NGN - 脉冲编码调制

高速语音和数据通信的出现带来了对用于传输信息的快速介质的需求。数字电路或链路是根据以数字形式传输语音或数据的需要而发展起来的。

从模拟到数字形式的转换遵循四个阶段的过程（参见下图），并将在以下各节中详细介绍。

采样

语音频率采用模拟信号的形式，即正弦波（参见下图）。该信号必须转换为二进制形式才能通过数字介质传输。此转换的第一阶段是将音频信号转换为脉冲幅度调制 (PAM)信号。此过程通常称为采样。

采样过程必须从传入的语音频率中收集足够的信息，以便能够复制原始信号。语音频率通常在300Hz 至 3400Hz范围内，通常称为商业语音频段。

为了获得样本，将采样频率应用于原始语音频率。采样频率由奈奎斯特采样定理决定，该定理规定“采样频率应至少是最高频率分量的两倍”。

这确保了每个半周期至少采样一次，从而消除了在周期的零点采样的可能性，因为零点采样没有幅度。这导致采样频率至少为 6.8 KHz。

欧洲标准以8 KHZ对输入信号进行采样，确保每125 微秒或 1/8000 秒采样一次（参见下图）。

理想情况下，每个样本的幅度都会分配一个二进制代码（1 或 0），但由于幅度可以有无限多个；因此，需要有无限数量的可用二进制代码。这是不切实际的，因此必须采用另一个过程，即量化。

量化将 PAM 信号与量化标度进行比较，量化标度具有有限数量的离散级别。量化尺度分为256个量化级别，其中128个为正级别，128个为负级别。

量化阶段涉及分配一个独特的 8 位二进制代码，该代码适合 PAM 信号幅度所属的量化间隔（参见下图）。

这包括 1 个极性位，其余 7 位用于识别量化级别（如上图所示）。

前面看到的第一位是极性位，接下来的三位是段代码，给出了八个段代码，剩下的四位是量化级别，给出了十六个量化级别。

量化过程本身会导致一种称为量化失真的现象。当采样信号幅度落在量化级别之间时，就会发生这种情况。信号始终向上舍入到最接近的整数电平。采样电平和量化电平之间的差异就是量化失真。

信号幅度的变化率在周期的不同部分有所不同。这种情况在高频时最常发生，因为信号幅度的变化比低频时更快。为了克服这个问题，第一段代码的量化级别非常接近。下一个段代码的高度是前一个段代码的两倍，依此类推。此过程称为压扩，因为它压缩较大的信号并扩展较小的信号。

在欧洲，他们使用A压扩定律，而北美和日本则使用μ 定律。

由于量化失真等同于噪声，压扩提高了低幅度信号的信噪比，并在整个幅度范围内产生可接受的信噪比。

为了通过数字路径传输二进制信息，必须将信息修改为合适的线路代码。欧洲采用的编码技术称为高密度双极 3 (HDB3)。

HDB3 源自称为 AMI 或交替标记反转的线路代码。在 AMI 编码中，使用了 3 个值：没有信号来表示二进制 0，以及交替使用正或负信号来表示二进制 1。

当传输一长串零时，会出现与 AMI 编码相关的一个问题。这可能会导致远端接收器出现锁相环问题。

HDB3 的工作方式与 AMI 类似，但包含一个额外的编码步骤，将任何四个零的字符串替换为三个零，后跟一个“违规位”。此违规与之前的转换具有相同的极性（参见下图）。

从示例中可以看出，000V 替换了第一串四个零。然而，使用这种类型的编码可能会导致信号中引入平均直流电平，因为可能存在一长串零，所有零都以相同的方式进行编码。为了避免这种情况，通过使用极性交替的“双极性违规”位，将每个连续的四个零的编码更改为 B00V。

由此，可以假设对于HDB3编码，没有转变的零的最大数量是三个。这种编码技术通常称为调制格式。