语音信号数字化和时分多路复用.ppt

第二章 语音信号数字化和时分多路复用本章学习要点：理解话音信号的数字化过程；了解各种量化方法对语音质量产生的不同 影响掌握多种编码方式以及应用范围了解TDM和FDM的区别掌握时分多路复用的基本原理掌握PCM30/32路帧结构理解PCM高次群的意义第二章 语音信号数字化和时分多路复用2.1 时分多路复用概述2.2 PCM30/32路系统2.3 数字复接技术2.1时分多路复用概述1、复用的概念复用：为了提高信道利用率，使多路信号互不 干扰地在同一信道上传输的方式称为多路复用 频分复用（ FDM ）多用于模拟信号的复用时分复用（ TDM ）多用于数字信号的复用波分复用（ WDM ）多用于光纤通信系统2.1时分多路复用概述复用（Multiplexing）的历史 50年代起，在铜线线路上大量应用新的 复用技术包括明线的3路、12路,对绞铜线电缆的60 路和小同轴电缆的300路及中同轴的10800 路载波.当时都称为(频分复用FDM)每路都是模拟，频带300~3400Hz，各 路载波频率相隔4kHz，在频谱上依次排列 2.1时分多路复用概述70年代，数字通信兴起。

利用脉冲编码（PCM）技术，每路数字传输速 率64kb/s，质量满意，而且进一步利用“时分复 用（TDM）”技术，30路数字组成基群2Mb/s 光纤通信兴起用TDM技术，数字传输速率可以从2Mb/s升高到 8Mb/s、34Mb/s、140Mb/s，相当于话路数从 30路增到120路、480路、1920路，一根光纤在一 个方向可以同时传输这么多的路数传输方法是利用这么多路由TDM组成的数字群 直接向光载波调制，送上光纤传输2.1时分多路复用概述80年代后期，国际上开始设想利用一根光纤同时传输多 个光载波，各受数字信号的调制称“波分复用”（ WDM,Wavelength Division Multiplexing）如果这些光载波的波长相互间有足够的间隔，则每路 的数字信号同在一根光纤上传输，不会发生相互干扰 这就是光纤通信使用的复用技术1995年开始，WDM技术的发展进入了快车道 ，特别是基 于掺饵光纤放大器EDFA的1550nm窗口密集波分复用（ DWDM）系统在2001年OFC会议上，NEC和Alcatel报道他们的WDM系统 的传输容量分别达到10.92Tb/s（一根光纤1.7亿路 64Kb/s的数字）和10.02Tb/s。

2.1时分多路复用概述2、时分复用的概念各路信号在同一信道上轮流占用不同时间间隔进行通信 3、PCM时分多路通信的原理：时分多路通信的理论根据：抽样定理抽样定理告诉我们，一路连续的模拟话音信号S(t)的相邻样 值之间有125μs的时间空隙，这是时分复用的关键如果信道仅用来传送一路话音，则有92%的时间是空闲着的 为了充分利用传输信道的带宽能力和提高通信系统的有效性 .在125μs的抽样空闲时间内插入其它路的信号（样值信号 ），即利用一路信号采样的空隙，进行其余用户信号的采样 只要各路信号在时间上能区分开（不重叠），那么同一信道 就能传送多路信号，达到了多路复用的目的2.1时分多路复用概述使多个话路的抽样时间错开，也就是在不同时间分别对 多个话路取样，而后把它们都送到一对线路上去传送， 这就构成了多个话路在一对线路上传送的时分多路信号 在收信端，再设法按照接收的先后次序，将多个话路抽 样序列分开，便能恢复各个话路的话音信号，从而完成 通信2.1时分多路复用概述2.1时分多路复用概述4、PCM时分多路复用的实现（抽样脉冲错开）时分多路复用通信原理示意图2.1时分多路复用概述同步含义:一:保持双方旋转速度要完全相同。

 K1和K2均以抽样频率Fi=8000次/s的速度周 期性地、同步地旋转二. 保证旋转开关起止位置一致 发端的旋转开关K1从接点1开始，按顺序、周 期性地接入接点1，2…N时，则K2也必须按发 端相同的顺序从接点1开始，周期性地接入接点 1，2…N以保证收发两端各路信号的轮流排 队次序一致否则收端将收不到本路信号，2.1时分多路复用概述为此在发端和收端都设有时钟电路来稳定抽样开关时间 和速度帧同步 :在发送端每周期各种样值信号排队的开头，送出一 个已知的比任何其他抽样脉冲的幅度都大的脉冲， 称为起始标志信号（即帧同步码） 在收端通过一个识别装置（把帧同步码从码流中找 出来），识别并取出标志信号，用来控制接收端的 旋转开关K2（调整抽样开关时间和速度），以达到 发送与接收双方的同步 2.1时分多路复用概述5、时隙和帧的概念：帧：抽样时各路每轮一次的总时间（即开关旋转一周的时间）， 也就是一个抽样周期称为1帧 （125μs），即每秒8000帧时隙（路时隙）：合路的每个样值（PAM）信号所允许占的时 间间隔（  C=T/n）位时隙：1位码元的时间n=  c/)例，一帧内共划分为32个相等的时隙，用以传送一路信号的一个抽样 值对应8位码。

时隙（路时隙）=125 μs/32=3.9us位时隙=1/8* 3.9us=0.488us2.1时分多路复用概述总结：TDM是将传输时间划分为许多个短的互不重叠的时隙 ，而将若干个时隙组成时分复用帧，用帧中某一固 定序号的时隙组成一个子信道每个子信道所占用的带宽相同，每个时分复用帧所 占的时间也是相同的（125μs）,如下图（a)所示 即在同步TDM中，各路时隙的分配是预先确定的时间 且各信号源的传输定时是同步的对于TDM，时隙长度越短，则每个时分复用帧中所包 含的时隙数就越多，所容纳的用户数也就越多，其 原理如下图（b)所示2.1时分多路复用概述TDM子信道示意图 2.1时分多路复用概述6、标准PCM时分复用系统PCM编码有两种标准：A律和μ律，因此国际 上对应有两种互不兼容的PCM时分复用系统： 一种是对应A律的PCM30／32路时分复用系统在抽样周期Ti=125μs，即帧周期内，可以安排32路 时分复用信号中国和欧洲各国使用 一种是对应μ律的PCM24路时分复用系统在一个抽样周期内，可安排24路时分复用信号北美和日本使用上述群路又称为基群和一次群2.2 PCM30/32路系统1、帧结构及传输速率PCM30/32系统,在1帧125μs时间内，共 分为32个路时隙30个路时隙分别用来传送30路话音信 号一个路时隙用来传送帧同步码一个路时隙用来传送 信令码2.2 PCM30/32路系统路时隙: 125/32=3.9 μs ，传送某路信号的一个 抽样值对应的8位码。

位时隙: 每个码元占用时间1/8×3.9μs=0.488μs总传输码率:Vb =(32×8)/125=2.048Mbit/s或Vb =8000(帧/s) ×32(时隙/帧) ×8(bit/时隙) =2.048Mb/s  一般简记为2M，该速率也称PCM30／32路基群传 输速率2.2 PCM30/32路系统说明：为保证通信的顺利进行，PCM通信 系统除了完成话音信号的编、译码及传 输外，还必须在交换机和用户之间以及 交换机和交换机之间，迅速、准确地完 成占用、拨号、振铃、应答等信号的传 递和交换PCM系统称上述信号为信令 信号图3-22 PCM-30/32l路群的帧结构CCITT建议G.732规定的帧结构2.2 PCM30/32路系统2、帧结构的安排PCM30／32路系统中，每帧共有32个路时隙， 分别用：TS0，TS1，TS2…TS31来表示 ①30个话路时隙：TS1～TS15分别传送第1～15路话音信号TS17～TS31 分别传送第16～30路话音信号②帧同步时隙：TS0用于传送帧同步码以实现帧 同步2.2 PCM30/32路系统为保证收发两端各路信令码在时间上对准，也需 要在第1帧信令码发送前发一个供识别用的标志 码。

为此在PCM30／32路系统中又安排了一个帧 ，记为F0 复帧同步码:F0的TS16时隙传送的信令标志码称 为复帧同步码保证收发两端各路信令码在时间上对准 16个帧F0，F1，F2，F3…F15组成了一个复帧， 每个复帧占用16*125μs=2.0ms的时间2.3 数字复接技术数字通信的优越性，推动了数字通信网的建立 和发展在通信网运行时，为了扩大传输容量 和提高传输效率，可以采用复用的方式为了进一步扩大系统容量，就需要把若干中低 速数字信号（低次群）合并成一个高速数字信 号（高次群），再通过高速信道传输，传到对 方再分离还原为各个中低速数字信号数字复 接就是这样数字信号合并与分离的随着微波通信、光纤通信的发展，这种技术在 数字通信中显得越发重要了2.3 数字复接技术数字复接概念PCM复用和数字复接PCM基群和高次群复接标准PDH准同步数字复接系列和SDH同 步数字复接系列2.3 数字复接技术1、数字复接概念数字复接定义：将低速数字信号（低次群）在 确定的时间段内，按一定时间关系间插在一起 ，合成一个高速数字信号（高次群）的过程完成此功能的设备为数字复接器，相应地接收端还 有数字分接器。

目的：进一步扩大系统容量未时分复用：64kbit/s时分复用：64 × 32=2.048Mbit/s数字复接：如二次群（四个基群）2.048 × 4 8Mbit/s2.3 数字复接技术2、PCM复用和数字复接（形成高次群 的方法）PCM复用：直接将多路信号编码复用，即直接将多 路模拟语音信号按125μs的周期分别进 行抽样，然后合在一起统一编码形成多 路数字信号如PCM基群的形成2.3 数字复接技术例如需要传送120路时，可将120路话音 信号分别用8kHz抽样频率抽样，然后对每个 抽样值编8位码，其数码率Vb : 8000(帧/s)×120(时隙/帧)×8(bits/时隙） =7680kbit/s由于每帧时间为125微秒，每个路时隙的时间 只有1微秒左右这样每个抽样值编8位码的 时间只有1微秒时间，其编码速度非常高，对 编码电路及元器件的速度和精度要求很高， 实现起来非常困难2.3 数字复接技术数字复接：将几个低次群在时间空隙上迭加合成高次群 几个经PCM复用后的数字信号(例如4个PCM30/32系统 )再进行时分复用，形成更多路的数字通信系统显然，经过数字复接后的信号的数码率提高了，但 是每一个基群编码速度没有提高，实现起来容易， 目前广泛采用这种方法提高通信容量。

本质：与时分复用相同所不同的是，对于数字复接设备参与处理和处理 后的信号都是数字信号，而时分复用设备没有此 要求2.3 数字复接技术数字复接原理方框图2.3 数字复接技术3、PCM基群和高次群复接标准 关于将PCM数字数字复接成各种“群路”的方 式，CCITT（现TTU-T）建议了两种标准：其一是我国和西欧各国主要采用的PCM-30/32路系 列标准：该系列将PCM30/32路群，作为基群（或一次群 ），四个基群组成一个二次群，四个二次群组成一个三次群，四个三次群组成一个四次群等等；2.3 数字复接技术其二是日本和北美各国采用的24路系列标 准，该系列标准规定：由24个话路组成一个基群四个基群组成一个二次群，五个或七个二次群组成一个三次群等等PCM数字的两种复接标准：2.3 数字复接技术注意:表中不同群次的速率不成整数倍关系例如，30路系列的基群速率为2.048Mb/s，二次群的速率:4*2.048Mb/s=8.192Mb/s×） 4*2.048Mb/s+0.256 Mb/s=8.448 Mb/s这样是因为在组成二次群时需要加入额外的 填充码元。

2.3 数字复接技术4、概念同步数字体系SDH （Synchronous。