通信工程師考試培訓(xùn)數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)

  2.1 數(shù)字交換技術(shù)基礎(chǔ)
  2.1.1 語音信號數(shù)字化
  現(xiàn)代程控交換機都是數(shù)字交換機，在數(shù)字交換機內(nèi)部交換和處理的都是二進制編碼的數(shù)字信號，在數(shù)字電話網(wǎng)中，普遍采用模擬電i舌機和模擬用戶線路，模擬電話機發(fā)出的話音信號是模擬信號，因此在程控交換機的用戶模塊中，需要對用戶線送來的模擬信號進行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬的話音信號轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號，即進行語音信號數(shù)字化；在相反方向上進行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
  語音信號的數(shù)字化要經(jīng)過抽樣、量化和編碼三個步驟。
  1)抽樣
  模擬信號在時間和幅度上都是連續(xù)的。通過抽樣，能夠?qū)⒛M信號從時間上離散開來，將時間上連續(xù)的模擬信號變?yōu)闀r間上離散的抽樣值，如圖2.1所示。所謂抽樣，指用很窄的脈沖按一定周期讀取模擬信號的瞬時值。在此后的傳輸和交換過程中，傳送和處理的都是這些斷續(xù)的抽樣值的二進制編碼信號。那么，抽樣頻率應(yīng)該取多少，抽樣值在接收端才能夠被恢復(fù)為原信號呢，著名的抽樣定律給出了答案：傳送限帶連續(xù)信號時，只要傳送信號的單個抽樣值（脈沖）的序列就足夠了。這些抽樣值的幅度等于連續(xù)信號在該時刻的瞬時值，而抽樣頻率/。至少等于所傳信號的較高頻率的2倍。

  由于在電話通信中傳送的話音頻帶為300-3400Hz.其較高頻率為3400Hz，3400Hz的2倍為6800HZ，考慮到留一定的富裕度，因此將抽樣頻率取值為8000Hz，即抽樣周期為125us。
  2)量化
  經(jīng)過抽樣后的語音信號雖然從時間上離散開，但幅度上還是連續(xù)的，有無窮多的數(shù)值。所謂最化，是指用有限個度值來表示抽樣后信號的幅度值，將信號的幅度值就近歸入臨近的度量級，即將幅度上連續(xù)的抽樣值變換為幅度上離散的量化值。不難理解?經(jīng)過M化后的信號肯定會有一定失真，但是當(dāng)失真保持在一定的幅度內(nèi)時，不會影響通話質(zhì)量的。
  根據(jù)量化級的選取，有均勻尬化和非均勻通化兩種方法。均勻通化是指在整個量化區(qū)間。
  所有的量化間距都相同，實現(xiàn)起來比較容易，但其缺點是這種量化方法對小信號不利。由于址化帶來的量化噪聲是均勻的，因而小信號的信噪比會比較小。信噪比定義為：

  所以在工程上很少采用這種方法，因此，我們希望采用一種量化方法，使之對大信號的量化噪音可以大一些，小信號的量化噪音小一些，以便保證信號整體的信噪比一致。最常用的方法是壓擴法，即對于輸入的信號首先進行類似對數(shù)函數(shù)的壓擴處理，使小信號擴大、大信號壓縮，再進行均勻量化，如圖2.2所示。

  原CCITT曾建議兩種壓擴率：A律和p律。律在PCM30/32系統(tǒng)中使用，歐洲和我國均采用A律；u律在PCM24系統(tǒng)中使用，北美和日本采用律。u律的輸入電壓i和輸出電壓關(guān)系為：

  PCM30/32系統(tǒng)用13折線近似壓擴常數(shù)A=87.6的A律特性，將量化器的動態(tài)范圍歸一化為（一1，1)，正信號13折線壓縮特性如圖2.3所示(負信號的壓縮特性與此相同）。正信號及 負信號共有4段斜率相同，故共有13根折線。將量化間隔分為16段后，再將每一段等分為16等分，可見量化器共有256個量化電平，257個分層電平。在256個量化區(qū)間中，最小量化間隔為4，最大量化間隔為644春正、負信號的第1、2兩段信號的量化噪聲最小，相當(dāng)于12位線性PCM的量化噪聲，而第8段信號的化噪聲最大相當(dāng)于6位線性PCM的量化噪聲。

  3)編碼
  量化以后的信號經(jīng)過編碼處理變成一組二進制碼。在PCM32系統(tǒng)中，采用8位碼表示一個樣值，較高位是極性碼，剩下的7位對應(yīng)128個量化級。
  對于話音信號的PCM編碼，由于抽樣頻率為8000Hz、每個抽樣值編碼為8位二進制碼，所以其傳輸速率為64Kbit/s。64Kbit/s是程控數(shù)字交換機中基本的交換單位。

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