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在实际中使用的是两种对数形式的压缩特性:
A律和U律,A律编码主要用于30/32路一次群系统,U律编码主要用于24路一次群系统。
A律PCM用于欧洲和中国,U律PCM用于北美和日本
脉冲编码调制主要经过3个过程:
抽样(取样)、量化和编码
贝尔实验室的工程人员开发了PCM技术,脉冲编码调制被视为是一种非常单纯的无损耗编码格式,音频在固定间隔内进行采集并量化为频带值,其它采用这种编码方法的应用包括电话和CD。
PCM主要有三种方式:
标准PCM、差分脉冲编码调制(DPCM)和自适应DPCM。
在标准PCM中,频带被量化为线性步长的频带,用于存储绝对量值。
在DPCM中存储的是前后电流值之差,因而存储量减少了约25%。
自适应DPCM改变了DPCM的量化步长,在给定的信噪比(SNR)下可压缩更多的信息。
一个模拟信号经过抽样量化后,得到已量化的脉冲幅度调制信号,它仅为有限个数值。
编码,就是用一组二进制码组来表示每一个有固定电平的量化值。
然而,实际上量化是在编码过程中同时完成的,故编码过程也称为模/数转换。
A/D转换
话音信号先经防混叠低通滤波器,进行脉冲抽样,变成8KHz重复频率的抽样信号(即离散的脉冲调幅PAM信号),然后将幅度连续的PAM信号用“四舍五入”办法量化为有限个幅度取值的信号,再经编码后转换成二进制码。
对于电话,CCITT规定抽样率为8KHz(每一秒钟抽取8000次),每次抽样值编8位码,即共有2的8次方=256个量化值,因而每话路PCM编码后的标准数码率是64kb/s
编码
脉冲编码调制编码原理与规则:
PCM数字接口是G.703标准,通过75Ω同轴电缆或120Ω双绞线进行非对称或对称传输,传输码型为含有定时关系的HDB3码,接收端通过译码可以恢复定时,实现时钟同步。
Fb为帧同步信号,C2为时钟信号,速率为2.048Mbps,数据在时钟下降沿有效,E1接口具有PCM帧结构,一个复帧包括16个帧,一个帧为125μs,分为32个时隙,其中偶帧的零时隙传输同步信息码0011011,奇帧的零时隙传输对告码,16时隙传输信令信息,其它各时隙传输数据,每个时隙传输8比特数据
三阶高密度双极性码(英语:
HighDensityBipolarofOrder3,简称:
HDB3码)是一种适用于基带传输的编码方式,它是为了克服AMI码的缺点而出现的,具有能量分散,抗破坏性强等特点
HDB3码的特点
1由HDB3码确定的基带信号无直流分量,且只有很小的低频分量;
2HDB3中连0串的数目至多为3个,易于提取定时信号。
3编码规则复杂,但译码较简单。
AMI(AlternativeMarkInversion)码:
信号交替反转码
AMI码的特点:
1由AMI码确定的基带信号中正负脉冲交替,而0电位保持不变;
所以由AMI码确定的基带信号无直流分量,且只有很小的低频分量;
2不易提取定时信号,由于它可能出现长的连0串
PCM帧结构
1.概述:
PCM时分复用数字基带传输,是各路信号在同一信道上占有不同的时间间隙进行通信。
它把模拟信号通过抽样、量化、编码转变为数字信号,这些都靠编码器来实现,然后在位同步和帧同步信号的控制下通过复接器实现复接,复接后的信号通过信道传输,分接器在同步信号的作用下把接收到的信号进行分路,分路后的信号通过PCM译码、低通滤波器还原出输入的模拟语音信号。
同步技术是时分复用数字通信的又一个重要特点。
位同步是最基本的同步,是实现帧同步的前提。
它的基本含义是收、发两端机的时钟频率必须同频、同相,这样接收端才能正确判断和接收发送端送来的每一个码元。
帧同步是为了保证收、发各对应的话路在时间上保持一致,这样接收端就能正确接收发送端送来的每一个话路信号。
晶振、分频器1、分频器2及抽样信号(时隙同步信号)产生器构成一个定时器,为两个PCM编译码器提供2.048MHz的时钟信号和8KHz的时隙同步信号。
此处将同步器产生的时钟信号及时隙同步信号直接送给译码器。
由于时钟频率为2.048MHz,抽样信号频率为8KHz,故PCM-A及PCM-B的码速率都是2.048MB,一帧中有32个时隙,其中1个时隙为PCM编码数据,另外31个时隙都是空时隙。
2.PCM30/32帧结构说明
多路数字电话系统,国际上有两种标准化制式,即PCM30/32路(A律压扩特性)制式E1和PCM24路(μ律压扩特性)制式T1,并规定国际通信时,以A律压扩特性为准(即以30/32路制式为准),凡是两种制式的转换,其设备接口均由采用μ律特性的国家负责解决。
如下是一个PCM30/32链路的帧结构图:
从图可以看出,在PCM30/32路的制式中,一个复帧由16帧组成;
一帧由32个时隙组成;
一个时隙为8位码组。
时隙l~15,17~3l共30个时隙用来作话路,传送话音信号,时隙0(TS0)是“帧定位码组”,即传同步信号,时隙16(TS16)用于传送各话路的标志信号码,即传送信令信号。
从时间上讲,由于抽样重复频率为8000Hz(Hz是频率的单位。
频率是指电脉冲,交流电波形,电磁波,声波和机械的振动周期循环时,1秒钟重复的次数。
1Hz代表每秒钟周期震动1次,60Hz代表每秒周期震动60次)
,抽样周期为1/8000=125μs,这也就是PCM30/32的帧周期(一帧的周期为125微妙);
一复帧由16个帧组成,这样复帧周期为2ms(16*125=2000微妙=2毫秒);
一帧内要时分复用32路,则每路占用的时隙为125μs/32=3.9μs;
每时隙包含8位码组,即8bit,因此,每位码元(1bit)占488ns。
从传码率上讲,也就是每秒钟能传送8000帧,而每帧包含32×
8=256bit,因此,总码率为256比特/帧×
8000帧/秒=2048kb/s。
对于每个话路来说,每秒钟要传输8000个时隙,每个时隙为8bit,所以可得每个话路数字化后信息传输速率为8×
8000=64kb/s。
为了使收发两端严格同步,每帧都要传送一组特定标志的帧同步码组或监视码组。
帧同步码组为“0011011”,占用偶帧TS0的第2~8码位。
第l比特供国际通信用,不使用时发送“1”码。
在奇帧中,第3位为帧失步告警用,同步时送“0”码,失步时送“1”码。
为避免奇TS0的第2~8码位出现假同步码组,第2位码规定为监视码,固定为“1”,第4~8位码为国内通信用,目前暂定为“1”。
3.为什么抽样频率取值为8000HZ呢?
抽样就是把时间上连续的模拟信号变成一系列时间上离散的抽样值的过程。
缩短时间间隔会导致数据量增加,所以缩短时间间隔必须适可而止。
时间间隔可以根据信号所包含的最高频率成分的值来确定。
如果取样频率大于或者等于模拟信号中最高频率的2倍,就能够无失真地恢复出原信号,这就是取样定理。
在电话中传送声音信号的频率范围为300~3400Hz,所以在1秒钟内只需要以2×
3400=6800次以上的速率取样就能满足取样定理,再留点余量每秒进行8000次取样。
G.703
G.703,是将DCE(数字通信设备)连接到数据高速同步通信服务的(ITU)建议
G.703接口通过四线物理接口进行通信,包括从64Kbps到2048Kbps的速率。
G.703也支持特殊数据恢复特征,这使它非常适合于高速串行通信。
尽管G.703已经升级,加入对美国标准T载波服务速度的支持,例如T1以1.544Mbps进行传输,但在北美地区使用仍然不是很广泛,主要还是在欧洲使用。
专用分局交换(PBX)系统经常使用采用G.703标准的64Kpbs租借线路提供E载波服务.一些美国厂商出售将同步V.35、RS-449、RS-232或者X.21接口连接到G.703的转换器以便在欧洲市场出售它们的交换设备。
G.703转换器也可用来对接数字微波和卫星通讯信道,并为不同的串行接口以介于56Kbps和64Kbps之间的速度传输数据。
G.703光转换器能够处理45Mbps(DS3)或更高的速度
2048k=8000(每秒8000帧)*32(每帧32个时隙)*8(每时隙8bit)
E1是PCM其中一个标准(表现形式)。
由PCM脉码调制编码中E1的时隙特征可知,E1共分32个时隙TS0-TS31。
每个时隙为64K(8000帧*8bit),其中TS0为被帧同步码,Si,Sa4,Sa5,Sa6,Sa7,A比特占用,若系统运用了CRC校验,则Si比特位置改传CRC校验码。
TS16为信令时隙,当使用到信令(共路信令或随路信令)时,该时隙用来传输信令,用户不可用来传输数据。
所以2M的PCM码型有
(1)PCM30:
PCM30用户可用时隙为30个,TS1-TS15,TS17-TS31。
TS16传送信令,无CRC校验。
(2)PCM31:
PCM30用户可用时隙为31个,S1-TS15,TS16-TS31。
TS16不传送信令,无CRC校验。
(3)PCM30C:
TS16传送信令,有CRC校验。
(4)PCM31C:
PCM30用户可用时隙为31个,TS1-TS15,TS16-TS31。
TS16不传送信令,有CRC校验。
CE1,就是把2M的传输分成了30个64K的时隙,一般写成N*64,
CE1----最多可有31个信道承载数据timeslots1----31timeslots0传同步
PCME1形式结构
在PCME1形式信道中,8bit组成一个时隙(TS),由32个时隙组成了一个帧(F),16个帧组成一个复帧(MF)。
在一个帧中,TS0主要用于传送帧。
定位信号(FAS):
CRC-4(循环冗余校验)和对端告警指示,TS16主要传送随路信令(CAS)、复帧定位信号和复帧对端告警指示,TS1至TS15和TS17至TS31共30个时隙传送话音或数据等信息。
称TS1至TS15和TS17至TS31为净荷,TS0和TS16为开销。
如果采用带外公共信道信令(CCS),TS16就失去了传送信令的用途,该时隙也可用来传送信息信号,这时帧结构的净荷为TS1至TS31,开销只有TS0
概念
模拟线路信号的速率,以波形每秒的振荡数来衡量。
如果数据不压缩,波特率等于每秒钟传输的数据位数,如果数据进行了压缩,那么每秒钟传输的数据位数通常大于调制速率,使得交换使用波特和比特/秒偶尔会产生错误。
在信息传输通道中,携带数据信息的信号单元叫码元,每秒钟通过信道传输的码元数称为码元传输速率,简称波特率。
波特率是指数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变的次数来表示(也就是每秒调制的符号数),其单位是波特(Baud,symbol/s)。
波特率是传输通道频宽的指标。
每秒钟通过信道传输的信息量称为位传输速率,也就是每秒钟传送的二进制位数,简称比特率。
比特率表示有效数据的传输速率,用b/s、bit/s、比特/秒,读作:
比特每秒。
[1]
波特率与比特率的关系也可换算成:
比特率=波特率*单个调制状态对应的二进制位数
例如假设数据传送速率为120符号/秒(symbol/s)(也就是波特率为120Baud),又假设每一个符号为8位(bit)即八相调制(单个调制状态对应3个二进制位),则其传送的比特率为(120symbol/s)*(3bit/symbol)=360bps.
2分析举例
它是对信号传输速率的一种度量,通常以“波特”(baud)为单位。
波特率有时候会同比特率混淆,实际上后者是对信息传输速率(传信率)的度量。
波特率可以被理解为单位时间内传输码元符号的个数(传符号率),通过不同的调制方法可以在一个码元上负载多个比特信息。
波特率一般指的是调制解调器的通讯速度。
波特率是指线路状态更改的次数。
只有每个信号符合所传输数据的一位时,才等于每秒位数。
为了在彼此之间通讯,调制解调器必须使用相同的波特率进行操作。
如果将调制解调器的波特率设置为高于其他的调制解调器的波特率,则较快的调制解调器通常要改变其波特率以匹配速度较慢的调制解调器。
(严格来说,波特率不在传输领域,出现传输、信道等字眼容易产生混淆,波特率描述的是单位时间内调制信号的能力,经它调制出来的信号才以比特的形式来传输,或者这样说,信号在传输过程中,如果要经过数模转换,就需要调制,那么传输时间除了消耗在其它领域外,还消耗在调制过程和在信道的传输过程,描述信号调制能力用波特率,描述信号传输能力用比特率。
)
3与比特率
比特率在数字信道中,比特率是数字信号的传输速率,它用单位时间内传输的二进制代码的有效位(bit)数来表示,其单位为每秒比特数bit/s(bps)、每秒千比特数(Kbps)或每秒兆比特数(Mbps)来表示(此处K和M分别为1000和1000000,而不是涉及计算机存储器容量时的1024和1048576)。
波特率波特率指数据信号对载波的调制速率,它用单位时间内载波调制状态改变次数来表示,其单位为波特(Baud)。
比特率在数值上和波特率有这样的关系:
波特率与比特率的关系为:
比特率=波特率X单个调制状态对应的二进制位数。
I=S*log2(N)
其中I为传信率,S为波特率,N为每个符号负载的信息量,以比特为单位。
如何区分两者?
显然,两相调制(单个调制状态对应1个二进制位)的比特率等于波特率;
四相调制(单个调制状态对应2个二进制位)的比特率为波特率的两倍;
八相调制(单个调制状态对应3个二进制位)的比特率为波特率的三倍;
依次类推。
误码B1/B2/B3
各段误码检测覆盖的范围不一样,再生段B1仅检测再生段之间的误码情况;
复用段B2检测复用段之间的误码情况;
高阶通道B3检测高阶通道间的误码情况;
信道化155M接入的成帧与非成帧方式
allowas-in和as-override的作用
SDH误码检测开销B1、B2、B3的工作原理
B1字节用作再生段误码监视,这是使用偶校验比特间插奇偶校验码。
BIP-8码对扰码后的前一STM-N帧的所有比特(除RSOH第一行字节外的所有字节)进行计算,结果置于扰码前的B1字节位置。
B2的工作机理与B1类似,只不过它检测的是复用段层的误码情况。
三个B2字节对应一个STM-1帧检测机理是,发端B2字节对前一个待扰的STM-1帧中,除RSOH部分的全部比特进行BIP-24计算结果放于本帧待扰STM-1帧的B2字节位置。
收端对当前解扰后STM-1的除了RSOH的全部比特进行BIP-24校验,其结果与下一STM-1帧解扰后的B2字节相异或,根据异或后出现1的个数来判断该STM-1在STM-N帧中的传输过程中出现了多少个误码块,可检测出的最大误码块个数是24个。
在VC-4的通道开销中,都安排有一个B3字节作误码监视用。
B3字节是使用偶校验的BIP-8码,它对前一个VC-4的所有比特进行计算,所有结果置于当前VC-4的B3字节位置。
以STM-4为例,整个STM-4只用一个B1字节,检测整个STM-4的再生段的误码;
共有4*3个B2,每组B2(3个)负责一个STM-1的复用段的误码检测:
高阶通道的B3检测它所在的VC4:
有这么一句话:
低阶通道检测低阶通道间误码情况——这样,低阶通道检测到的误码,高阶通道不一定能检测到;
而高阶通道检测到的误码,复用段不一定能检测到;
复用段检测到的误码,再生段不一定能检测到。
如何理解呢?
我们先看看B1、B2、B3都是在哪个位置产生和被检测的:
B1、B2、B3分别在RST、MST、HPT被检测(处理),RST、MST、HPT在SDH终端设备TM中的位置如下:
而REG再生中继器只有RST:
所以REG是不会产生和检测(处理)B2、B3的。
下面是一个简化的网络模型:
首先TM1的HPT计算了整个VC4的B3,假设VC4的信息在HPT到MST之间产生了误码,VC4里面的信息发生了改变。
TM1的MST根据产生误码后的数据进行计算,得出B2。
TM1的RST根据整个帧计算B1。
假设后面的线路不产生任何误码。
但REG收到TM1送过来的STM-N的帧时,检测B1,发现是正常。
REG的下一个RST对整个STM-N帧重新计算B1值,随下一帧送TM2。
TM2的RST检测REG的B1,发现也是正常的。
TM2的MST检测B2,发现也是正常的。
当TM2的HPT检测B3时,才能发现B3有问题。
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