NGN - 脉冲编码调制

高速语音和数据通信的出现带来了对快速信息传输介质的需求。数字电路或链路是从以数字形式传输语音或数据的需要演变而来的。

从模拟形式到数字形式的转换遵循四个阶段的过程（参见下图），并将在以下部分中详细介绍。

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，以便能够制作原始信号的副本。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，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确定，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（请参阅下图）。

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）。

这由 1 个极性位组成，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。此过程称为压缩扩展，因为它压缩较大的信号并扩展较小的信号。

在欧洲，他们使用压扩的A 定律，而北美和日本则使用μ 定律。

由于量化失真相当于噪声，压扩可以提高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:无信号表示二进制0，以及交替使用正或负信号表示二进制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，该步骤将任何四个零的字符串替换为三个零，后跟 '违规位'。此违规与之前的转换（见下图）具有相同的极性。

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。

据此，可以假设使用 HDB3 编码时，没有过渡的零的最大数量为 3。这种编码技术通常称为调制格式。