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(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化
  現(xiàn)代程控交換機(jī)都是數(shù)字交換機(jī)，在數(shù)字交換機(jī)內(nèi)部交換和處理的都是二進(jìn)制編碼的數(shù)字信號(hào)，在數(shù)字電話網(wǎng)中，普遍采用模擬電i舌機(jī)和模擬用戶線路，模擬電話機(jī)發(fā)出的話音信號(hào)是模擬信號(hào)，因此在程控交換機(jī)的用戶模塊中，需要對(duì)用戶線送來(lái)的模擬信號(hào)進(jìn)行模數(shù)轉(zhuǎn)換，將模擬的話音信號(hào)轉(zhuǎn)變?yōu)閿?shù)字信號(hào)，即進(jìn)行語(yǔ)音信號(hào)數(shù)字化；在相反方向上進(jìn)行數(shù)模轉(zhuǎn)換。
  語(yǔ)音信號(hào)的數(shù)字化要經(jīng)過(guò)抽樣、量化和編碼三個(gè)步驟。
  1)抽樣
  模擬信號(hào)在時(shí)間和幅度上都是連續(xù)的。通過(guò)抽樣，能夠?qū)⒛M信號(hào)從時(shí)間上離散開(kāi)來(lái)，將時(shí)間上連續(xù)的模擬信號(hào)變?yōu)闀r(shí)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(hào)的瞬時(shí)值。在此后的傳輸和交換過(guò)程中，傳送和處理的都是這些斷續(xù)的抽樣值的二進(jìn)制編碼信號(hào)。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(hào)呢，著名的抽樣定律給出了答案：傳送限帶連續(xù)信號(hào)時(shí)，只要傳送信號(hào)的單個(gè)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(hào)在該時(shí)刻的瞬時(shí)值，而抽樣頻率/。至少等于所傳信號(hào)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(guò)抽樣后的語(yǔ)音信號(hào)雖然從時(shí)間上離散開(kāi)，但幅度上還是連續(xù)的，有無(wú)窮多的數(shù)值。所謂最化，是指用有限個(gè)度值來(lái)表示抽樣后信號(hào)的幅度值，將信號(hào)的幅度值就近歸入臨近的度量級(jí)，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(guò)M化后的信號(hào)肯定會(huì)有一定失真，但是當(dāng)失真保持在一定的幅度內(nèi)時(shí)，不會(huì)影響通話質(zhì)量的。
  根據(jù)量化級(jí)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(gè)量化區(qū)間。
  所有的量化間距都相同，實(shí)現(xiàn)起來(lái)比較容易，但其缺點(diǎn)是這種量化方法對(duì)小信號(hào)不利。由于址化帶來(lái)的量化噪聲是均勻的，因而小信號(hào)的信噪比會(huì)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(duì)大信號(hào)的量化噪音可以大一些，小信號(hào)的量化噪音小一些，以便保證信號(hào)整體的信噪比一致。最常用的方法是壓擴(kuò)法，即對(duì)于輸入的信號(hào)首先進(jìn)行類(lèi)似對(duì)數(shù)函數(shù)的壓擴(kuò)處理，使小信號(hào)擴(kuò)大、大信號(hào)壓縮，再進(jìn)行均勻量化，如圖2.2所示。

  原CCITT曾建議兩種壓擴(kuò)率：A律和p律。律在PCM30/32系統(tǒng)中使用，歐洲和我國(guó)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(kuò)常數(shù)A=87.6的A律特性，將量化器的動(dòng)態(tài)范圍歸一化為（一1，1)，正信號(hào)13折線壓縮特性如圖2.3所示(負(fù)信號(hào)的壓縮特性與此相同）。正信號(hào)及 負(fù)信號(hào)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(jiàn)量化器共有256個(gè)量化電平，257個(gè)分層電平。在256個(gè)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(fù)信號(hào)的第1、2兩段信號(hào)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(hào)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(hào)經(jīng)過(guò)編碼處理變成一組二進(jìn)制碼。在PCM32系統(tǒng)中，采用8位碼表示一個(gè)樣值，較高位是極性碼，剩下的7位對(duì)應(yīng)128個(gè)量化級(jí)。
  對(duì)于話音信號(hào)的PCM編碼，由于抽樣頻率為8000Hz、每個(gè)抽樣值編碼為8位二進(jìn)制碼，所以其傳輸速率為64Kbit/s。64Kbit/s是程控?cái)?shù)字交換機(jī)中基本的交換單位。

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