樣頻率(fs)應(yīng)大于話音信號(hào)的最高頻率的兩倍，實(shí)際中fs取8000 Hz，則抽樣周期T為1/8000，即125s。 第4頁/共48頁 2. 2. 量化量化 量化的目的是將抽樣得到的無數(shù)種幅度值用有限個(gè)狀態(tài)來表示，以減少編碼的位數(shù)。其原理是用有限個(gè)電平表示模擬信號(hào)的樣值。 量化方法大體上有舍去法(即將小于1 V的尾數(shù)舍去)、補(bǔ)足法(即將小于1 V的尾數(shù)補(bǔ)足為1 V)以及四舍五入

3、法三種。 四舍五入法是將每個(gè)抽樣后的幅值用一個(gè)鄰近的“整數(shù)”值來近似。圖2-3所示為四舍五入量化方法的示意圖。 第5頁/共48頁 圖2-3 四舍五入量化方法的示意圖 (a) 抽樣；(b) 量化 第6頁/共48頁 需要注意的是，把無限多種幅值量化成有限的值必然會(huì)產(chǎn)生誤差。我們把量化值與信號(hào)值之間的差異稱做量化誤差。量化誤差是數(shù)字通信中的主要噪聲來源之一。減少信號(hào)的量化噪聲有以下兩種方法： (1) 增加量化級(jí)數(shù)。增加量化級(jí)數(shù)可減小量化誤差，但量化級(jí)數(shù)的增加會(huì)使編碼位數(shù)增加，要求存儲(chǔ)器容量加大，對(duì)編碼器的要求也會(huì)提高。 第7頁/共48頁 (2) 采用非均勻量化的辦法。圖2-3所示為一種均勻量化。在均

4、勻量化時(shí)，由于量化分級(jí)間隔是均勻的，對(duì)大信號(hào)和小信號(hào)量化階距相同，因而小信號(hào)時(shí)的相對(duì)誤差大，大信號(hào)時(shí)的相對(duì)誤差小。非均勻量化是一種在信號(hào)動(dòng)態(tài)范圍內(nèi)，量化分級(jí)不均勻、量化階距不相等的量化。例如，若使小信號(hào)的量化分級(jí)數(shù)目多，則量化階距??；若使大信號(hào)的量化分級(jí)數(shù)目少，則量化階距大。這樣可保證信噪比高于26 dB。非均勻量化叫做“壓縮擴(kuò)張法”，簡稱壓擴(kuò)法。其原理如圖2-4所示。 第8頁/共48頁 圖2-4 非均勻量化的原理框圖 第9頁/共48頁 在發(fā)送端，首先將輸入信號(hào)送到壓縮器進(jìn)行壓縮，然后再送到均勻量化器量化并編碼；在接收端，先將收到的數(shù)碼序列進(jìn)行譯碼，然后再通過與壓縮器特性相反的擴(kuò)張器進(jìn)行擴(kuò)張，

5、恢復(fù)為原來的信號(hào)。 非均勻量化就是非線性量化，其壓、擴(kuò)特性采用的是近似于對(duì)數(shù)函數(shù)的特性。CCITT建議采用的壓縮律有兩種，分別叫做A律和 律。 A律的壓縮系數(shù)(A)為87.6，用13折線來近似。歐洲各國、中國的PCM設(shè)備采用這種壓縮律。 律的壓縮系數(shù)()為255，用15折線來近似。北美各國的PCM設(shè)備采用這種壓縮律。 第10頁/共48頁 3. 3. 編碼編碼 編碼就是把量化后的幅值分別用代碼來表示。代碼的種類很多，采用二進(jìn)制代碼在通信技術(shù)中較常見。實(shí)際應(yīng)用中，通常用8位二進(jìn)制代碼表示一個(gè)量化樣值。PCM信號(hào)的組成形式如圖2-5所示。 第11頁/共48頁 圖2-5 PCM信號(hào)的組成形式 第12頁

6、/共48頁 極性碼：由高1位表示，用以確定樣值的極性。 幅度碼：由28位共7位碼表示(代表128個(gè)量化級(jí))，用以確定樣值的大小。 段落碼：由高24位表示，用以確定樣值的幅度范圍。 段內(nèi)碼：由低58位表示，用以確定樣值的精確幅度。 段落碼是指將13折線分為16個(gè)不等的段(非均勻量化)，其中，正、負(fù)極各8段，量化級(jí)為8，由3位二進(jìn)制碼表示。 第13頁/共48頁 段內(nèi)碼是指將上述16個(gè)段的每段再平均分為16段(均勻量化)，量化級(jí)為16 ，由4位二進(jìn)制碼表示。 經(jīng)過編碼后的信號(hào)即為PCM信號(hào)。 PCM信號(hào)在信道中是以每路一個(gè)抽樣值為單位傳輸?shù)?，因此單路PCM信號(hào)的傳輸速率為8 8000 = 64 kb

7、/s。 我們將速率為64 kb/s的PCM信號(hào)稱為基帶信號(hào)。 PCM常用碼型有單極性不歸零(NRZ)碼、雙極性歸零(AMI)碼、三階高密度雙極性(HDB3)碼等。 第14頁/共48頁 1) 單極性不歸零碼 單極性不歸零(NRZ)碼如圖2-6所示。 圖2-6 NRZ碼 第15頁/共48頁 NRZ碼具有如下特點(diǎn)： (1) 信號(hào)“1”表示有脈沖，信號(hào)“0”表示無脈沖。 (2) 信號(hào)中有直流分量(即平均分量)，直流信號(hào)衰耗大，不利于遠(yuǎn)距離傳輸。 (3) 占用頻帶寬。 因此，NRZ碼一般不用于長途線路，主要用于局內(nèi)通信。 第16頁/共48頁 2) 雙極性歸零碼 雙極性歸零(AMI)碼如圖2-7所示。 圖

8、2-7 AMI碼 第17頁/共48頁 AMI碼具有如下特點(diǎn)： (1) “1”的極性交替變換，因此不存在直流分量。 (2) 與NRZ碼相比，碼的寬度壓縮了一半，可有效利用信道。 在圖2-6所示的一組信碼中，有多個(gè)連續(xù)“0”出現(xiàn)，這樣會(huì)使中繼器長時(shí)間收不到信號(hào)而誤認(rèn)為是空號(hào)，進(jìn)而影響定時(shí)提取時(shí)鐘頻率的工作。 第18頁/共48頁 3) 三階高密度雙極性碼 HDB3碼如圖2-8所示。 圖2-8 HDB3碼 第19頁/共48頁 HDB3碼具有如下特點(diǎn)：一組信碼中，連“0”數(shù)限制在三個(gè)以下，當(dāng)出現(xiàn)第四個(gè)連“0”時(shí)，就自動(dòng)加入一個(gè)“1”取代第四個(gè)“0”，從而解決了過多連續(xù)“0”的出現(xiàn)。被加入的這個(gè)“1”是人

9、為加入的，稱為破壞點(diǎn)。為了使接收端能夠識(shí)別并去除破壞點(diǎn)，破壞點(diǎn)“1”應(yīng)與AMI碼的極性交替規(guī)律相違背。 HDB3碼適合遠(yuǎn)距離傳輸，常用于長途線路通信。 第20頁/共48頁 4. 4. 解碼和重建解碼和重建 在PCM通信的接收端，需要把數(shù)字信號(hào)恢復(fù)為模擬信號(hào)，這要經(jīng)過解碼和重建兩個(gè)處理過程。 1) 解碼 解碼就是把接收到的PCM代碼轉(zhuǎn)變成與發(fā)送端一樣的PAM信號(hào)，如圖2-9所示。 第21頁/共48頁 圖2-9 解碼示意圖 第22頁/共48頁 2) 重建 在PAM信號(hào)中包含原話音信號(hào)的頻譜，因此可將PAM信號(hào)通過低通濾波器分離出所需要的話音信號(hào)，這一過程即為重建。 PCM信號(hào)在傳輸中，為了減少由長

10、途線路帶來的噪聲和失真積累，通常在達(dá)到一定傳輸距離處設(shè)置一個(gè)再生中繼器。再生中繼器用來完成輸入信碼的整形、放大等工作，以使信號(hào)恢復(fù)到良好狀態(tài)。 第23頁/共48頁 2.2 多路復(fù)用技術(shù)多路復(fù)用技術(shù) 2.2.1 2.2.1 多路復(fù)用的概念多路復(fù)用的概念 1. 1. 頻分復(fù)用頻分復(fù)用 頻分復(fù)用(FDM)是指把傳輸信道的總帶寬劃分成若干個(gè)子頻段，如圖2-10所示的信道1、信道2、信道n。每個(gè)子頻段可作為一個(gè)獨(dú)立的傳輸信道使用，每對(duì)用戶所占用的僅僅是其中的一個(gè)子頻段。 第24頁/共48頁 圖2-10 頻分制示意圖 第25頁/共48頁 2. 2. 時(shí)分復(fù)用時(shí)分復(fù)用 時(shí)分制是將信道的傳輸時(shí)間劃分成若干個(gè)時(shí)

11、隙，每個(gè)被傳輸?shù)男盘?hào)獨(dú)立占用其中的一個(gè)時(shí)隙，各路信號(hào)輪流在自己的時(shí)隙內(nèi)完成傳輸，如圖2-11所示的信道1、信道2、信道n。 由此可見，頻分制是按頻率劃分信道的，而時(shí)分制是按時(shí)間劃分信道的；頻分制同一時(shí)間傳送多路信息，而時(shí)分制同一時(shí)間只傳送1路信息；頻分制的多路信息是并行傳輸?shù)?，而時(shí)分制的多路信息是串行傳輸?shù)模粚?shí)際應(yīng)用中頻分制多用于模擬通信，而時(shí)分制多用于數(shù)字通信。 目前，程控?cái)?shù)字交換機(jī)采用的多路復(fù)用技術(shù)為時(shí)分復(fù)用(TDM)。 第26頁/共48頁 圖2-11 時(shí)分制示意圖 第27頁/共48頁 R1 = n 64 (kb/s) (2.1) 2.2.2 PCM2.2.2 PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用信號(hào)的時(shí)

12、分復(fù)用 為了提高信道的利用率，常對(duì)基帶PCM信號(hào)進(jìn)行時(shí)分復(fù)用的多路調(diào)制，如圖2-12所示。 比較圖2-12(b)圖2-12(e)我們發(fā)現(xiàn)，在125s抽樣周期內(nèi)，PAM信道每傳送一個(gè)抽樣值，對(duì)應(yīng)基帶PCM傳送8 bit，而TDM PCM則可傳輸n 8 bit。因此，TDM PCM信號(hào)的碼元速率為 第28頁/共48頁 圖2-12 PCM信號(hào)的時(shí)分復(fù)用 (a) 原始模擬語言信號(hào)；(b) 抽樣后形成的PAM信號(hào)；(c) 基帶PCM編碼信號(hào)； (d) 多路基帶PCM信號(hào)調(diào)制后形成的TDM PCM信號(hào)；(e) 第2路基帶PCM信號(hào) 第29頁/共48頁 時(shí)分多路復(fù)用是利用一個(gè)高速開關(guān)電路(抽樣器)來實(shí)現(xiàn)的。

13、高速開關(guān)電路使各路信號(hào)在時(shí)間上按一定順序輪流接通，以保證任一瞬間最多只有一路信號(hào)接在公共信道上。具體地說，就是利用時(shí)鐘脈沖把信道按時(shí)間分成均勻的間隔，每一路信號(hào)的傳輸被分配在不同的時(shí)間間隔內(nèi)進(jìn)行，以達(dá)到互相分開的目的，如圖2-13所示。 第30頁/共48頁 圖2-13 時(shí)間分割信道原理 第31頁/共48頁 所以就PCM時(shí)分制而言，就是把抽樣周期125s分割成多個(gè)時(shí)間小段，以供各個(gè)話路占用。若有n條話路，則每路占用的時(shí)間小段為125/n。顯然，路數(shù)越多，時(shí)間小段將越小。 我們知道，每路信號(hào)經(jīng)PCM調(diào)制后，都是以8 bit抽樣值為一個(gè)信號(hào)單元傳送的，因此，每個(gè)8 bit所占據(jù)的時(shí)間稱為1個(gè)“時(shí)隙”

14、(TS，Time Slot)，n個(gè)時(shí)隙就構(gòu)成了一個(gè)幀。因此，一路基帶PCM在TDM PCM中周期地每幀占有1個(gè)時(shí)隙，如圖2-14所示。 第32頁/共48頁 圖2-14 幀與時(shí)隙的關(guān)系圖 第33頁/共48頁 2.2.3 PCM2.2.3 PCM幀結(jié)構(gòu)幀結(jié)構(gòu) 目前國際上有兩種PCM體制：一種是由貝爾(BELL)公司提出，主要在北美各國和日本采用的24路PCM(n = 24)；另一種是歐洲郵電管理協(xié)會(huì)(CEPT)提出，主要在歐洲各國和中國等國家采用的30/32路PCM(n = 32)。這兩種體制均已被CCITT采納為正式標(biāo)準(zhǔn)。兩種PCM體制的比較如表2.1所示。 第34頁/共48頁 表表2.1 BE

15、LL 24路、路、CEPT 30/32路路PCM體制的比較體制的比較 項(xiàng) 目 CEPT 30/32 路 BELL 24 路 抽樣速率/Hz 8000 8000 比特?cái)?shù)/抽樣 8 8 時(shí)隙/幀 32 24 PCM 話路/幀 30 24 輸出比特速率/(kb/s) 2048 1544 第35頁/共48頁 1. 30/321. 30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)路一次群幀結(jié)構(gòu) 30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)如圖2-15所示。 在圖2-15所示的30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)中，1幀由32個(gè)時(shí)隙組成，編號(hào)為TS0TS31。第115話路的消息碼組依次在TS1TS15中傳送，而第1630話路的消息依次在TS17TS31傳送。1

16、6個(gè)幀構(gòu)成1復(fù)幀，由F0F15組成。 TS0用來做“幀同步”工作，而TS16則用來做“復(fù)幀同步”工作或傳送各話路的標(biāo)志信號(hào)碼(信令碼)。 第36頁/共48頁 “幀同步”和“復(fù)幀同步”的工作意義是控制收、發(fā)兩端數(shù)字設(shè)備同步地工作。對(duì)于偶數(shù)幀(F0，F(xiàn)2，F(xiàn)4，)，TS0被固定地設(shè)置為10011011，第1位碼沒有利用，暫定為“1”，后7位碼“0011011”為幀同步字。幀同步字在偶數(shù)幀到來時(shí)，由發(fā)送端數(shù)字設(shè)備向接收端數(shù)字設(shè)備傳送。 第37頁/共48頁 圖2-15 30/32路一次群幀結(jié)構(gòu) 第38頁/共48頁 對(duì)于奇數(shù)幀(F1，F(xiàn)3，F(xiàn)5，)，TS0的第3位碼為幀失步告警碼。在消息傳送過程中，當(dāng)接

17、收端的幀同步檢測電路在預(yù)定時(shí)刻檢測到輸入序列中與同步字(0011011)相匹配的信號(hào)段時(shí)，便認(rèn)為捕捉到了幀同步字，說明接收信號(hào)正常，此時(shí)由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設(shè)備傳送的第3位碼為“0”；如果接收端幀同步檢測電路不能在預(yù)定時(shí)刻收到同步字(0011011)，就認(rèn)為系統(tǒng)失步，由奇數(shù)幀TS0向發(fā)送端數(shù)字設(shè)備傳送的第3位碼為“1”。通知對(duì)端局，本端接收信號(hào)已失步，需處理故障。 第39頁/共48頁 為可靠起見，實(shí)際工作中，接收端的幀同步檢測電路需連續(xù)多次在所期望的時(shí)刻(即每250s)收到同步字，才可確認(rèn)系統(tǒng)進(jìn)入了同步狀態(tài)。這樣做的目的是避免把消息中與同步字相同的序列段誤認(rèn)為同步字。 奇數(shù)幀TS0的第1

18、位碼同樣沒有利用，暫定為“1”。第2位碼為監(jiān)視碼，固定為“1”，用于區(qū)分奇數(shù)幀和偶數(shù)幀，以便接收端把偶數(shù)幀與奇數(shù)幀區(qū)別開來(偶數(shù)幀TS0的第2位碼固定為“0”)。奇數(shù)幀TS0的第48位碼用來傳送其他信息，在未利用的情況下，暫定為“1”。 第40頁/共48頁 在F0的TS16的8位碼中，前4位碼為復(fù)幀同步碼，編碼為“0000”。第6位碼為復(fù)幀失步告警碼，與幀失步告警碼一樣，復(fù)幀同步工作時(shí)這一位碼為“0”，失步時(shí)為“1”。 F1F15的TS16用以傳送第130話路的標(biāo)志信號(hào)。由于標(biāo)志信號(hào)的頻率成分遠(yuǎn)沒有話音的頻率成分豐富，用4位碼傳送一個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)就足夠了，因此，每個(gè)TS16又分為前4 bit

19、和后4 bit兩部分，前4 bit用來傳送一個(gè)話路的標(biāo)志信號(hào)，后4 bit用來傳送另一話路的標(biāo)志信號(hào)。具體規(guī)定是在1復(fù)幀中： 第41頁/共48頁 F1中TS16的前4 bit用來傳送第1話路的標(biāo)志信號(hào)； F2中TS16的前4 bit用來傳送第2話路的標(biāo)志信號(hào)； F3中TS16的前4 bit用來傳送第3話路的標(biāo)志信號(hào)； F15中TS16的前4 bit用來傳送第15話路的標(biāo)志信號(hào)。 F1中TS16的后4 bit用來傳送第16話路的標(biāo)志信號(hào)； F2中TS16的后4 bit用來傳送第17話路的標(biāo)志信號(hào)； F3中TS16的后4 bit用來傳送第18話路的標(biāo)志信號(hào)； F15中TS16的后4 bit用來傳送第30話路的標(biāo)志信號(hào)。 第42頁/共48頁 例如，某用戶摘機(jī)后占用第7條話路，那么，為其傳送話音信號(hào)的時(shí)隙是TS7，而為其傳送控制信號(hào)的時(shí)隙則應(yīng)是F7中TS16的前4 bit。 通過對(duì)30/32路一次群幀結(jié)構(gòu)的認(rèn)識(shí)，我們不難理解，一路基帶PCM信號(hào)一旦占用了一次群中的某個(gè)時(shí)隙，它隨后所有的8位編碼抽樣都將位于該時(shí)隙。因此，對(duì)于64 kb/s的基帶PCM源而言，一次群系統(tǒng)等價(jià)于提供了32條獨(dú)立的64 kb/s信道，故30/32路一次群