NGN - 脈衝編碼調製

高速語音和資料通訊的出現帶來了對快速傳輸資訊介質的需求。數位電路或鏈路是為了以數字形式傳輸語音或資料而發展起來的。

從模擬到數字形式的轉換遵循四個階段的過程（參見下圖），並在以下部分詳細介紹。

取樣

語音訊率採用模擬訊號的形式，即正弦波（參見下圖）。此訊號必須轉換為二進位制形式才能透過數字介質傳輸。此轉換的第一階段是將音訊訊號轉換為**脈衝幅度調製 (PAM)** 訊號。此過程通常稱為**取樣**。

取樣過程必須從傳入的語音訊率中收集足夠的資訊，以便能夠製作原始訊號的副本。語音訊率通常在**300Hz 至 3400Hz** 範圍內，通常稱為**商用語音訊帶**。

為了獲得樣本，將取樣頻率應用於原始語音訊率。取樣頻率由**奈奎斯特取樣定理**確定，該定理規定**“取樣頻率至少應為最高頻率分量的兩倍”。**

這確保在每個半週期至少採樣一次，從而消除了在週期的零點取樣的可能性，因為零點沒有幅度。這導致取樣頻率至少為 6.8 KHz。

歐洲標準以**8 KHZ** 的頻率對傳入訊號進行取樣，確保每**125 微秒**或 1/8000 秒取樣一次（參見下圖）。

理想情況下，每個樣本的幅度都將分配一個二進位制程式碼（1 或 0），但由於幅度可以是無限的；因此，需要有無限數量的二進位制程式碼可用。這將是不切實際的，因此必須採用另一種過程，稱為**量化**。

量化將 PAM 訊號與具有有限數量離散級別的量化標度進行比較。量化標度分為 256 個量化級別，其中 128 個是正級別，128 個是負級別。

量化階段涉及分配一個唯一的 8 位二進位制程式碼，該程式碼適用於 PAM 訊號幅度落入的量化區間（參見下圖）。

這包括 1 個極性位，其餘 7 位用於識別量化級別（如上圖所示）。

如前所述，第一個位是極性位，接下來的三位是段程式碼，給出八個段程式碼，其餘四位是量化級別，給出十六個量化級別。

量化過程本身會導致一種稱為**量化失真**的現象。當取樣訊號幅度落在量化級別之間時，就會發生這種情況。訊號始終四捨五入到最接近的整數值。取樣級別和量化級別之間的差異是量化失真。

訊號幅度的變化率在週期的不同部分有所不同。這在高頻時最為明顯，因為訊號的幅度變化比低頻時更快。為了克服這個問題，第一個段程式碼的量化級別彼此靠近。然後，下一個段程式碼的高度是前一個的兩倍，依此類推。此過程稱為**壓擴**，因為它壓縮較大的訊號並擴充套件較小的訊號。

歐洲使用**A律**壓擴，而北美和日本使用**μ律**。

由於量化失真相當於噪聲，因此壓擴提高了低幅度訊號的信噪比，並在完整的幅度範圍內產生可接受的信噪比。

為了將二進位制資訊透過數字路徑傳輸，必須將資訊修改為合適的線路程式碼。歐洲採用的編碼技術稱為**高密度雙極 3 (HDB3)**。

HDB3 源自一種稱為 AMI 或**交替標記反轉**的線路程式碼。在 AMI 編碼中，使用了 3 個值：無訊號表示二進位制 0，以及正訊號或負訊號交替用於表示二進位制 1。

與 AMI 編碼相關的一個問題是當傳輸長串零時。這可能會導致遠端接收器出現鎖相環問題。

**HDB3** 的工作方式與 AMI 類似，但包含一個額外的編碼步驟，該步驟將任何四位零的字串替換為三位零後跟一個“違規位”。此違規的極性與之前的轉換相同（參見下圖）。

從示例中可以看出，000V 替換了第一串四個零。但是，使用這種型別的編碼可能會導致平均直流電平被引入訊號中，因為可能存在長串零，所有這些都以相同的方式進行編碼。為了避免這種情況，透過使用極性交替的“雙極違規”位，將每個連續四個零的編碼更改為 B00V。

由此可以推斷，使用 HDB3 編碼，在沒有轉換的情況下，零的最大數量為三個。這種編碼技術通常被稱為**調製格式**。

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