PCM课程培训教材

原理•PCM就是脉冲编码调制（PulseCodeModulation）•通过脉冲编码调制的方式把模拟电话进行数字化，仍然是目前世界各国主要采用的一种方式。•数字通信的实现，带来了很多的好处–抗干扰能力强–可采用再生中继实现高质量的远距离通信–“数字化”是建立综合业务数字网（ISDN）的必要条件–数字信号易于加密–适于集成化模拟/数字（A/D）8kHz64kb/s模数转换300-3400Hz•抽样定理：–如果模拟信号的最高频率为F，若以2F的抽样频率对其抽样，则抽样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。•要转换的模拟数据主要是电话语音信号•语音信号要在数字线路上传输，必须将语音信号转换成数字信号。这需要经过三个步骤：–抽样：按一定间隔对语音信号进行抽样–量化：对每个样本舍入到量化级别上–编码：对每个舍入后的样本进行编码•编码后的信号称为PCM信号（脉码调制,PulseCodedModulation）模数转换脉冲（有量化误差）3.23.92.83.41.24.2PAM脉冲PCM转换过程举例抽样量化编码三部曲•对模拟电话信号进行抽样，这是将连续信号在时间上离散化的过程。抽样（Sampling）量化（Quantization）编码（Encode）•将已在时间上离散化了的信号进行量化，这是将时间上离散化的信号在幅度上也离散化的过程。•将时间上和幅度上都已离散化了的信号进行编码成为数字形式，这是完成数字化的最后过程。三部曲--抽样（Sampling）•抽样：按一定间隔对模拟信号进行抽样•抽样定理（奈奎斯特定理）：–如果模拟信号的最高频率为F，若以大于等于2F的抽样频率Fs对其抽样，则抽样得到的离散信号序列就能完整地恢复出原始信号。•模拟话音信号的最高频率为3400Hz，抽样频率Fs实际上采用8000Hz。•模拟信号抽样完成后，得到的是在时间上离散化了的脉冲振幅调制（PAM）信号。抽样（Sampling）•量化：对每个样本舍入到量化级别上均匀量化与非均匀量化量化（Quantization）PCM三部曲--量化（Quantization）三部曲--量化（Quantization）•量化：导致失真量化（Quantization）非均匀量化•它的基本思想是在均匀量化前先对信号经过一次处理，对大信号进行压缩而对小信号进行较大的放大。即采用压缩的量化特性来改善小信号的信噪比。•对小信号采用小的量化间隔，对大信号采用大的量化间隔，这样可以用较少的位数编码。•对大信号来说，虽然绝对量化误差较大，但是因为：（1）大信号出现的机会不多，（2）信噪比（相对误差）与小信号是一致的，所以对总的话音质量影响不大。•非均匀量化也是一种压缩。量化（Quantization）µ律压扩•µ律(µ-Law)压扩(G.711)主要用在北美和日本等地区的数字电话通信中。它的提出早于A律x为输入信号，规格化为－1=x=1µ为确定压缩量的参数，它反映最大量化间隔和最小量化间隔之比，取100=µ=500。现在多采用µ=255。量化（Quantization）=|x|=1/A1/A=|x|=1A律(A-Law)压扩(G.711)主要用在欧洲和中国大陆等地区的数字电话通信中在8位码中，通常采用A=87.6对于采样频率为8kHz，样本精度为13位、14位或者16位的输入信号，使用µ律压扩编码或者使用A律压扩编码，经过PCM编码器之后每个样本的精度为8位，输出的数据率为64kb/s。这个数据就是CCITT推荐的G.711标准。量化（Quantization）三部曲--编码（Encode）•编码：对每个舍入后的样本进行编码•一般在PCM中采用二元码，在二元码中，用n个比特，总共组成2的n次方个量化级数N。–n并不是越大越好。需要根据通信质量要求适当选取–目前国际上通用的是8位码。则量化级数N=256–在PCM系统中常用的码型有自然二进码、折叠二进码和循环二进码。目前我们使用的PCM设备都是采用折叠二进码。•完成编码过程后，模拟信号已转换成了数字信号，进而可以将此数字信号变换成适于信道传输的波形传到对方。对方收到信号后，再通过反变换重新得到原来的模拟信号，实现了整个通信过程。编码（Encode）–话音信道带宽4kHz–抽样频率：8kHz(2倍话音最大频率)–量化级数：256级(用8位二进制码表示)–数据率：8000次/s*8bit=64Kbit/s•每路PCM信号的速率=64Kbit/s模拟话音抽样频率PCM信号抽样量化和编码数字化声音f4kHzfs=8kHzPCM各项指标=32时隙=2.048Mbps帧同步信令30路话音数据(PCM数据)+2路控制用户话路用户话路E1速率=(32x8bit)/125us=2.048Mb/sE1帧格式速率=(193bit)/125us=1.544Mb/sT1帧格式…F15F0TS31TS17…TS16TS15TS1…TS01帧＝32时隙＝125s同步时隙信令时隙话路时隙帧同步码组复帧同步码组1时隙＝8位码＝3.91sF0帧F15帧第n路信令第n＋15路信令偶帧奇帧A1A2X1X2X3X4X5X6X7X8A1：帧对局告警用A2：复帧对局告警用1：留给国际用，暂定为1X：传数据用1复帧＝16子帧＝2ms···E1帧格式•复帧包括16帧(2ms),编号0-15•TS0偶数帧:Y0011011--FAWTS0奇数帧:Y1A1XXXXX(A1:帧定位丢失指示)•0帧TS16:0000XA2XX(0000:复帧定位信号,A2:复帧定位丢失指示)•(Y:国际应用,X:没用)•1-15帧TS16:30个信道信令E1帧格式与时分多路复用（TDM）:1mux4:1mux4:1mux4:1mux64kbit/s2048kbit/s(2Mbit/s)8448kbit/s(8Mbit/s)34368kbit/s(34Mbit/s)139264kbit/s(140Mbit/s)564992kbit/s(565Mbit/s)(tolineterminal)PCM基础--多路复接技术欧洲美国(ANSI)PCM基础--复接体系分插复用140MLTU–抗噪声（干扰）能力强–可以控制差错，提高了传输质量–便于用计算机进行处理–易于加密、保密性强–可以传输语音、数据、影像，通用、灵活–计算机通信仅在不得已的情况下，才会采用模拟通信，如通过电话线拨号上网数字通信的优点接口模块：FXSFXOE&MV.24V.35G.703PCM设备原理框图E1接口模块时钟模块网元控制模块网管交叉矩阵用户线接口单元主要实现如下功能：•音频接口的二/四线转换•收发电平软件调整•铃流控制•摘机检测•PCM编解码•过压过流保护技术指标•铃流电压•铃流频率•最大环路电阻•电平特性•线路阻抗•收发电平•频率响应•空闲噪声•串话•失真交换机接口单元主要实现如下功能：•音频接口的二/四线转换•收发电平软件调整•铃流检测•环路开合控制•PCM编解码•过压过流保护•用户线测试开关接口技术指标•铃流识别电压•铃流频率•最大环路电阻•电平特性•线路阻抗•收发电平•频率响应•空闲噪声•串话•失真接口模块E&M接口单元部分电路主要实现如下功能：•音频接口的二/四线转换•二线、四线传输方式控制•收发电平软件调整•E、M线信令的发送和接收•PCM编解码接口技术指标•最大环路电阻•电平特性•线路阻抗•收发电平•频率响应•空闲噪声•串话•失真低速数据接口V.24数据接口单元完成数据格式转换符合ITU-T建议V.24用于支持DTE和DTE，DTE和DCE，DCE和DCE之间的数据通信。中速数据接口提供ITU-T64kbit/sG.703建议接口模块同向和反向两种接口数据接口提供ITU-TV.35建议的数据接口64kbits/s或NX64kbits/s速率数据接口提供ITU-TV.35建议的数据接口64kbits/s或NX64kbits/s速率–FMX12设备介绍小容量FMX12:大容量FMX4FMX12电源板：－48V，可插两块配成1+1备份2GIE板：配置管理板，只插一块3COB板：交叉同步板，可插两块配成1+1备份12接口板：12槽位FMX4:1电源板：－48V、110/220V只插一块2GIE板：配置管理板，只插一块3COB板：交叉同步板，只插一块4接口板：4槽位设备结构深圳市特发信息股份有