目前,用户终端多为模拟话机。来自用户线的话音要进入数字程控交换机,需先在用户接口电路通过模-数(A-D)转换,将模拟话音编码成数字话音。
1.话音信号的数字化方法
话音信号的数字化方法很多,常用的有脉冲编码调制(PCM)、增量调制(DM)、线性预测编码(LPC)等方案。在程控数字交换机系统中,除个别特殊应用外,都采用PCM数字化方法。
PCM数字编码过程包括脉冲采样、量化和编码三个环节。模拟话音先经防混叠低通滤波器,得到限止频带(300~3400Hz)的话路信号,将其采样变成脉冲调幅(PAM)信号,根据采样定理,只要采样脉冲频率fs不低于模拟信号最高频率fm的2倍,即fs≥2fm,则在接收端用低通滤波器能够恢复出原模拟话音信号。
CCITT建议规定fs=8kHz。然后将模拟话音信号的振幅进行连续采样,采样取得的脉冲振幅用四舍五入的方法量化为有限个数值的量化信号,然后再把量化数据进行编码,变换成二进制代码。CCITT G.711、CCITT G.712建议每个采样值的量化为8bit,即共有256个量化级,因而每路模拟话音转换成相应的数字话音的标准码率为64KB/s(即8bit×8kHz)。
各路PCM编码信号,先经时分多路复用设备,把它们按时间顺序组成多信道复用帧,再通过传输线路传送到接收端。在接收端先进行信码的再生、分路和用低通滤波器进行PCM解码,便可以恢复出模拟话音信号。
话音信号在量化过程中,会产生误差(或失真),引起通话时附加量化噪声。对于线性量化情况,量化噪声功率仅与量化间隔大小有关,因而大信号时信噪比高,小信号时信噪比低。
为解决线性量化时小信号音质差的问题,在实际中通常采用不均匀分层量化办法,对小信号时的量化bit分配少些,而在大信号时的量化bit分配多些。这样大信号就能在编码位数较多的情况下得到较高的信噪比,以改善通话质量。
为此需要在发送端先将话音信号进行非线性幅度压缩,再进行线性量化和编码,与此对应,在接收端解码后则需对话音信号加以扩张,以补偿因压缩而造成的非线性失真。在理想情况下,扩张器与压缩特性应是完全互补的。在实际中广泛应用两种对数形式的压缩特性,即A律和μ律。CCITT和欧洲邮电部长会议(CEPT)已对A律压缩特性形成了标准;而CCITT与北美贝尔系统已对μ律压缩特性形成了标准,前者主要用于欧洲,后者主要用于北美和日本,我国采用A律压缩方式。(www.daowen.com)
2.多路复用技术
为提高传输信道的利用率,通常采用多路复用技术(multiplex),将若干路信息综合在同一个信道内进行传送。目前常用的复用方式有两大类:频分复用(FDM)和时分复用(TDM),它们分别按频率(频域)或时间(时域)划分信道。
(1)频分复用。频分复用是指信道的可用频带被分割成若干互不重叠的频段,每路信号的频谱各占用一个频段,即对各路语音信号用不同载频进行调制,实行频谱搬移和分割,然后再把各频段的信号相加后,用能包容全部合成频谱的一个宽带通道传输。接收端借助不同中心频率的带通滤波器进行解调。
FDM是一种传统的多路复用技术,系统结构简单,但随着复用信道数量的增加,复用信道间的干扰也会同时增大,复用通道的数量也会受到很大限制。FDM主要用于载波电话通信。
(2)时分复用。时分复用是将一个通信信道按时间顺序加以分割,各路数字话音信息依一定的顺序轮流地占用信道的某一时段(或时隙),从而实现多路复用。
在程控数字交换系统中,为提高传输速率和交换容量,通常采用PCM复用方式。对于PCM基群系统,目前国际上有两种复用制式:30/32路帧结构或24路帧结构。我国采用30/32路帧结构方式,即一个数据帧占125μs,把一个数据帧分为32个时隙(TS0~31),其中TS0传送时间同步信息,TS1~31传送30路话音编码信息。
国际上现已广泛使用的复用制式有两种,一种是以24路作为一个基群;另一种是以30/32路为一个基群。
对30/32路制式,帧长为125μs,帧频为8kHz,一帧包含32个时隙,每时隙为8bit(256bit码),占3.9μs,显然1bit占0.488μs。所以,每路码率为64KB/s,32路的复用码流速率为2048KB/s(=32×64kbit/s)。
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