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脈衝編碼調製

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脈衝編碼調製(PulseCodeModulation),簡稱PCM。是數字信號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生。PCM的優點就是音質好,缺點就是體積大。PCM可以提供用戶從2M到155M速率的數字數據專線業務,也可以提供話音、圖象傳送、遠程教學等其他業務。PCM有兩個標準(表現形式):E1和T1。

1 脈衝編碼調製 -簡介

脈衝編碼調製脈衝編碼調製簡介
在光纖通信系統中,光纖中傳輸的是二進位光脈衝「0」碼和「1」碼,它由二進位數字信號對光源進行通斷調製而產生。而數字信號是對連續變化的模擬信號進行抽樣、量化和編碼產生的,稱為PCM(pulsecodemodulation),即脈衝編碼調製。這種電的數字信號稱為數字基帶信號,由PCM電端機產生。

現在的數字傳輸系統都是採用脈碼調製(PulseCodeModulation)體制。PCM最初並非傳輸計算機數據用的,而是使交換機之間有一條中繼線不是只傳送一條電話信號。PCM有兩個標準(表現形式)即E1和T1。

中國採用的是歐洲的E1標準。T1的速率是1.544Mbit/s,E1的速率是2.048Mbit/s。

脈衝編碼調製可以向用戶提供多種業務,既可以提供從2M到155M速率的數字數據專線業務,也可以提供話音、圖象傳送、遠程教學等其他業務。特別適用於對數據傳輸速率要求較高,需要更高帶寬的用戶使用。

2 脈衝編碼調製 -發展史

脈衝編碼調製脈衝編碼調製發展史
脈衝編碼調製是70年代末發展起來的,記錄媒體之一的CD,80年代初由飛利浦和索尼公司共同推出。脈碼調製的音頻格式也被DVD-A所採用,它支持立體聲和5.1環繞聲,1999年由DVD討論會發布和推出的。

脈衝編碼調製的比特率,從14-bit發展到16-bit、18-bit、20-bit直到24-bit;採樣頻率從44.1kHz發展到192kHz。PCM脈碼調製這項技術可以改善和提高的方面則越來越來小。只是簡單的增加PCM脈碼調製比特率和採樣率,不能根本的改善它的根本問題。其原因是PCM的主要問題在於:

(1)任何脈衝編碼調製數字音頻系統需要在其輸入端設置急劇升降的濾波器,僅讓20Hz-22.05kHz的頻率通過(高端22.05kHz是由於CD44.1kHz的一半頻率而確定)。

(2)在錄音時採用多級或者串聯抽選的數字濾波器(減低採樣頻率),在重放時採用多級的內插的數字濾波器(提高採樣頻率),為了控制小信號在編碼時的失真,兩者又都需要加入重複定量雜訊。這樣就限制了PCM技術在音頻還原時的保真度。

為了全面改善脈衝編碼調製數字音頻技術,獲得更好的聲音質量,就需要有新的技術來替換。飛利浦和索尼公司再次聯手,共同推出一種稱為直接流數字編碼技術DSD的格式,其記錄媒體為超級音頻CD即SACD,支持立體聲和5.1環繞聲。DSD是PCM脈衝編碼調製的進化版。

3 脈衝編碼調製 -工作原理

脈衝編碼調製脈衝編碼調製工作原理
脈衝編碼調製就是把一個時間連續,取值連續的模擬信號變換成時間離散,取值離散的數字信號后在通道中傳輸。脈衝編碼調製就是對模擬信號先抽樣,再對樣值幅度量化,編碼的過程。

抽樣,就是對模擬信號進行周期性掃描,把時間上連續的信號變成時間上離散的信號。該模擬信號經過抽樣后還應當包含原信號中所有信息,也就是說能無失真的恢復原模擬信號。它的抽樣速率的下限是由抽樣定理確定的。抽樣速率採用8Kbit/s。

量化,就是把經過抽樣得到的瞬時值將其幅度離散,即用一組規定的電平,把瞬時抽樣值用最接近的電平值來表示。

一個模擬信號經過抽樣量化后,得到已量化的脈衝幅度調製信號,它僅為有限個數值。

編碼,就是用一組二進位碼組來表示每一個有固定電平的量化值。然而,實際上量化是在編碼過程中同時完成的,故編碼過程也稱為模/數變換,可記作A/D。

脈衝編碼調製脈衝編碼調製簡稱PCM

話音信號先經防混疊低通濾波器,進行脈衝抽樣,變成8KHz重複頻率的抽樣信號(即離散的脈衝調幅PAM信號),然後將幅度連續的PAM信號用「四捨五入」辦法量化為有限個幅度取值的信號,再經編碼後轉換成二進位碼。對於電話,CCITT規定抽樣率為8KHz,每抽樣值編8位碼,即共有28=256個量化值,因而每話路PCM編碼后的標準數碼率是64kb/s。為解決均勻量化時小信號量化誤差大,音質差的問題,在實際中採用不均勻選取量化間隔的非線性量化方法,即量化特性在小信號時分層密,量化間隔小,而在大信號時分層疏,量化間隔大。

在實際中使用的是兩種對數形式的壓縮特性:A律和U律,A律編碼主要用於30/32路一次群系統,U律編碼主要用於24路一次群系統。A律PCM用於歐洲和中國,U律PCM用於北美和日本。

4 脈衝編碼調製 -編碼

脈衝編碼調製脈衝編碼調製編碼

PCM編碼原理與規則:PCM數字介面是G.703標準,通過75Ω同軸電纜或120Ω雙絞線進行非對稱或對稱傳輸,傳輸碼型為含有定時關係的HDB3碼,接收端通過解碼可以恢復定時,實現時鐘同步。Fb為幀同步信號,C2為時鐘信號,速率為2.048Mbps,數據在時鐘下降沿有效,E1介面具有PCM幀結構,一個復幀包括16個幀,一個幀為125μs,分為32個時隙,其中偶幀的零時隙傳輸同步信息碼0011011,奇幀的零時隙傳輸對告碼,16時隙傳輸信令信息,其它各時隙傳輸數據,每個時隙傳輸8比特數據。

5 脈衝編碼調製 -E1標準

脈衝編碼調製脈衝編碼調製E1標準
E1是PCM其中一個標準(表現形式)。由PCM脈碼調製編碼中E1的時隙特徵可知,E1共分32個時隙TS0-TS31。每個時隙為64K,其中TS0為被幀同步碼,Si,Sa4,Sa5,Sa6,Sa7,A比特佔用,若系統運用了CRC校驗,則Si比特位置改傳CRC校驗碼。TS16為信令時隙,當使用到信令(共路信令或隨路信令)時,該時隙用來傳輸信令,用戶不可用來傳輸數據。所以2M的PCM碼型有
1、PCM30:PCM30用戶可用時隙為30個,TS1-TS15,TS17-TS31。TS16傳送信令,無CRC校驗。

2、PCM31:PCM30用戶可用時隙為31個,S1-TS15,TS16-TS31。TS16不傳送信令,無CRC校驗。

3、PCM30C:PCM30用戶可用時隙為30個,TS1-TS15,TS17-TS31。TS16傳送信令,有CRC校驗。

4、PCM31C:PCM30用戶可用時隙為31個,TS1-TS15,TS16-TS31。TS16不傳送信令,有CRC校驗。

CE1,就是把2M的傳輸分成了30個64K的時隙,一般寫成N*64,

CE1----最多可有31個通道承載數據timeslots1----31timeslots0傳同步

PCME1形式結構簡述

在PCME1形式通道中,8bit組成一個時隙(TS),由32個時隙組成了一個幀(F),16個幀組成一個復幀(MF)。在一個幀中,TS0主要用於傳送幀。定位信號(FAS):CRC-4(循環冗餘校驗)和對端告警指示,TS16主要傳送隨路信令(CAS)、復幀定位信號和復幀對端告警指示,TS1至TS15和TS17至TS31共30個時隙傳送話音或數據等信息。稱TS1至TS15和TS17至TS31為凈荷,TS0和TS16為開銷。如果採用帶外公共通道信令(CCS),TS16就失去了傳送信令的用途,該時隙也可用來傳送信息信號,這時幀結構的凈荷為TS1至TS31,開銷只有TS0。

PCME1形式介面

G703非平衡的75ohm,平衡的120ohm2種介面

使用PCME1形式有三種方法

1、將整個2M用作一條鏈路,如DDN2M;

2、將2M用作若干個64k及其組合,如128K,256K等,這就是CE1;

3、在用作語音交換機的數字中繼時,這也是E1最本來的用途,是把一條E1作為32個64K來用,但是時隙0和時隙15是用作signaling即信令的,所以一條E1可以傳30路話音。PRI就是其中的最常用的一種接入方式,標準叫PRA信令。用2611等的廣域網介面卡,經V.35-G.703轉換器接E1線。這樣的成本比E1卡低,DDN的2M速率線路是經HDSL線路拉至用戶側。E1可由傳輸設備出的光纖拉至用戶側的光端機提供E1服務。

PCME1形式使用注意事項

PCME1形式介面對接時,雙方的E1不能有信號丟失/幀失步/復幀失步/滑碼告警,但是雙方在E1介面參數上必須完全一致,因為個別特性參數的不一致,不會在指示燈或者告警台上有任何告警,但是會造成數據通道的不通/誤碼/滑碼/失步等情況。這些特性參數主要有;阻抗/幀結構/CRC4校驗

PCME1形式阻值有75ohm和120ohm兩種,PCME1形式幀結構有PCM31/PCM30/不成幀三種。

PCME1形式和PCME2形式區別

1、PCMT1形式是高速傳輸的另一種標準。一條PCMT1形式可以同時有多個併發通道,每個通道都是一個獨立的連接。在美國的標準PCMT1形式服務提供24個通道,每個通道的速率是56K。PCMT1形式服務與其相應的設備ISDN和普通電話相比都更加昂貴。而PCME2形式相對費卻較少。

2、PCMT1形式通常用於需要在遠程站點間進高帶寬高速率傳輸的大型組織。64K專用數據線(DDL)作為T1服務的一個變種或一個分支服務,也提供此類服務。而一條PCME1形式線,只要有ProxyServer提供的緩衝功能,在同等傳輸下,比PCMT1形式可以有效地節省帶寬。

3、PCMT1形式提供23個B通道和一個D通道,即23B+D.1.544Mbps;PCME1形式提供30個B通道和一個D通道,即30B+D.2.048Mbps

4、PCMT1形式表示具有高質量的通話和數據傳送界面,北美使用T1標準,能夠支持Max的24位用戶同時拔號,而歐洲使用E1標準,可以支持30位用戶,PCMT1形式僅是MAX的簡單介面。

6 脈衝編碼調製 -相關詞條

AVIWAVWMA
MPCASFWMV


 

7 脈衝編碼調製 -參考資料

[1]中國通信網:http://market.c114.net/
[2]科普知識網:http://www.kpzs.net/
[3]晶控電子:http://www.hificat.com/

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