程控数字交换的基本原理课件.ppt
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- 程控 数字 交换 基本原理 课件
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1、第第3章章 程控数字交换的基本原理程控数字交换的基本原理 3.1 程控交换机概述 3.2 语音信号数字化的基本原理 3.3 数字交换的基本原理3.1 程控交换机概述 3.1.1 程控交换机的优点程控交换机的优点1、灵活性大、灵活性大2、便于维护管理,可靠性高、便于维护管理,可靠性高3、体积小,耗电低、体积小,耗电低4、便于向综合业务数字网发展、便于向综合业务数字网发展3.1.2 程控交换技术的发展趋势程控交换技术的发展趋势1、软硬件模块化设计、软硬件模块化设计2、进一步加强有关智能网、综合业务功能、进一步加强有关智能网、综合业务功能的开发的开发3、大力开发各种接口、大力开发各种接口4、加强网络
2、管理功能,并为进入管理网做、加强网络管理功能,并为进入管理网做好准备好准备5、积极研究异步转移技术(、积极研究异步转移技术(ATM)3.2 语音信号数字化的基本原理3.2.1 模拟信号数字化的基本原理模拟信号数字化的基本原理特点:特点:用数字通信系统传输模拟信号用数字通信系统传输模拟信号m(t)ak m(t)数字通信数字通信系统系统模拟模拟信息源信息源抽样抽样量化量化编码编码译码译码低通低通 ak 任务:任务:模拟信号的数字化,形成数字基带信号模拟信号的数字化,形成数字基带信号数字基带信号的无失真传输数字基带信号的无失真传输从接收数字信号中完整无失真的还原模拟信号从接收数字信号中完整无失真的还
3、原模拟信号)f(T ms(t)sT0时域图时域图频谱图频谱图tfttm(t)M(f)fm-fmMs(f)0fsfsf)t(T msf2f 讨论:讨论:msf2f msf2f 结论:结论:fs 的值必须满足抽样定理的值必须满足抽样定理脉冲调制脉冲调制 脉冲调制脉冲调制就是时间上离散的就是时间上离散的脉冲串脉冲串作为载波,作为载波,用模拟基带信号用模拟基带信号m(t)去控制脉冲串的某个参数,使去控制脉冲串的某个参数,使其按照其按照m(t)的规律变化的调制方式。的规律变化的调制方式。脉冲参量脉冲参量脉冲调制脉冲调制 幅度幅度 脉冲振幅调制脉冲振幅调制PAM 宽度宽度 脉冲宽度调制脉冲宽度调制PDM
4、位置位置 脉冲位置调制脉冲位置调制PPMPAM、PDM、PPM信号波形按照抽样后脉冲顶部的形状不同:按照抽样后脉冲顶部的形状不同:自然抽样自然抽样脉冲幅度调制脉冲幅度调制平顶抽样平顶抽样脉冲幅度调制脉冲幅度调制 抽样幅度(顶部)随被抽样信号抽样幅度(顶部)随被抽样信号m(t)变化,或者说变化,或者说保持了保持了m(t)的变化规律。的变化规律。抽样信号中脉冲顶部不随被抽样信号变化,而且抽样信号中脉冲顶部不随被抽样信号变化,而且都是保持平坦的形状,即平顶抽样是由矩形脉冲序列都是保持平坦的形状,即平顶抽样是由矩形脉冲序列构成的,矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。构成的,矩形脉冲的幅度即为瞬时抽样值。自然
5、抽样信号及其频谱平顶抽样信号与产生原理特点:特点:脉冲载波脉冲载波 用基带信号去改变脉冲的振幅用基带信号去改变脉冲的振幅原理:原理:抽样定理抽样定理 ,用窄带脉冲串实现冲激序列,用窄带脉冲串实现冲激序列一、一、产生原理产生原理图示二、二、PAM(Pulse Amplitude Modulation)波形及频谱波形及频谱m(t)T(t)脉冲形成 ms(t)mH(t)1/H()ms(t)低 通 m(t)m(t)0 t M()-H H|S()|S(t)T t PAM信号信号 ms(t)=m(t)*s(t)平顶平顶PAMt|MS()|PAM的波形及频谱的波形及频谱脉冲编码调制(脉冲编码调制(PCM)的
6、原理)的原理 定义:将模拟信号抽样量化,然后使已量化值变为代码。定义:将模拟信号抽样量化,然后使已量化值变为代码。属于信源编码属于信源编码m(t)信道信道抽样抽样译码译码低通低通量化量化编码编码 A/D)t(m n(t)ms(t)mq(t)模拟信号:模拟信号:m(t)量化信号量化信号:mq(t)样值信号样值信号:ms(t)量化误差信号量化误差信号:常用名词常用名词量化区间:量化区间:(mi-1 ,mi )量化电平:量化电平:q i 量化间隔量化间隔 v=(mi-mi-1 )=2a/M(量化噪声量化噪声)量化信噪比量化信噪比 Sq/Nq量化器量化器ms(kTs)mq(kTs)波形波形量化级数量化
7、级数 M 动态范围动态范围(-a,a)eq(t)=|ms(t)-mq(t)|量化过程及量化误差定义:把输入信号定义:把输入信号 m(t)的值域按等距离分割的量化称为的值域按等距离分割的量化称为均匀量化,其量化电平取量化区间的中点。均匀量化,其量化电平取量化区间的中点。均匀量化均匀量化v 为常数为常数分析分析 量化信噪比量化信噪比(quantizing SNR):设设 m(t)的参数:动态范围的参数:动态范围(-a,a)量化间隔量化间隔 v=2a/Mmi =-a+i v 第第 i 个量化区间的终点个量化区间的终点量化级数为量化级数为 Mqi =(m i-1+m i )/2 i=1、2 Mm i-
8、1=-a+(i-1)v 第第 i 个量化区间的起点个量化区间的起点量化区间量化区间量化电平量化电平量化信噪比:模拟输入信号的功率与量化噪声功率之比。量化信噪比:模拟输入信号的功率与量化噪声功率之比。量化误差绝对值量化误差绝对值0.5;超出范围,称为过载或饱和。;超出范围,称为过载或饱和。Ts 2Ts 3Ts 4Ts 5Ts 6Ts 7Ts 8Ts 9Ts 10Tsm(t)q qi it0m i-1m i mq(t)ms(t)v非均匀量化非均匀量化定义定义:v 不不为为常数常数思路:输入信号的特征是小信号出现的概率大,大信号出现思路:输入信号的特征是小信号出现的概率大,大信号出现的概率小,因而重
9、点要改善小信号的量化信噪比。的概率小,因而重点要改善小信号的量化信噪比。实现方法:将抽样值通过实现方法:将抽样值通过对数压缩对数压缩(logarithm compress)再进行均匀量化再进行均匀量化对数压缩方法:对数压缩方法:15 折线折线率压缩率压缩13 折线折线 A 率压缩率压缩xy112141818187128186828384858713 折线分段时的折线分段时的 x 值与实际的值与实际的 x 值比较值比较 13 折线折线 A 率压缩率压缩y01按折线分段的按折线分段的 x01实际实际 x 的计算值的计算值01段落段落12345678斜率斜率161684212141818283848
10、5868712816413211618141216.6016.3014.15179.7193.3198.1112812 2 脉冲编码调制(脉冲编码调制(PCM)的原理)的原理定义:将模拟信号抽样量化,然后使已量化值变为代码。定义:将模拟信号抽样量化,然后使已量化值变为代码。属于信源编码属于信源编码m(t)信道信道抽样抽样译码译码低通低通量化量化编码编码 A/D)t(m n(t)ms(t)mq(t)自然二进制码自然二进制码 折叠二进制码折叠二进制码 格雷码格雷码码型的选择码型的选择折叠码折叠码优优点:点:1)只需对单极性信号进行,再增加最高位来表)只需对单极性信号进行,再增加最高位来表示信号的极
11、性。示信号的极性。2)小信号的抗噪性能强,大信号的抗噪性能弱。)小信号的抗噪性能强,大信号的抗噪性能弱。码位数码位数 N 的确定:的确定:当输入信号动态范围一定,当输入信号动态范围一定,量化级数量化级数 M 越大,越大,量化间隔量化间隔v 越小,越小,量化噪声越小,但所需编码位数量化噪声越小,但所需编码位数 N 越多。越多。定义:定义:N2M PCM 信号参数信号参数fs=8 KHz、混合量化方法、二进制折叠码、混合量化方法、二进制折叠码、M=256、N=8一个码组:一个码组:C1C2C3C4C5C6C7C8C1:极性码:极性码C2C3C4:段落码:段落码C5C6C7C8:段内码:段内码PCM
12、 编码方法编码方法量化区间的划分量化区间的划分x12141811281641321161非均匀量化:非均匀量化:M1=8,分为分为 8 个段落个段落0均匀量化:均匀量化:M2=16,每段分为每段分为 16 级级第一、二段第一、二段1281021vvv 最最小小量量化化区区间间016v16 64132v2v3 依此类推:依此类推:vvvv422234vvvv822345vvvv1622456vvvv3222567第三段第三段vvvv6422678128164132164M=M0 M1 M2=431222段落号段落号12345678段落起点电平段落起点电平0163264128256512 1024
13、编码方法编码方法段落号段落号 段落码段落码 C2C3C481 1 171 1 061 0 151 0 04 0 1 130 1 0 20 0 110 0 0段内码段内码 量化级量化级 C5C6C7C8 1 1 1 1151 1 1 014 1 0 0 080 1 1 170 0 0 1 10 0 0 0 0例例例:例:已知输入信号的一个抽样值为已知输入信号的一个抽样值为+1270 个量化单位,采用个量化单位,采用13 折线折线 A 率压缩。求率压缩。求 PCM 编码码组和量化误差。编码码组和量化误差。解:解:1)确定)确定 C1 C1 =1 +1270 个量化单位个量化单位=+1270 v 0
14、2)确定)确定 C2C3C4 第第 8 段的起始电平为段的起始电平为 1024 1024 1270 2048 C2C3C4=1 1 13)确定)确定 C5C6C7C8v2v68 v64v8 204810241088 54364102412701270 C5C6C7C8 =0 0 1 1样值落在第样值落在第 3 量化级量化级4)确定)确定 量化误差量化误差 第第 3 量化级的坐标为(量化级的坐标为(1216,1280)量化电平量化电平1248)12801216(21qi 量化误差量化误差=1270-1248 =22 (量化单位量化单位)(量化单位量化单位)样值落在第样值落在第 8 段段 码组:码
15、组:1 1 1 1 0 0 1 1时分复用时分复用(TDM)的基本概念的基本概念多路复用多路复用(Multiplex):使多路信号沿同一信道传输而互不干扰。:使多路信号沿同一信道传输而互不干扰。时分多路复用:使各路信号在信道上占有不同的时间间隔时分多路复用:使各路信号在信道上占有不同的时间间隔同时传输而互不干扰。同时传输而互不干扰。帧帧(Frame)周期:抽样周期周期:抽样周期 Ts 。路时隙路时隙(slot):每路信号的一个样值占有的时间:每路信号的一个样值占有的时间 TC 。位时隙:码组中一个码元占有的时间位时隙:码组中一个码元占有的时间 TB 。ttt第一路信号第一路信号第二路信号第二路
16、信号复用信号复用信号 Ts Ts TC TC Ts Ts 213量化量化编码编码译码译码K2132量化量化编码编码译码译码K1特征:特征:将各路信号的抽样时间错开将各路信号的抽样时间错开 TDM 原理框图:原理框图:时分复用系统时分复用系统要求:要求:收、发两端开关收、发两端开关K1、K2 完全同步。完全同步。保证开关保证开关K1、K2 旋转一圈的频率(即抽样频率)满足抽样旋转一圈的频率(即抽样频率)满足抽样定理,既可实现收发一致。定理,既可实现收发一致。信道信道PCM 30/32 路复用系统路复用系统帧周期帧周期 Ts=125s 时分多路数字电话系统时分多路数字电话系统基群信号:基群信号:包
17、含包含 30 路用户信号和路用户信号和 2 路信令信号路信令信号每路信号的采样频率每路信号的采样频率 fs =8000 Hz PCM 高次群高次群将将 4 个基群复接成二次群,将个基群复接成二次群,将 4 二次群复接成三次群二次群复接成三次群 复接的目的:提高传输速率复接的目的:提高传输速率帧结构及参数帧结构及参数群群基群基群二次群二次群三次群三次群四次群四次群路数路数304120448041920数码率数码率 Mb/s2.0488.44834.368139.264PCM 高次群的高次群的复接方法复接方法PCM 30/32 路系统帧结构路系统帧结构125 s (F )TS0TS1TS2.TS1
18、6TS17 .TS30TS31TS0、TS16 为为信令信令TS0 .TS31 称为称为路时隙路时隙TS1 TS15、TS17 TS31 为为用户信号用户信号PCM 30/32 路系统帧参数路系统帧参数路时隙的时间路时隙的时间s91.332125TC 位时隙的时间位时隙的时间s488.08132125TB 数码率数码率sMb048.28328000NnfT1fsBB帧长度帧长度bit256832PCM 30/32 路系统复帧结构路系统复帧结构16 个基本帧组成个基本帧组成 1 个复帧个复帧F0F1.F14F15信令信令奇帧奇帧 TS0复帧对告码复帧对告码复帧同步码复帧同步码帧同步码帧同步码偶帧
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