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PDH光端机在模拟信号数字化过程中的采样与量化技术

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PDH光端机与PCM采样量化:模拟语音在哪一层变成数字

浏览次数: 飞畅科技原创 作者:飞畅科技技术团队

PDH光端机通常接收已经形成的E1数字业务;模拟电话的采样、量化与编码发生在语音接口或PCM复用设备中。把这两层分开,才能理解电话怎样经过光纤到达远端,也能避免将普通E1口当作电话口、摄像机接口或任意模拟量输入。

从电话声音到数字接口,中间还有设备

声音经过话筒形成随时间变化的模拟电信号,电话接口还涉及供电、振铃与信令。纯E1传输设备并不因此具备直接接电话的能力。需要语音业务设备完成接口适配和数字化,再把相应业务组织到E1中。综合业务产品可能把多个环节做进同一外壳,但功能集成不等于每台PDH都具备这些电路。

可以把数字化理解为给连续变化的声音做记录,光传输则负责把记录送到另一处。运输过程不应重新猜测声音是什么,也不能凭空提高原记录的精度。核对设备时,要分别寻找模拟语音接口、编解码能力、复用方式和光侧传输条件,不能只在产品名称中找到“数字”两个字便作出结论。

采样为什么需要先限制输入频带

采样是在一定时间间隔读取信号幅度,将连续时间变成一系列观察时刻。若信号中存在超出采样系统所能区分的高频成分,它可能在采样后表现为错误的低频成分,这叫混叠。抗混叠滤波器放在模拟输入与采样环节之间,用于限制进入转换电路的频带,而不是在光纤里过滤声音。

奈奎斯特条件说明带限信号与采样率之间的关系,但真实滤波器不是一道完全陡直的墙,工程设计还需过渡带和实际容限。不能只说“等于最高频率两倍”就保证任意模拟信号准确恢复。通信语音常见G.711编码以每秒八千次采样为基础,这属于相应语音编码体系,不能推广成视频、传感器或所有工业模拟量的统一采样率。

采样量化位于相应PCM语音接口;模拟输入先进行适合的频带限制,图中G.711参数是机制示例。
图1:采样量化位于相应PCM语音接口;模拟输入先进行适合的频带限制,图中G.711参数是机制示例。

量化、编码分别改变什么

采样得到的幅度仍有连续取值的概念;量化把它映射到有限的幅度等级,因此通常产生与原幅度之间的误差。编码再把所选等级表示成一组比特。每个样本使用多少比特、等级怎样分布,由编码方案决定,不是由光纤长短决定。把“光传得更远”说成“量化精度自动提高”,混淆了两种不同能力。

G.711的A律和μ律属于常见的压扩编码方式。它们使小幅度区域的量化间隔相对细密,大幅度区域的间隔相对粗一些,不能反过来说大幅度区间更细。八千次采样乘每个编码样本八比特,得到每秒六十四千比特的编码语音速率;这里未把线路中的其它信令、帧定位和传输开销算进一条语音样本流。

多路语音怎样进入E1

常见G.704的二点零四八兆比特每秒帧可以理解为每帧三十二个八比特时隙、每秒八千帧。其中时隙零承担帧定位等用途;其它时隙用于怎样承载业务与信令,取决于采用的模式。在常见随路信令语音配置中,还要为相关信令安排时隙十六。不能将三十二个时隙全部直接称为三十二路普通电话。

多个编码语音流可以按约定时隙进入E1,接收端按同样规则取回。也有非成帧E1或其它业务组织方式,因此“E1就是三十路电话”同样不是对所有设备都成立。E1给出线路与组织条件,用户能用多少语音通道还要看业务复用设备和配置。PDH承载这种数字业务时,一般不需要理解每一个样本对应什么词句。

PCM组织语音样本,PDH承载已形成的E1;图中仅解释一个方向,不是产品接线图。
图2:PCM组织语音样本,PDH承载已形成的E1;图中仅解释一个方向,不是产品接线图。

光传输和远端还原各承担一段任务

发送端的E1接收部分处理线路接口、码型与时钟,多路PDH产品还要组织不同支路,然后进行电光转换。远端进行光电接收、数据恢复与支路分离,输出相应E1。语音复用或电话接口部分再取出样本并进行数模转换,形成可供电话使用的信号。实际整机的电路分界可能不同,这里说明功能关系,并非某型号拆机图。

PDH设备即使透明传送了E1,也不能修补上游已经发生的混叠或量化误差。光链路若发生误码,还可能影响原样本或信令。评价声音是否正常,应分别查看电话接口、编码及信令、E1传输、光路与远端还原条件;只看光口亮,无法证明这几层已经全部正确。

飞畅产品怎样区分业务边界

飞畅FCP-E4m官网明确提供一至四路E1方向,并把一路数字公务电话列为选项。公务电话是维护用途的附加功能,不能据此将四路E1口当成四个模拟用户电话口。若项目需要接多部电话,应查看电话光端机或E1 PCM复用系列,确认实际FXS、FXO等接口配置及信令方式,而不是只采购纯E1传输设备。

另一款FCP-E4F1m列出E1与百兆以太网接口,可用于相应综合传输需求。但独立网口不意味着E1业务自动转换成任意IP语音,更不意味着模拟视频能直接插入E1。把官网列出的接口和现场信号一一对应,才能判断哪些设备负责数字化、哪些负责传输、哪些负责最终应用。

一个电话延伸场景怎样验收

假设两个站点之间需要延伸若干路模拟电话,先确认电话系统、两侧接口角色与信令,再确认语音复用的通道和E1方式。若中间使用PDH,应记录E1阻抗、成帧及通道对应、时钟来源与光接口配对条件。示例只讲设计顺序,不声称任意普通电话可以经过任意两台PDH直接通话。

验收先观察E1误码与同步状态,再逐路测试呼叫、振铃、接听、双向声音和业务需要的号码信令。出现单路声音异常时,比较该路接口和时隙;全部业务同时异常时,关注共同电源、E1与光段。不得在生产线路上盲目改变编解码方式或时钟;更改应有维护窗口、原配置和恢复方案。

正确理解“数字化更好”的前提

数字化便于按一定规则复用和处理,但不会保证无限精度、零误码或没有延迟。采样频带、量化方式、业务配置、时钟以及信道条件共同影响结果。工程沟通应写明哪一层改变了什么,而不是把所有优点归给光纤或PDH名称。这样读者才能看懂参数,也能向厂家提出具体、可验证的问题。

资料来源:ITU-T G.711语音PCM;ITU-T G.704帧结构;飞畅FCP-E4m;飞畅FCP-E4F1m。原理插图为通用机制示意,非产品实物、实测波形或认证文件。

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现场常见问题

纯E1接口的PDH光端机,可以不加语音设备直接接普通电话吗?

不能仅凭E1接口这样连接。普通电话涉及模拟语音、馈电、振铃与信令,需要相应电话接口及编解码、复用设备。纯PDH通常承载已形成的数字业务;公务电话选项也不代表每个E1口都能接话机。应确认实际FXS、FXO或PCM配置。

G.711一路64kbit/s,与E1的2.048Mbit/s怎样对应?

在相应G.711语音编码中,8000次每秒乘每样本8bit得到64kbit/s。常见成帧E1每帧32个八位时隙、每秒8000帧,得到2.048Mbit/s;其中还有帧定位及可能的信令用途。两项计算解释不同层次,不能把32个时隙全部称为32路普通电话。

把电话语音改用光纤,能消除上游采样和量化误差吗?

不能。传输设备搬运相应数字信息,不会重新获得采样前已失去的细节,链路错误还可能增加问题。应分别验证语音接口、编码信令、E1时钟与误码、光路和双向通话。不用光口亮灯代替整个电话业务验收。

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