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1、第1章 交换技术基础,语音信号数字化 PCM 30/32系统帧结构 数字同步网,-同步时分多路复用,现在我们来学习同步时分多路复用，有三 个主要内容,模拟信号 信号波形在幅度上连续。有两种情况： 一是在幅度、时间上均连续； 二是在幅度上连续，而在时间上是离散。例如PAM信号 数字信号 信号波形在幅度上不连续。 注：模拟信号与数字信号的区别是信号波形在幅度上是否连续。,模拟信号与数字信号,模拟通信系统与数字通信系统,语音 信道 语音,声/电,电/声,声/电,电/声,模/数,数/模,模拟通信系统示意图,语音 信道 语音,数字通信系统示意图,数字通信的特点,抗干扰能力强,无噪声积累 便于加密处理 利
2、于采用时分复用实现多路通信 设备便于集成化、小型化、 占用频带宽 (1路数字电话的带宽为64KHz,1路模拟电话的带宽为4KHz),多路复用方式,为了提高信道利用率，在传输过程中一般采用多路复用传输方式实现多个信号在同一条信道上传输。 FDM(频分多路复用) 频分多路复用方式是将信道的可用频带划分为若干互不交叠的频段，每路信号的频谱占用其中的一个频段，以实现多路传输。 应用于模拟通信系统，如载波通信。 TDM(时分多路复用) 时分多路复用方式是把一条物理通道按照不同的时刻分成若干条通信信道(如话路)，各信道按照一定的周期和次序轮流使用物理通道，以实现多路传输。 应用于数字通信系统，如PCM通信
3、。,时分多路复用原理,语音信号数字化,PCM通信的简单模型,A/D转换 (发送端),取样,量化,编码,译码,低通,D/A转换 (接收端),语 音 信 号,语 音 信 号,传输信道,脉冲编码调制(PCM) 语音信号数字化的个步骤：取样，量化，编码。 我国采用律13折线。,取样：将模拟信号在时间上离散化的过程。,取样定理：传送一个最高频率为fm的连续信号时，如果取样脉冲频率fs 2fm，只要传送幅度等于该连续信号的单个取样值，接收端就能通过低通滤波器恢复成原来的信号。,s(t) 抽样函数/ 开关函数,f(t),f(t) 脉冲幅度调制信号(PAM),f(t),f(t),抽样,t,t,量化：把取样后的
4、PAM信号在幅度上进行离散化的过程。,u u 6 6 5 量 化 5 4 4 3 3 2 2 1 1 0 t 0 t,量化的几点说明:,（1）量化分为线性量化(均匀量化)和线性量化(非均匀量化)两种。 （2）由于量化值与取样值在一般情况下不相等，因而就会产生误差，此误差称为量化误差。量化误差对收听者来说，好象在取样值上叠加一个额外的噪声，称为“量化噪声”，它是数字通信中特有的噪声。量化误差越大，量化噪声就越大，但在通信系统中，噪声对通信的影响不只是决定于噪声本身值的大小，而要看信号功率(S)与噪声功率(N)的比值，称为信噪比(SNR)，信噪比越大越好。 （2）均匀分级量化时其量化信噪比随信号电
5、平的减小而下降。 解决办法非均匀量化 （3）非均匀量化：(改善小信号的量化信噪比) 量化幅度上用非均匀分级，信号幅度小时量化间隔小，其量化误差也小；信号幅度大时量化间隔大，量化误差也大。,非均匀量化方法：采用压缩扩张技术。,非均匀量化实现框图 发端 收端 非均匀量化 信道 应用A律13折线压扩特性。,压缩,均匀 量化,扩张,解 码,编 码,A律13折线压缩特性,编码：把量化后的数字信号变换成代码的过程。,A律编码是把13折线分为16个正负对称的非均匀量化段，每一量化段内均匀分为16个量化级，编码时采用8位折叠二进制码。 PCM的 8位编码表示为C1C2C3C4C5C6C7C8，其中，C1为极性
6、码(C1=1表示正，C1=0表示负)，C2C3C4为段落码(23=8段)，C5C6C7C8为段内码(24=16即每段分为16个量化级)。,A律13折线的参数及编码分布,编码器可分为逐次比较(反馈)型、折叠级联型、混合型。目前应用较多的是逐次比较型，一般按极性码、段落码、段内码的顺序对码位进行安排。,【例1-】 模拟信号经过取样后，设样值脉冲为+1270，试求用A律13折线编码器编出的相应码字，并求出其量化误差。,（1）确定极性码 因为样值脉冲为正，所以C1=1。 （2）确定段落码 因为1270128，所以C2=1。 因为1270512，所以C3=1。 因为12701024，所以C4=1。 可知
7、，样值脉冲在第8段。 （3）确定段内码 第8段起始电平为1024 因为12701024+512=1536，所以C5=0。 因为12701024+256=1280，所以C6=0。 因为12701024+128=1152，所以C7=1。 因为12701024+128+64=1216，所以C8=1。 因此，得出的8位PCM编码为11110011。,PCM 30/32系统帧结构,偶帧,奇帧,1复帧=16帧(2ms),1帧,TS0,TS1,TS16,TS17,TS31,TS15,32时隙(信道),125s,1时隙 3.9s 8bit,话路1,话路15,话路16,话路30,帧同步码,帧同步时隙,保留给国际
8、用 (目前固定为1),保留给国际用 (目前固定为1),帧失步 对告,信令时隙,复帧同步码,复帧对告码,话路1 信令码,话路16 信令码,话路15 信令码,话路30 信令码,同步: A1=0; A2=0 失步: A1=1; A2=1,码字=8bit 3.9s,F15,F1,F0,PCM 30/32 系统的几个主要参数为： 传送码率(比特率)为8 比特/时隙32 时隙/帧8000 帧/秒2048kb/s，而每个数字信道的速率为64kb/s。 信道分配如下： CH0称为帧同步时隙，用来传送帧同步码(0011011)、国际国内网络信息、告警信息。 CH1CH15 及CH17CH31称为话路时隙，依次编
9、为第130路，分别用来传送30个话路的PCM信号。 CH16称为信令与复帧同步时隙。在随路信令方式中，F0帧的CH16用来传送复帧同步、复帧失步告警信息；F1F15帧的CH16用来传送信令码。在公共信道信令方式中，除CH0以外的任一时隙均可用作CCS，习惯上把CH16用作No.7信令链路。 在时分多路复用系统中，基群速率接口称为E1接口。,现代通信网,支撑网用于保障业务网正常运行、增强网络功能、提高全网服务质量。,数字同步网是数字同步信息的分配网络。,数字同步网,时钟同步的必要性： 随着通信网的发展，数字网中运行的各种交换设备、传输设备和No.7信令网设备，在数字信号的接收、复用和交换过程中都
10、要求实现时钟同步。 因为如果时钟不同步，在两个数字通信设备的接口处就会产生重读或漏读现象，这种现象称为滑码。 滑码将影响通信质量，会使电话通信出现杂音以及数据通信出现误码，例如在程控数字交换机中滑码将产生两种破坏交换的情况：输入速率大于输出速率，将会使存储器溢出，造成信息丢失或漏读；输入速率小于输出速率，将会使某些比特被重复读出。,时钟同步网,时钟同步的概念,时钟同步,数字通信中的时钟同步是指收、发两端的传输和交换速率及各种定时标志都保持一致。通过时钟同步网使数字网中的所有节点设备的时钟频率和相位偏差控制在规定范围内，保证网内各节点设备的数字流正确地传送和交换。,时钟同步,位同步是指通信双方的
11、位定时脉冲信号频率相等且符合一定相位关系。位同步是保证信号的接收、交换和复用过程顺利进行的前提。,帧同步是指通信双方的帧定时信号的频率相同且保持一定的相位关系。帧同步的作用是在同步复用的情况下，能够准确区分每一帧的起始位置从而确定各路信号的相位位置并正确把它们区分开来。帧同步是通信信息码流中插入帧同步码来实现，帧同步码组是一组特定的码组，接收端利用检测电路来检测这一特定的码组并以此作为基准信号来控制本地的定时产生系统，使得接收设备的帧定位信号和接收信号的帧定位信号保持一致，即实现帧同步。帧同步是以位同步为基础的，只有在位同步的基础上才能实现帧同步。,网同步指网络中各节点的时钟信号的频率相等，也
12、就是各个节点之间的时钟同步，从而在各节点实现帧同步。实现网同步的方法有准同步、主从同步和全同步。,时钟同步方式,时钟同步,准同步是指数字通信网中的各节点都设置独立的高精度时钟，互不控制，具有同一标称频率，频率的变化在规定的范围内。这种方法容易实现，但费用太高。,主从同步是目前得到广泛应用的方法，主从同步网是在交换局设立一高精度的基准时钟，通过传输链路把此基准时钟信号送到网中的各从节点，各从节点利用锁相环把本地时钟频率锁定在基准时钟频率上，从而实现网内各节点之间的时钟信号同步。,全同步是指全网设一组基准钟，全网所有数字通信设备的时钟都直接或间接同步于这一基准钟，各节点时钟之间采用主从同步。,主从
13、同步网及分配示意图,一级时钟,BITS,我国数字同步网结构,我国目前同步网的结构体制为分布式多基准钟的分区主从同步方式。, 在北京和武汉设置两个铯钟，作为一级基准钟PRC，互为备用。 各省中心设置一套受控于GPS或PRC的LPR。LPR有四路输入定时信号，其中两路来自GPS接收机，两路来自通过不同地面传输链路传送过来的基准信号，其中大区中心接收由铯钟提供的基准定时信号，边远省中心接收两路来自铯钟或其它就近提供的地面定时基准信号。 各省中心接收四路定时基准信号，它们来自就近的PRC或LPR，同时省中心的BITS向省内其它通信节点供给定时基准信号。,同步时钟信号的传送,我国数字同步网中的同步信号经
14、PDH 2Mbit/s专线或PDH 2Mbit/s业务电路以及SDH STMN线路传送。因SDH支路单元的相位调整将会引起定时信号相位的跃变，现阶段优先选择PDH传输电路传送定时信号，有条件时主用链路采用PDH专线。 对传输系统的选择次序是：地下光缆传输系统、数字微波传输系统、架空光缆传输系统、对称电缆数字传输系统。,时间同步是指交换机、数据设备的硬件时钟与国家标准时钟或格林威治时间一致，即通信网中有时间标记需求的各网元时钟使用同一个时间参照体系（UTC），使网元的内部时间保持高度一致。 时间同步网就是为各网元提供UTC的专门网络。时间基准信息采用网络时间协议（NTP）通过专用计算机网络或公共互联网传送至各级NTP服务器和客户端设备。NTP节点之间的时间同步有两种方式：NTP广播方式和NTP客户/服务器方式。,时间同步网,时间同步系统的层次结构,思考题,1、量化误差对电话通信质量有何影响？ 2、T
